三級(jí)粉煤灰和石粉單摻或復(fù)摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能的影響

張秀葉

（山東魯碧建材有限公司，山東 日照 271100）

1 引言

在建筑業(yè)中，粉煤灰作為一種膠凝材料，主要表現(xiàn)為形態(tài)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微骨料效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于混凝土和砂漿中。但隨著基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模展開，粉煤灰產(chǎn)量逐漸減少。這就需要一種新的材料替代粉煤灰應(yīng)用于混凝土中。隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展，石粉應(yīng)用于混凝土、砂漿或水泥制品，一方面可節(jié)約水泥用量，另一方面對(duì)混凝土、砂漿或水泥制品的工作性、致密性等性能也有一定的改善。在一般大氣環(huán)境下，混凝土碳化是鋼筋銹蝕的主要原因。鋼筋銹蝕使混凝土保護(hù)層開裂，產(chǎn)生沿筋裂縫和剝落，進(jìn)而導(dǎo)致黏結(jié)力下降、鋼筋受力面積減少、結(jié)構(gòu)耐久性和承載力降低等一系列不良后果。本文主要研究石粉和三級(jí)粉煤灰單摻或復(fù)摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能的影響。

2 試驗(yàn)原材料、試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：P·O42.5，山東省濟(jì)南市魯碧水泥廠生產(chǎn)，其性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

（2）粉煤灰：F類三級(jí)灰，山東省日照市華能電廠生產(chǎn)，其性能指標(biāo)見表2。

表2 三級(jí)粉煤灰性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

（3）石粉：細(xì)度4.6%（200目篩），亞甲藍(lán)值1.15，比表面積372m2/kg，氧化鈣49.5%，二氧化硅2.08%，山東省日照市五蓮某石料廠生產(chǎn)。

（4）細(xì)骨料：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)3.15，石粉含量11.2%，亞甲藍(lán)值1.40，壓碎值10.6%。

（5）粗骨料：玄武巖碎石，5～16mm和16～31.5mm兩種，比例為4∶6，連續(xù)級(jí)配，總含泥量0.5%，泥塊含量0.1%，針片狀含量8.5%。

（6）外加劑：聚羧酸高性能減水劑，中鐵四局安徽中鐵工程材料科技有限公司生產(chǎn)；引氣劑、消泡劑和緩凝劑均為山東省濟(jì)南市某化工市場(chǎng)生產(chǎn)。

（7）水：飲用自來水。

2.2 試驗(yàn)儀器

J-60混凝土攪拌機(jī)、混凝土振動(dòng)臺(tái)、混凝土含氣量測(cè)定儀、萬能壓力試驗(yàn)機(jī)、混凝土全自動(dòng)碳化試驗(yàn)儀、坍落度筒、搗棒等。

2.3 試驗(yàn)方法

混凝土含氣量與坍落度性能試驗(yàn)測(cè)試按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50080-2016）進(jìn)行。

混凝土試件制作與養(yǎng)護(hù)測(cè)試按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）進(jìn)行。

混凝土碳化試驗(yàn)：

使用l00mm×l00mm×l00mm的試模成型，在溫度（20±5）℃、相對(duì)濕度（90±2）%標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至24h后脫模，放入（20±3）℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定碳化齡期后取出，再放入溫度（60±5）℃的干燥箱中烘干48h，然后留成型的兩個(gè)上下面，其余的各面用石蠟密封完好，放入標(biāo)準(zhǔn)碳化箱中進(jìn)行碳化，碳化至3d、7d、14d、28d，從碳化箱中取出，用壓力機(jī)將試塊沿未涂石蠟的側(cè)面從中間劈開，滴加1%酒精酚酞溶液，20s后以每10mm讀取碳化深度，三個(gè)試塊取平均值作為碳化深度試驗(yàn)結(jié)果。

2.4 試驗(yàn)方案

本文分三個(gè)試驗(yàn)方案進(jìn)行，第一種方案是粉煤灰單摻分別為0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為7d，試驗(yàn)序號(hào)為A；第二種方案是石粉單摻分別為0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，試 件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為7d，試驗(yàn)序號(hào)為B；第三種方案是石粉與三級(jí)粉煤灰復(fù)摻，復(fù)摻摻量為20%，石粉與粉煤灰復(fù)摻比例分別為0∶100、20∶80、40∶60、50∶50、60∶40、80∶20、100∶0，試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為7d，試驗(yàn)序號(hào)為C。各組高性能混凝土配合比見表3。

表3 石粉與三級(jí)粉煤灰單摻或復(fù)摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能影響配合比設(shè)計(jì)

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過調(diào)整聚羧酸高性能減水劑母液中減水成分與保坍成分的比例，使各組高性能混凝土的初始坍落度都控制在220～240mm之間；適當(dāng)調(diào)整外加劑中的引氣劑或消泡劑用量，使高性能混凝土初始含氣量控制在2.0%～4.0%之間；將混凝土成型養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后進(jìn)行混凝土碳化試驗(yàn)。

3.1 三級(jí)粉煤灰單摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能影響

三級(jí)粉煤灰單摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能影響的試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 三級(jí)粉煤灰對(duì)高性能混凝土碳化深度影響的試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，隨著三級(jí)粉煤灰摻量的增加，高性能混凝土的碳化深度逐漸降低；隨著碳化齡期的延長，高性能混凝土的碳化深度增大，即三級(jí)粉煤灰摻量越大，高性能混凝土的抗碳化能力越強(qiáng)，而碳化時(shí)間越長，高性能混凝土的碳化深度越大。另外，當(dāng)三級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%時(shí)，再增加粉煤灰摻量，高性能混凝土碳化深度變化不大。

3.2 石粉單摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能影響

石粉單摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能影響的試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 石粉對(duì)高性能混凝土碳化深度影響的試驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出，隨著石粉摻量的增加，高性能混凝土的碳化深度先降低后增加，當(dāng)石粉摻量為15%時(shí)，高性能混凝土的碳化深度最小，但與基準(zhǔn)（0#試樣）相比，兩者相差不大；石粉摻量越高，高性能混凝土的碳化深度增加越明顯。可見，少量石粉（20%以內(nèi)）等量替代水泥，石粉摻量對(duì)高性能混凝土的碳化深度影響不大。

3.3 三級(jí)粉煤灰與石粉復(fù)摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能影響

三級(jí)粉煤灰與石粉復(fù)摻對(duì)高性能混凝土抗碳化性能影響的試驗(yàn)結(jié)果見表6。

從表6可以看出，三級(jí)粉煤灰與石粉復(fù)摻后，高性能混凝土的碳化深度都比基準(zhǔn)（0#試樣）低，也比三級(jí)粉煤灰或石粉單摻較低。另外，隨著復(fù)摻摻合料中石粉摻量的不斷增加，高性能混凝土的碳化深度先下降后增加，當(dāng)三級(jí)粉煤灰與石粉復(fù)摻比例為60∶40（3∶2）時(shí)，高性能混凝土的碳化深度達(dá)到最低值，即高性能混凝土抗碳化性能最佳。

表6 三級(jí)粉煤灰與石粉復(fù)摻對(duì)高性能混凝土碳化深度影響的試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，得出結(jié)論：

（1）當(dāng)三級(jí)粉煤灰單摻時(shí)，隨著三級(jí)粉煤灰摻量的增加，高性能混凝土抗碳化性能逐漸提高。當(dāng)三級(jí)粉煤灰摻量達(dá)到30%后，再增加三級(jí)粉煤灰摻量，高性能混凝土抗碳化性能增加不明顯。

（2）當(dāng)石粉單摻時(shí)，隨著石粉摻量的增加，高性能混凝土抗碳化性能先提高而后逐漸減弱，而石粉摻量越大，減弱效果越明顯。

（3）當(dāng)三級(jí)粉煤灰與石粉復(fù)摻時(shí)，隨著復(fù)合摻合料中石粉摻量的增加，高性能混凝土抗碳化性能先提高而后降低，復(fù)摻的效果均優(yōu)于單摻。當(dāng)三級(jí)粉煤灰與石粉復(fù)摻比例為3∶2時(shí)，高性能混凝土抗碳化性能最佳。