復合外加劑對混凝土碳化性能的影響

張燕梅

（延安市榮祥公司吳起攪拌站，陜西 延安 710055）

1 緒論

目前，國內外眾多學者針對混凝土碳化性能做了很多研究工作，文獻 [1] 中列舉了影響混凝土碳化的多種內外因素，主要有：材料本身的因素，如水灰比/水泥品種與用量、骨料品種與粒徑、外加劑、養護方法與時間等；環境條件的因素，如 CO2濃度、相對濕度、溫度、裝修覆蓋層等[2]。

一方面，外加劑能夠影響混凝土的碳化性能。外加劑能夠改善混凝土拌合物施工時的和易性；提高混凝土的強度及其他物理力學性能；加速混凝土的早期強度發展；調節混凝土的含氣量；改善拌合物的泌水性；提高混凝土抗各種侵蝕性鹽類的腐蝕性；改善混凝土或砂漿的毛細孔結構。因此，應該研究外加劑對混凝土碳化性能的影響。

另一方面，目前國內對混凝土碳化的研究一般都只是從傳統角度研究混凝土碳化的影響因素，對于外加劑對混凝土碳化性能的影響研究還不夠充分。在研究外加劑對混凝土碳化性能的影響時，存在僅對某一種外加劑單獨使用對混凝土碳化影響進行研究的局限性。沒有考慮多種外加劑綜合使用對碳化的影響。有些學者研究了高效減水劑對混凝土碳化的影響，有的研究了緩凝劑對碳化的影響，但是當高效減水劑與緩凝劑復合對混凝土共同作用時，它對碳化的影響并非兩種因素的簡單疊加，這使得在單一因素條件下研究所得的結論和經驗公式具有一定的局限性。

本文針對外加劑復合使用對碳化的影響提出實驗方案，并加以研究。筆者通過空白組及與四種常用高效減水劑復合緩凝劑的混凝土的對比試驗，對碳化值進行記錄與分析，從而得出高效減水劑與緩凝劑兩種外加劑復合使用時對混凝土碳化的影響規律。

2 試驗研究

2.1 試驗原材料、設備及試驗方法

2.1.1 原材料

（1）水泥

采用西安雁塔水泥股份有限公司生產的雁塔牌P·O42.5 水泥。水泥的化學成分見表 1，物理力學性質見表2。

（2）細集料

使用的細集料為西安灞河中砂，細度模數 2.84，含泥量2.3%，自然堆積密度 1500kg/m3，緊密堆積密度 1640kg/m3。

表 1 水泥化學成分 %

表 2 水泥物理力學性質

（3）粗集料

本試驗所采用的粗集料為 20～30mm 粒徑的碎石，含泥量 0.3%，針片狀顆粒含量 7.5%，壓碎指標 8.1%。

（4）外加劑

氨基磺酸鹽高效減水劑：摻量 1%，固含量 30%，減水率 13%；聚羧酸高效減水劑：摻量 1%，固含量 20%，減水率 15% ；萘系高效減水劑：摻量 0.6%，固體粉末，減水率20.6%；脂肪族系高效減水劑：摻量1%，固含量30%，減水率22.3%；木鈣，糖鈣：摻量 0.025%。

2.1.2 主要試驗設備及操作方法

（1）碳化箱。本試驗所使用的為上海建筑科學研究院研制的 CCB-70A 型混凝土碳化試驗箱，符合 GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中碳化試驗的要求，具備數字顯示功能。

CCB-70A 型混凝土碳化試驗箱的主要技術參數為：

溫度控制：(20±5.0) oC；均勻性<1 oC，可調；

濕度控制：(70±5.0)%；測試精度±3.0%，可調；

CO2濃度：(20±3.0)%；測試精度±1.0%，可調；

加熱功率：600W；

制冷功率；250W；

去濕功率：140W；

電源：220V；(50±1)HZ；

外形尺寸：1240mm×800mm×1750mm（內腔為：800mm×600mm×1530mm）。

2.1.3 試驗方法

本試驗為人工室內快速碳化試驗[3-4]。試件尺寸為100mm×100mm×100mm，標準養護至規定齡期的前兩天從養護室中取出，置于 (60±5.0)℃ 烘箱中 48h，保留試件的兩個相對側面，其余四個表面用加熱的石蠟予以密封。具體方法步驟：

（1）將經過石蠟密封處理的試件放入碳化箱內的鐵架上，各試件經受碳化的表面之間至少應保持 50mm 的間距。

（2）將碳化箱蓋嚴密封。啟動碳化箱，調節其流量計，使碳化箱內的CO2濃度保持在現定的濃度范圍內。

（3）每隔一定時間對碳化箱內 CO2濃度溫度及相對濕度做一次測定。一般在第一、二天每隔 2h 測定一次，以后每隔 4h 測定一次。并根據測得的 CO2濃度，隨時調節其流量，去濕用的硅膠也應經常更換。

（4）碳化到 3d、7d、28d、50d 時，分別取出試件，破型，并測定其碳化深度。本試驗采用的是正方體試件，操作為：將試件在壓力試驗機上用劈裂法，每次切開的厚度約為試件寬度的一半，破型后剩余的試件用石蠟將切斷面封好，再放入箱內繼續碳化直到下一個試驗齡期。

（5）將切開所得的試件部分，除去斷面上的粉末，立即噴上濃度為 1% 的酚酞酒精溶液，約 30s 后，按每 10mm 一個測量點用游標卡尺分別測出測點的碳化深度。如果測點處的碳化分界線剛好嵌有粗骨料顆粒，則可取該顆粒兩側碳化深度的平均值作為該點的深度值。

2.2 試驗研究方案

2.2.1 混凝土配合比

本次試驗采用固定的水灰比進行研究。試驗混凝土配合比見表 3。

表 3 混凝土配合比 kg/m3

2.2.2 試驗方案

采取將萘系、氨基磺酸鹽系、脂肪族系及聚羧酸系高效減水劑單獨使用或將其與糖鈣及木鈣緩凝劑復合使用配制混凝土試件，成型尺寸 100mm×100mm×100mm 試件，測其3d、7d、28d 和 50d 碳化深度和碳化速度的變化。

3 外加劑對混凝土碳化性能的影響

3.1 高效減水劑單獨使用對混凝土碳化性能的影響

本試驗分別進行了單獨使用萘系高效減水劑、氨基磺酸鹽系高效減水劑、脂肪族系高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑對混凝土碳化深度影響的研究，結果如表 4 和圖 1 所示。

由圖 1 可知，在同水灰比條件下，單摻聚羧酸系高效減水劑 28d 后混凝土的碳化深度最大，甚至超過了不摻外加劑的混凝土空白組的 28d 碳化深度；單摻脂肪族系高效減水劑的混凝土 28d 碳化深度最小。加了氨基減水劑的混凝土 28d碳化略低于聚羧酸系混凝土的碳化深度；萘系高效減水劑混凝土碳化深度居于其它三種減水劑之間。

3.2 高效減水劑與緩凝劑復合使用對混凝土碳化性能的影響

表 4 同水灰比下減水劑單獨使用時混凝土的碳化

圖 1 減水劑單獨使用時對混凝土的碳化深度的影響

本試驗分別進行了聚羧酸系高效減水劑、萘系高效減水劑、氨基磺酸鹽系高效減水劑及脂肪族高效減水劑復摻一定糖鈣或木鈣（0.25%）后對混凝土各齡期碳化深度的影響研究。結果如表 5 和圖 2 所示。

表 5 高效減水劑與緩凝劑復合使用對混凝土碳化深度的影響

從圖 2 可看出，與緩凝劑復合后，聚羧酸系高效減水劑28d 后混凝土的碳化深度依然最深，超過 1.4cm，但深度要小于單摻聚羧酸系高效減水劑時的碳化深度；脂肪族減水劑的混凝土 28d 碳化深度依然最小，小于 1.0cm。加了氨基減水劑的混凝土 28d 碳化深度與摻入聚羧酸高效減水劑的試樣相比略有不同，氨基與糖鈣復合的試樣碳化深度小于聚羧酸與糖鈣復合的試樣，但氨基與木鈣復合的碳化深度則加大。萘系高效減水劑混凝土碳化深度居于其它三種減水劑之間；木鈣緩凝劑的加入使聚羧酸系混凝土碳化深度值減少了大約0.5cm，其余混凝土組的碳化深度也都減少了。

圖 2 高效減水劑與緩凝劑復合使用對混凝土碳化深度的影響

在同水灰比條件下，高效減水劑與緩凝劑復合后，四組混凝土的碳化深度都比單獨使用高效減水劑的混凝土要少，混凝土的抗碳化性能得到提高。并且從圖 2 還可以看出，各組混凝土中加入木鈣緩凝劑的混凝土的碳化深度小于糖鈣的碳化深度，可知木鈣緩凝劑比糖鈣緩凝劑更有利于混凝土抗碳化性能的提高。

在單摻高效減水劑或復合緩凝劑任何一種情況下，碳化初期，混凝土碳化深度增長的速度較快；但隨著時間的延長，混凝土碳化至一定齡期后，碳化深度增長的速度逐漸變慢，并且漸趨穩定。這主要是因為，一方面，CO2向混凝土內部不斷擴散的同時，它與水泥石中的某些水化產物反應形成的 CaCO3，屬非溶解性的鈣鹽，且其體積比原反應物的體積膨脹約 17% 左右，因此，CaCO3將堵塞部分毛細孔道，進而可以使混凝土碳化的速度降低；另一方面，隨著齡期的延長，由于水泥石的不斷水化，混凝土的孔隙率逐漸降低，因此，也可使混凝土碳化的速度降低。

4 主要結論與展望

本文是為了解決高效減水劑與緩凝劑復合使用對碳化的影響研究不足這種局限性，提出試驗方案，并加以研究。通過試驗研究及數據綜合分析處理得出以下結論：

（1）在單摻高效減水劑或復合緩凝劑任何一種情況下，碳化初期，混凝土碳化深度增長的速度較快；但隨著時間的延長，混凝土碳化至一定齡期后，碳化深度增長的速度逐漸變慢，并且漸趨穩定。

（2）單獨使用四種常用高效減水劑時，在同水灰比條件下單摻聚羧酸系高效減水劑 28d 后混凝土的碳化深度最深，甚至超過了不摻外加劑的混凝土空白組的 28d 碳化深度；單摻脂肪族高效減水劑的混凝土 28d 碳化深度最小。由此可知在四種減水劑中，脂肪族高效減水劑抗碳化性能最好，聚羧酸抗碳化性能最差。

（3）與緩凝劑復合后，在同水灰比條件下，高效減水劑與緩凝劑復合使用后，四組混凝土的碳化深度都比單獨使用高效減水劑的混凝土要少，混凝土的抗碳化性能得到提高。

（4）木鈣和糖鈣兩種緩凝劑，在加入了木鈣緩凝劑的各組混凝土中混凝土的碳化深度小于糖鈣的碳化深度，因此可知木鈣緩凝劑比糖鈣緩凝劑更有利于混凝土抗碳化性能的提高。

[1] 楊利偉. 混凝土碳化的影響因素及其控制措施[J]. 建筑技術開發，2005 (2)：40.

[2] 盧木. 混凝土耐久性研究現狀和研究方向[J]. 工業建筑，1997，27(5)：1-6.

[3] 蔣利學，張譽，劉亞萍，等. 混凝土碳化深度的計算與實驗研究[J].混凝土，1996 (4)：12-17.

[4] 周新剛. 混凝土結構的耐久性與損傷防治[M]. 中國建材工業出版社，1999，9.