礦粉和粉煤灰對混凝土抗碳化性能影響的研究

容志剛，黃萍萍，陳磊

（1.華新混凝土（武漢）有限公司，湖北　武漢　430074；2.華新混凝土襄陽有限公司，湖北　襄陽　441000）

礦粉和粉煤灰對混凝土抗碳化性能影響的研究

容志剛1，黃萍萍2，陳磊2

（1.華新混凝土（武漢）有限公司，湖北武漢430074；2.華新混凝土襄陽有限公司，湖北襄陽441000）

礦物摻合料能改善混凝土的孔隙結構和界面結構，參與膠凝材料的水化，提高混凝土的密實性，使外界的 CO2和水很難滲入，從而可以提高了混凝土的抗滲性。礦粉能有效提高混凝土的抗碳化能力，單摻粉煤灰混凝土碳化深度是單摻礦粉混凝土 2～5 倍。粉煤灰和礦粉復摻能有效地減少混凝土碳化深度，提高混凝土的抗碳化能力。

粉煤灰；礦粉；混凝土；膠凝材料；抗碳化性能

0　前言

混凝土碳化是指水泥石中的水化產物與周圍環境中的二氧化碳作用，生成碳酸鹽與其他物質的現象。碳化將使混凝土的內部結構及組織發生變化，是引發水工建筑物鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕的重要因素，也是降低水利、水資源工程混凝土耐久性的主要因素。為了改善混凝土的性能和利廢，礦渣和粉煤灰作為摻合料在混凝土中的應用日益普及，摻量也不斷提高，尤其在硫酸鹽、氯離子和海水侵蝕環境的混凝土中，摻合料是不可或缺的重要組分，本文就大摻量粉煤灰和礦渣混凝土的碳化性能進行了系統的研究[1]。

1　原材料分析

水泥： P?O 42.5 普通硅酸鹽水泥，其物理性指標見表1。礦粉 S95：S95 級礦粉。粉 煤 灰 FA：Ⅱ 級灰，其性能指標見表 2。

表1　水泥的物理力學性能指標　MPa

表2　粉煤灰的性能技術指標 %

粗骨料：5～25mm 連續級配的碎石，符合 JGJ 52－2006的要求，見表 3。細骨料：天然砂是符合 JGJ 52－2006 要求的細度模數為 2.4 的中粗河砂，含泥量 1 .6%。外加劑：聚羧酸高性能減水劑。水：自來水。水泥及各種礦物摻合料的化學成分見表 4。

表3　碎石的技術指標

表4　膠凝材料 XRF 分析結果%

2　試驗方法及方案

膠凝材料總量分別為 350kg/m3、390 kg/m3、430kg/m3和 470kg/m3，砂率為 40%，外加劑的摻量為膠凝材料總量的量的 1.2%，分別采用單摻 FA、單摻 S95 和（FA+S95）復摻（1:1），摻量分別為 30%、40% 和 50%，制備尺寸100mm×100mm×400mm 的長方體試件，通過控制坍落度在180～200mm 來調整用水量。

本試驗按照 GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法標準》進行，分別測試其不同礦物摻合料摻量對混凝土抗碳化性能的影響。在碳化箱中調整 CO2的濃度在 (20±2)% 的范圍內，濕度在 65%～75% 范圍內，溫度控制在 15℃～25℃ 范圍內[2]。混凝土基準配合比如表 5。

表5　混凝土基準配合比

3　試驗結果及分析

各類混凝土的碳化試驗數據見表 6。

表6　不同膠凝材料體系混凝土碳化數據

3.1膠凝材料用量和礦物摻合料摻量對混凝土碳化性能的影響

膠凝材料用量和礦物摻合料摻量對混凝土碳化性能的影響，見圖 1 。

圖1　各類混凝土的碳化深度

由圖 1 可以得到：

1）各類混凝土均是隨著膠凝材料用量的增加，碳化深度逐漸減小，即混凝土的抗碳化能力提高。當膠凝材料為470kg/m3時，單摻 50% 粉煤灰系列混凝土碳化深度較膠凝材料為 350kg/m3時，降低了 52%；單摻 40% 礦粉時，降低幅度達 67%；

2）各類混凝土的碳化深度均是隨著礦物摻合料的摻量的增加，碳化深度逐漸增大，即混凝土的抗碳化能力降低[3]。以單摻礦粉為例，當膠凝材料 350kg/m3時，摻量 50% 時碳化深度是摻量 40% 時的 1.3 倍，是摻量 30% 時的 1.7 倍；但隨著膠凝材料用量的增加，這種差值逐漸減少。

隨著膠凝材料用量的增加，混凝土密實度增加，CO2不易向混凝土內部滲透，而且增加水泥用量可以改善混凝土的和易性和密實性[4]，提高堿儲備量，直接影響混凝土吸收 CO2的量，故膠凝材料用量越大，混凝土抗碳化能力就越強，碳化速度就越慢[5]。

3.2礦物摻合料種類對混凝土抗碳化性能的影響

由圖 2 分析可以得到，當摻量為 50% 時，混凝土的碳化深度最大，以礦物摻合料摻量 50% 時候為例，分析不同礦物摻合料碳化深度。

1）摻加 50% 礦粉系列混凝土的碳化深度要遠小于單摻50%粉煤灰系列，礦粉有效提高混凝土的抗碳化能力，單摻粉煤灰混凝土碳化深度是單摻礦粉混凝土的 2～5 倍。

2）粉煤灰與礦粉（1:1）復摻能有效的減小混凝土碳化深度，提高混凝土的抗碳化能力。膠凝材料 350kg/m3時，復摻系列碳化深度是單摻粉煤灰系列的 20%，膠凝材料470kg/m3時，僅為單摻粉煤灰系列的 6%。

圖2　不同礦物摻合料混凝土的碳化深度

礦物摻合料可以減小混凝土中總的孔隙率及細化孔隙，使 CO2難以侵入混凝土內部發生碳化反應[6]；礦物摻合料摻量增加，其火山灰效應增強，能與水泥水化后的 Ca(OH)2發生二次水化，使混凝土的堿度降低，從而使混凝土抗碳化能力減弱[7]。

4　結論

（1）各類混凝土均是隨著膠凝材料用量的增加，混凝土的抗碳化能力提高，隨著礦物摻合料的摻量的增加，混凝土的抗碳化能力降低。

（2）礦粉系列混凝土的碳化深度要遠小于單摻粉煤灰系列，礦粉能有效的提高混凝土的抗碳化能力，單摻粉煤灰混凝土碳化深度是單摻礦粉混凝土 2～5 倍。

（3）粉煤灰和礦粉復摻時的碳化深度僅為單摻粉煤灰或礦粉的 2%～20%，能有效的減少混凝土碳化深度，提高混凝土的抗碳化能力。

[1] 陳錫容，王立華，劉佳．礦渣和粉煤灰混凝土抗碳化性能的試驗研究[J]．廣東水利水電，2012(6):36-39.

[2] GB/T 50082－2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準．

[3] 周萬良，方坤河，詹炳根．摻粉煤灰礦粉混凝土抗碳化性能研究[J]．混凝土與水泥制品，2012(12)：14-19.

[4] 鄭建嵐，黃利頻．大摻量礦物摻合料自密實混凝土抗碳化性能研究[J]．建筑材料學報，2012(5)：678-683.

[5] 宋華，牛荻濤，李春暉.礦物摻合料混凝土碳化性能試驗研究[J]．硅酸鹽學報，2009，37(12)：2066-2070．

[6] 李春暉，牛荻濤，宋華．復摻礦物摻合料混凝土碳化試驗研究[J]．工程建設，2009(6)：7-13.

[7] 彭波，楊文，王軍．大摻量礦物摻合料對預拌混凝土碳化的影響[J]．混凝土，2005(5)：108-110．

［單位地址］湖北省武漢市洪山區關山大道國際企業中心英才樓 4 樓（430074）

Effect of mineral admixtures on the concrete carbonation resistance

Rong Zhigang1, Huang Pingping2, Chen Lei2
(1 huaxin concrete (Wuhan) Co., Ltd., Wuhan 430074; 2 Xiangyang Huaxin Concrete Co., Ltd., Xiangyang 441000)

The mineral admixtures can improve the pore structure and interface structure of concrete, can participate in the hydration of cementing materials, improve the density of concrete and the impermeability of concrete that CO2and water is difficult to penetrate concrete . Mineral powder can effectively improve the anti-carbonation of concrete, depth of carbonation in concrete mixed with fly ash is 2～5 times more than it of concrete mixed with mineral powder. Concrete mixed with fly ash and mineral powder can reduce the depth of carbonation effectively and improve the anti-carbonation of concrete.

fly ash; mineral powder; concrete; cementing materials; anti-carbonation

容志剛（1965—），男，漢族，華新混凝土武漢有限公司，工程師，長期從事混凝土的生產及管理工作。