磷渣纤维混凝土抗渗性能探究

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摘要:磷渣作为一种生产黄磷时产生的有害物质，其产量巨大且堆积后会对土壤造成污染。将磷渣作为一种掺合料加入混凝土可以使得这一问题得到缓解。文章通过对不同纤维掺量的磷渣纤维混凝土进行抗压强度试验及抗渗试验后研究发现:不同纤维掺量对于磷渣混凝土抗压强度的影响整体呈下降趋势，但下降幅度不大。对于其抗渗性能有一定的提升，但抗渗性能并不随纤维掺量的提高呈直线上升，而是呈现先上升后下降的趋势。

关键词:纤维混凝土;抗渗性能;抗压强度;力学性能

磷渣是一种生产黄磷时生成的有害物质，每生产1t磷通常要生成8t左右的磷渣。我国作为生产大国，每年有大量的磷渣生产并堆积，其中的有害物质渗透进入土壤造成土地污染。而将磷渣作为掺合料加入混凝土可以有效缓解这一问题，消耗有害固体废料的同时降低混凝土成本。将磷渣应用到混凝土中有较好的前景［1-2］，戈雪良［3］对磷渣粉水工混凝土的物理性能如强度、弹模、体积变形等进行了研究后认为，掺入磷渣粉后的水工混凝土的部分性能得到了改善，并且如果将之应用于大坝，有利于大坝安全。现已有将磷渣应用到水工混凝土的实例，如贵州索风营水电站的碾压混凝土坝便采用了粉煤灰与磷渣混掺技术［4］，林育强研究了磷渣的化学成分、微观性能以及磷渣混凝土的物理性能、热力学性能、耐久性能等并将之应用到沙陀水电站大坝碾压混凝土［5］。水工混凝土结构由于其工作环境复杂导致其对于混凝土的抗渗性能要求较高。而在混凝土中加入纤维可以使得其渗透性减小。Mobasher［6］等学者研究认为混凝土的抗渗透性能随孔隙率的提高而降低。刘倩文［7］研究认为聚丙烯纤维的掺入显著提高了混凝土抗渗透性能。李冬［8］采用超声波测量对钢纤维混凝土与聚丙烯混凝土的渗透性能进行了研究，其结论认为聚丙烯纤维的加入可以增强开裂混凝土的抗渗性能。马伟丽［9］在不同水压条件下对不同纤维掺量的纤维混凝土进行损伤渗透性试验，其结论认为纤维混凝土试件损伤后的渗透流量皆小于未掺入纤维的混凝土。而钟秉章［10］探讨了聚丙烯纤维混凝土在水下结构、板式混凝土结构、桥梁路面工程、喷射混凝土等工程的应用前景，认为聚丙烯纤维混凝土在水利水电工程具有较为广泛的应用前景。随着工程技术的进步，聚丙烯纤维现已有工程应用实例。余淑红［11］分析了疏勒河灌区昌马旧总干渠在服役期间所产生的各种问题，并认为可以采用耐磨性、抗冲击性且相比之下较为经济的聚丙烯混凝土作为衬砌材料对总干渠进行结构修复，此举有效地延长了总干渠的服役寿命。陈攀［12］分析了巴家咀水库加固工程，认为聚丙烯纤维混凝土在加固工程聚丙烯混凝土拌合过程中所采用的分时、分量投入聚丙烯纤维办法有效地解决了聚丙烯纤维混凝土的搅拌问题，使之成功地运用在工程中。水工结构所使用的水工混凝土由于其用方量较大，在大量消耗磷渣的同时可以节约工程成本。而在其中加入聚丙烯纤维可以使得其抗渗性能提高。但现有成果对此研究不多，若要将之作为水工混凝土应用到工程实际，则有必要对其抗渗性能进行研究。

1试验

本文对不同纤维掺量(0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%)下磷渣混凝土的立方体抗压强度与抗渗性能进行研究，所浇筑试件数量见表1。本试验所采用的纤维为聚丙烯纤维，其物理参数见表2。磷渣来源于贵阳某厂生产，其混凝土抗压强度应力应变曲线由RMT-301b岩石与混凝土试验系统测定，抗渗性能由HP-4.0混凝土渗透仪测定。

1.1混凝土立方体抗压试验

本试验对0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%聚丙烯纤维体积掺量的磷渣混凝土，按照现行国家标准GB/T50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行混凝土立方体抗压试验，采用150mm×150mm×150mm标准立方体试件。本文设计混凝土等级为C40，RMT-301b岩石与混凝土试验系统正常使用量程为1200KN且具有数字伺服器，可均匀连续地加载，采用RMT-301b岩石与混凝土试验系统可对立方体混凝土试件进行应力应变曲线测定。

1.2混凝土抗渗试验

本试验对0%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%聚丙烯纤维体积掺量的磷渣混凝土，按照现行国家标准GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的规定进行混凝土抗渗试验。采用上口内直径为175mm，下口內直径为185mm的圆台体试模浇筑试件。试件脱模后等待28d龄期，28d龄期时将石蜡放入220℃烘箱烘5min后融化加2%的松香进行密封。试件准备好后，启动抗渗仪，扭动6个试位阀门，排空其中管道空气，使水从6个孔中渗出，并将初始压力调整至0.1MPa，随后关闭6个试位下的阀门后将试件安装至抗渗仪上。本试验采用逐级加压法，其水压从0.1MPa开始，每8小时加0.1MPa，加至6个试件有3个试件表面出现渗水时停止试验。

2试验结果及分析

对混凝土立方体试件进行抗压试验后所得结果如图1所示，从图中可以看出其数据符合本次试验混凝土设计等级C40，其立方体抗压强度随着纤维掺量的增大而逐渐减小，并在纤维掺量为1.2%时取得最小值。当纤维掺量为0.8%时，下降幅度最大。但总体立方体抗压强度数据均大于40MPa。虽然立方体抗压强度随着纤维掺量的增大而逐渐减小，但总体下降范围在3MPa以内。对混凝土圆台体试件进行抗渗透试验后所得结果如图2所示，从图中可以看出其抗渗透性能随纤维掺量的增大呈现先增大后减小的趋势。在纤维掺量为0.6%时其所能承受的水压力值为最大，但总体基本都比未掺入纤维的混凝土抗渗透性能要好，这说明纤维的掺入有效地降低了混凝土的渗透性。良好的抗渗透性能使其更为适用于水工结构物中。

3结论

(1)随着混凝土中纤维掺量的增多，其立方体抗压强度呈现下降的趋势并在纤维掺量为1.2%时取得最小值。虽然立方体抗压强度随着纤维掺量的增大而逐渐减小，但总体而言立方体抗压强度数据均大于40MPa，满足本次试验混凝土设计等级C40。(2)其抗渗透性能随纤维掺量的增大呈现先增大后减小的趋势。在纤维掺量为0.6%时其所能承受的水压力值为最大，但总体基本都比未掺入纤维的混凝土抗渗透性能要好。(3)磷渣混凝土在掺入适量的纤维后其抗渗透性能得到了提升，使其可以更为适用于类似水工结构物所处的复杂环境。

作者:代旭东 邓建华 杨壮 杜凯 单位:贵州大学土木工程学院