礦物摻合料對(duì)C30混凝土抗碳化性能影響研究

何曉雁　韓愷　杜磊　吳安利　張淑艷

【摘 要】采用快速碳化方法，改變粉煤灰和礦粉摻量，對(duì)C30混凝土抗碳化性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：粉煤灰混凝土的碳化深度隨碳化齡期增加近似呈線性增長(zhǎng)，而且隨著粉煤灰摻量的增加出現(xiàn)微小增加；礦粉混凝土碳化深度在28d之前增加迅速，之后增加速度變緩，且隨礦粉摻量的增加而減小；礦粉混凝土與粉煤灰混凝土相比，其抗碳化性能優(yōu)于粉煤灰混凝土。復(fù)摻粉煤灰和礦粉，粉煤灰與礦粉摻量之比為1：3 （粉煤灰10%+礦粉30%） 時(shí)混凝土各齡期碳化深度最小。

【關(guān)鍵詞】碳化深度；礦物摻合料；礦粉；粉煤灰

中圖分類號(hào)： TU528.01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）11-0098-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.041

0 引言

在現(xiàn)代建筑中，傳統(tǒng)混凝土已經(jīng)不能滿足人們的需求，國(guó)內(nèi)外研究工作者開(kāi)始在傳統(tǒng)配合比基礎(chǔ)上作出改變，力求探索性能更好，成本更低的混凝土。摻和料的加入能減少水泥用量，提高混凝土抗碳化性能，延長(zhǎng)建筑物使用壽命，具有良好的環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。在混凝土的耐久性研究中，碳化是一個(gè)不可忽視的因素，我國(guó)每年因碳化引起的鋼筋銹蝕，承載力下降等問(wèn)題，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。眾多學(xué)者針對(duì)碳化問(wèn)題作了大量的研究。阿茹罕[4]通過(guò)加速碳化和自然碳化兩種方法研究了粉煤灰摻量對(duì)混凝土碳化的影響。周萬(wàn)良[5]利用壓汞法以及XRD等方法從微觀角度對(duì)混凝土碳化進(jìn)行了研究。趙永興[6]通過(guò)對(duì)多種因素的多元非線性分析，建立了快速碳化與自然碳化的數(shù)學(xué)模型。因此，研究礦物摻合料對(duì)混凝土碳化的影響，具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。

本文從礦物摻合料單摻、復(fù)摻的角度考慮，討論摻合料對(duì)C30混凝土抗碳化性能的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出粉煤灰、礦粉單摻和復(fù)摻情況下的最佳摻量。從混凝土碳化機(jī)理的角度出發(fā)，分析了影響礦物摻合料混凝土抗碳化性能的因素，為混凝土抗碳化性能的研究提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：冀東普通硅酸鹽水泥P.O 42.5，比表面積為375m2/kg；粉煤灰：I級(jí)粉煤灰，比表面積為635.7m2/kg，燒失量1.60%，SO3含量1.48%；礦渣粉：包頭電廠生產(chǎn)礦渣微粉，測(cè)試等級(jí)為S75級(jí)，SO3含量2.87%；粗骨料：碎石，表觀密度為2.80kg/m3，含泥量0.4%；細(xì)骨料：天然河砂，表觀密度為2746kg/m3，含泥量3.4%；減水劑：聚羧酸高效減水劑，減水率為25%左右。

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》 （JGJ55-2011）進(jìn)行前期的試配和計(jì)算，確定C30混凝土基準(zhǔn)配合比，如表1所示。對(duì)單摻粉煤灰和礦粉、復(fù)摻粉煤灰和礦粉C30混凝土進(jìn)行碳化試驗(yàn)，最終確定14組配合比，分別為J30、J30F10、J30F20、J30F30、J30F40、J30S10、J30S20、J30S30、J30S40、F10S10、F10S20、F10S30、F20S10、F30S10。J代表基準(zhǔn)混凝土，F(xiàn)代表粉煤灰，S代表礦粉，具體數(shù)值代表體積摻量。

1.3 試驗(yàn)方法

碳化試驗(yàn)采用100mm×100mm×400mm棱柱體試件，把養(yǎng)護(hù)完成的試件移至烘干箱內(nèi)，溫度控制在60℃ 以內(nèi)，48小時(shí)后取出試件，在成型面的兩側(cè)面每隔10mm沿縱向畫(huà)平行線，在其它四個(gè)面上涂抹密封材料。放入CO2濃度、溫度、相對(duì)濕度分別為20±3%、20±5℃、70±5%的碳化箱內(nèi)進(jìn)行快速碳化試驗(yàn)，到一定碳化齡期后切開(kāi)混凝土試件，在表面涂抹酚酞溶液，等到溶液充分反應(yīng)后測(cè)量其碳化深度（mm），結(jié)果保留兩位小數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 單摻粉煤灰和礦粉混凝土碳化試驗(yàn)結(jié)果分析

從圖中可以看出，隨著齡期的增加，碳化深度逐漸增加，而且呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。而且隨著粉煤灰摻量的增加，相同齡期碳化深度變大。可見(jiàn)粉煤灰的加入對(duì)碳化性能會(huì)產(chǎn)生一定影響。原因在于粉煤灰后期的水化作用會(huì)消耗一部分堿性物質(zhì)，使混凝土pH值降低，抗碳化性能減弱。從圖中可以看出，粉煤灰的摻量的增加并未使碳化深度明顯增加，主要在于粉煤灰水化產(chǎn)物為較多的硅膠和鋁膠，填充在孔隙中會(huì)使結(jié)構(gòu)更加致密，因此會(huì)抵消掉一部分負(fù)面影響，抗碳化性能降低并不顯著。

圖2所示為不同礦粉摻量混凝土的碳化深度的變化規(guī)律。在28d齡期之前，混凝土碳化深度增加迅速，而35d時(shí)速度有所變緩。主要原因在于，礦粉前期主要起填充作用，隨著齡期的增加，礦粉開(kāi)始參與水化，當(dāng)達(dá)到28d齡期時(shí)，礦粉基本水化完全，生成更加致密的水化產(chǎn)物填充在基體內(nèi)部，使碳化速率明顯減緩。從圖中可以看出，隨礦粉摻量的增加，碳化深度有所降低，說(shuō)明礦粉的摻入可提高混凝土的抗碳化性能。相對(duì)于粉煤灰，礦粉顆粒更細(xì)，比表面積更大，所以微集料填充效應(yīng)更明顯，當(dāng)?shù)V粉摻量增加時(shí)，可以進(jìn)一步改善水泥石內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)。礦粉的摻入還使水泥石與骨料的粘結(jié)力增強(qiáng)，抗?jié)B性增強(qiáng)，可有效阻止酸性氣體的入侵，進(jìn)而提高混凝土的抗碳化性能。

2.2 復(fù)摻粉煤灰和礦粉混凝土碳化試驗(yàn)結(jié)果分析

從圖3可以看出，當(dāng)控制礦粉摻量不變時(shí)，增加粉煤灰摻量，碳化深度逐漸增加，尤其是在粉煤灰與礦粉摻量為2：1時(shí)，碳化深度增加最為明顯，此時(shí)混凝土抗碳化性能最弱，但此后繼續(xù)增加粉煤灰摻量，碳化深度又出現(xiàn)了明顯降低的現(xiàn)象，這主要是由于當(dāng)粉煤灰摻量過(guò)大時(shí)，其中一部分粉煤灰未參與水化，以微集料的形式填充在混凝土體系中，這將使混凝土基體更加致密，在提高力學(xué)性能的同時(shí)，也擁有較好的抗碳化性能。當(dāng)控制粉煤灰摻量不變時(shí)，增加礦粉摻量，碳化深度逐漸減弱，在碳化初期的時(shí)候，碳化深度降低并不明顯，但隨著齡期的增加，碳化深度出現(xiàn)了明顯降低。當(dāng)粉煤灰與礦粉摻量之比為1：3，即粉煤灰摻量10%、礦粉摻量為20%時(shí)，混凝土各齡期的碳化深度最低，在35d時(shí)碳化深度為9.7mm，僅為基準(zhǔn)混凝土的77%，而且也明顯低于其他單摻和雙摻粉煤灰和礦粉的混凝土，說(shuō)明其碳化性能最好。因此，當(dāng)采用合理的摻量時(shí)，可以將粉煤灰與礦粉自身的特殊效應(yīng)相疊加，不僅可以節(jié)約水泥用量，還可以提高混凝土的耐久性能。

3 結(jié)論

（1）粉煤灰混凝土的碳化深度隨碳化齡期增加近似呈線性增長(zhǎng)，而且隨著粉煤灰摻量的增加出現(xiàn)微小增加。

（2）礦粉混凝土碳化深度在28d之前增加迅速，之后增加速度變緩，且隨礦粉摻量的增加而減小；與粉煤灰混凝土相比，礦粉混凝土抗碳化性能更優(yōu)。

（3）當(dāng)粉煤灰與礦粉摻量之比為1：3（粉煤灰10%+礦粉30%）時(shí)，C30混凝土抗碳化性能最好。

【參考文獻(xiàn)】

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[6]趙永興，杜應(yīng)吉，劉方瓊，陳慶亞.基于多元非線性分析的粉煤灰混凝土碳化模型研究[J].混凝土，2017（03）：74-77+81.