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聚丙烯纤维对耐酸混凝土强度的影响
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耐酸混凝土
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水玻璃耐酸混凝土常用于浇筑整体地面结构、设备基础、化工、冶金等工业中的大型设备（如贮存酸池、反应塔等）及构造物外层和内衬等防腐工程，尤其在具有酸性污水（PH＜7）的河流、结构下部的设计与施工中要首先考虑的因素，混凝土的组成材料为水玻璃、耐酸粉料、耐酸粗骨料和佛硅酸钠等，不仅具有良好的耐酸和耐热性能，而且强度高、材料来源广泛、成本低廉，具有必要的开发和应用价值。
1.水玻璃耐酸混凝土的性能，
主要包括力学性能（抗压强度、抗折强度和抗冲击性）、耐久性和干缩变形性能。
1.1. 抗压强度：混凝土抗压强度一般大于20Mpa；通过证明；该混凝土只要严格控制配合比及正确施工；并加入适当的改性剂后，抗压强度可达到25Mpa以上,而且早期强度高；1d的强度可达到28d强度的40～50%；3可达到28d强度的75～80%；但28d后混凝土强度不在增长。
1.2 抗折强度：因抗压强度提高而增大，一般为抗压强度的1/10～1/8。
1.3 抗冲击性：水玻璃耐酸混凝土及耐酸砂浆均具有较强的抗冲击性能。
1.4 耐久性：该指标是考量混凝土耐腐蚀性能的重要的技术指标，主要包括耐酸性、抗碱性、抗盐性、耐水性、抗渗性和耐热性。
耐酸性是水玻璃混凝土的主要性能，耐浓酸能力比耐稀酸能力强，无论是对硫酸、盐酸还是硝酸均表现出固有的特点和规律。
抗盐性和抗碱性：由于未水化的水玻璃与某些呈酸性反应的盐类发生化学作用，故水玻璃耐酸混凝土对不同盐的抗腐蚀性不尽相同，特别是某些溶液与水玻璃反应后；在混凝土内部产生膨胀性物质，极易导致混凝土的破坏，因此；水玻璃耐酸混凝土在与盐溶液接触的环境中使用时；要应用经过改性的致密水玻璃混凝土，其耐腐蚀性能见表1：
耐（渗透度大）
&300℃时不耐
水玻璃耐酸混凝土最大的缺陷为耐碱性较差，因此这种混凝土不适用于在碱性介质中使用。
耐水性和抗渗性：水玻璃耐酸混凝土的耐水性不如它的耐酸性优越，长期浸泡在水中的水玻璃耐酸混凝土强度会明显降低。造成强度下降的主要原因，是由于未参与反应的水玻璃及反应生成的一些可溶性氟化钠（NaF）的溶出而导致混凝土结构受到破坏。因此可知，不经过特殊处理的水玻璃耐酸混凝土抗渗性也是不理想的。
通过试验和工程实践证明，提高水玻璃耐酸混凝土抗水性和抗渗性的措施，除了掺加适宜和适量的改性剂进行改性外，也可以用浓酸对水玻璃耐酸混凝土的表面进行酸化处理。
耐热性：水玻璃耐酸混凝土的耐热性，与配制混凝土所用的的骨料、粉料（填料）的耐热性有直接的关系。在一般情况下，骨料、粉料（填料）的耐热性好，耐热混凝土的耐热性相应也好。因从，温度较高环境中所用的耐酸混凝土，对于高强度等级的混凝土应采用酸性石料；对于低等级强度的混凝土；可选用如碎耐火砖及耐火砖粉作为耐酸混凝土的骨料或粉料。
干缩变形性：水玻璃耐酸混凝土在和使用中存在干缩变形现象，而且密实度较高的干缩变形也较大。干缩变形易导致混凝土出现不同程度的裂缝。另外，密实度较高的水玻璃耐酸混凝土的化学稳定性也较差，特别当混凝土的密度大于1.5g/㎝3时，不论水玻璃的模数高低，都会出现比较严重的溶蚀现象。因此，配制的水玻璃耐酸混凝土，在满足抗渗性和强度的前提下，不要片面地追求混凝土的高度密实度。
2. 水玻璃耐酸混凝土的抗腐机理
2.1 硅胶的形成
为了能够更好的了解水玻璃耐酸混凝土的耐酸机理，应首先了解其凝结硬化过程中的化学反应，因为水玻璃混凝土的凝结硬化主要是水玻璃和氟硅酸钠发生化学反应的结果。水玻璃的凝结硬化主要经过水解-化合-干燥三个阶段后，产生强度和耐久性。
2.2 水解反应阶段
水玻璃在水解时，其化学反应方程式为：
2Na2O·nSiO2+2(n+1)H2O& &&&4NaOH+nSi(OH)4
2.3 氟硅酸钠在水解时，其化学反应方程式为：
Na2SiF6+4H2O& && &&&2NaF+4HF+ Si(OH)4
2.4 化合反应阶段；氢氧化钠与氟化氢反应;其化学反应方程为：
4NaOH+4HF& && & 4NaF+4H2O
2.5&&综合上述三项反应方程为：
2Na2O·nSiO2+Na2SiF6+2(n+1)H2O& &&&6NaF+(n+1)Si(OH)4
2.6& &干燥阶段；表面水玻璃干燥的空气中碳化时，其化学反应方程为：
Na2O·nSiO2+2nH2O+CO2& && &NaCO3+nSi(OH)4
综上分析，水玻璃与氟硅酸钠起化学反应，生成硅胶Si(OH)4，此种硅胶沉积在耐酸粉料和耐酸粗细骨料的表面，可形成一层硅胶薄膜。由于硅胶具有良好的黏结性，将掺合料和粗细骨粉相互胶结成整体，无定形硅胶进而脱水变成二氧化硅（SiO2,石英石），使混凝土的强度进一步提高，从而增强了水玻璃混凝土的耐酸性能。
3. 影响水玻璃混凝土耐酸性能的因素
水玻璃混凝土耐酸技术性能的因素，主要包括反应程度和反应温度的两个方面影响。
3.1 反应程度的影响
& & 试验结果表明：水玻璃与氟硅酸钠的一系列化学反应在混凝土中无法进行完全，外层进行反应的时间较短，内层虽然进行反应时间较长，但也不能全部反应充分，其反应率仅达到80%左右。即使各组分的比例得当，在混凝土的硬化体中，仍然存在着未水化的硅酸钠和氟硅酸钠；因此，水玻璃耐酸混凝土硬化过程中所产生的可溶性物质（如NaF）和未参与反应的硅酸钠的存在，是使得水玻璃混凝土抗稀酸性、抗水性和渗透性较差的基本原因。同时，在制备水玻璃耐酸混凝土的过程中，如果氟硅酸钠的用量不足；水玻璃模数过低；密度过大；早期养护较差，易降低混凝土的抗稀酸和抗水性能。
3.2反应温度的影响
混凝土在低温条件下硬化很缓慢，当温度升高后硬化过程则明显加快，是由于氟硅酸钠的溶解度随着温度升高而加大，而加快混凝土的凝结硬化和强度提高。因此；水玻璃耐酸混凝土可在10℃以上或干燥环境中硬化，严禁浇水养护。
4. 水玻璃耐酸混凝土配合比组成设计要点
该混凝土的配合比设计理论至今没有成熟完善的计算公式，多根据结构性能的使用需要，通过试验的数据进行采用，进行配合比组成设计时应注意以下几点：
4.1 使混凝土具备良好的耐稀酸性、抗水稳性，是起码的技术要求。
4.2 使混凝土满足结构使用的强度要求，同时满足施工和易性。
以上两个条件必须同时兼备，不必单纯追求混凝土强度，强度高不意味着其他性能好。水玻璃用量低或密度过大时；混凝土强度虽然有所提高，而耐酸性、水稳性好和抗渗透能力差，水玻璃用量过大或密度偏低时；虽然能改善混凝土的和易性及施工条件，却难保证混凝土的耐腐蚀性能，因此；通常情况下每立方混凝土水玻璃的用量在250～300Kg之间为宜。
4.3 佛硅酸钠掺量的大小除对混凝土的硬化速度有影响外；且对混凝土抗酸、抗水稳性有很大影响，根据试验研究；混凝土强度的增长随佛硅酸钠的掺量增加而提高；但超过一定的范围强度却不在增长甚至强度降低。掺量过少时；混凝土水化时间长、抗水稳性差，其强度降低且产生麻面。因此；当水玻璃模数(一般2.4～2.9)与密度（一般1.38～1.40g/㎝3）确定后，佛硅酸钠的理论掺量可按公式计算:&&G =1.5*N1/N2*100
式中：G--------佛硅酸钠用量占水玻璃用量的百分率（%）
N1--------水玻璃中含氧化钠的百分率（%）& & N2---------&&佛硅酸钠的纯度（%）
4.4 混凝土的设计强度一般在20～30Mpa范围内为佳，即使桥梁工程的下部结构足以满足使用需要，坍落度控制在10～50mm为好。
5. 提高水玻璃耐酸混凝土耐酸性能的措施与应用
为改善和提高该耐酸混凝土的抗酸性、抗水性、抗渗透性和其他物理化学性能，对于配制水玻璃耐酸混凝土的原材料，应首先确定混凝土所接触的抵抗腐蚀的介质种类，严格按照技术要求进行选择，配合比按照正交实验法进行合理设计，与普通水泥混凝土配合比原理基本相同，养护条件应控制适宜，以保证水玻璃耐酸混凝土内部的硅酸凝胶Si(OH)4脱水并形成固态的SiO2，减少可溶性钠盐的含量，提高内部结构的密实性并获得性能良好的高强度耐酸混凝土。
根据众多工程实践及勘察设计遇到的问题，尤其是对于污水河流修建桥梁并有抗腐要求的结构工程，水玻璃耐酸混凝土性能可解决这一技术空白，也是一般高分子材料所达不到的，并有材料广泛、毒性小、工艺简单等优点，具有广阔的应用价值和技术前景。
作者单位：河北保定市交通局管理处
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