龔明子

（廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361100）

中低強(qiáng)度混凝土抗碳化性能研究

龔明子

（廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361100）

本文通過(guò)混凝土快速碳化試驗(yàn)，研究混凝土強(qiáng)度等級(jí)、膠凝材料摻量、礦物摻合料種類及混凝土工作狀態(tài)對(duì)中低強(qiáng)度混凝土碳化深度的影響。研究結(jié)果表明：混凝土的抗碳化問(wèn)題主要集中在中低強(qiáng)度混凝土，工作性正常的高強(qiáng)混凝土抗碳化問(wèn)題較小。在相同的水膠比下，隨著膠凝材料的增加，混凝土的碳化深度減小，但是減小幅度越來(lái)越少。在相同配比下，坍落度對(duì)混凝土抗碳化性能影響較小，而離析會(huì)大大降低混凝土的抗碳化性能。

低強(qiáng)度混凝土；碳化深度；混凝土和易性

0 前言

混凝土碳化與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性密切相關(guān)，是衡量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物使用壽命的重要指標(biāo)之一[1]。伴隨著混凝土工業(yè)的快速發(fā)展以及混凝土原材料的變化，混凝土碳化加快的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。近幾年，澆筑不到 60d 的混凝土碳化深度已超過(guò) 3mm，而 2003 年以前，混凝土 60d 的碳化深度一般不超過(guò) 1mm[2]。為了延長(zhǎng)混凝土使用壽命，提高混凝土耐久性，混凝土碳化是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。

在過(guò)去幾十年里，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水膠比、摻合料種類、摻量等因素對(duì)混凝土碳化性能影響開展了大量的研究[2-8]，但研究的配合比多為高膠凝材料 (≥380kg/m3) 和較低的水膠比(≤0.45)[2-8]，而實(shí)際工程中以普通中低強(qiáng)度混凝土為主，關(guān)于中低強(qiáng)度混凝土抗碳化性能研究較少。本文通過(guò)混凝土快速碳化試驗(yàn)，研究混凝土強(qiáng)度等級(jí)、膠凝材料摻量、礦物摻合料種類及混凝土工作狀態(tài)對(duì)混凝土碳化深度的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)用水泥為福建龍麟水泥有限公司生產(chǎn)的 42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為漳州后石電廠生產(chǎn)的 Ⅱ 級(jí)粉煤灰；礦粉為三鋼集團(tuán)礦微粉有限公司生產(chǎn)的 S95 級(jí)礦渣粉；石子為廈門隆錦旺建材經(jīng)營(yíng)部生產(chǎn)的 5～20mm 連續(xù)級(jí)配碎石和16～31.5mm 單粒級(jí)碎石；砂為廈門海城商貿(mào)有限公司生產(chǎn)的天然中砂，細(xì)度模數(shù) 2.75，堆積密度為 1590kg/m3；水為生活用水，符合 JGJ 63—2006 《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的拌合用水要求；減水劑為聚羧酸減水劑。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本文通過(guò)試驗(yàn)研究水膠比、礦物摻合料等因素與低強(qiáng)度混凝土抗碳化性能之間的關(guān)系，試驗(yàn)所用配合比見表1 和表2。C25 和 C30 混凝土所用減水劑為聚羧酸高效減水劑，C50為聚羧酸高性能減水劑。

表1 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比 kg/m3

表2 不同膠凝材料摻量混凝土配合比 kg/m3

為考慮混凝土拌合物和易性對(duì)混凝土工作性、不同齡期碳化深度的影響，通過(guò)改變坍落度以及從加水離析與加外加劑離析兩方面分析離析探討對(duì)混凝土抗碳化性能的影響。試驗(yàn)方案如表3。

表3 拌合物和易性對(duì)混凝土碳化深度的影響

1.3 試驗(yàn)方法

混凝土試件按照設(shè)計(jì)配合比制作，混凝土碳化試件尺寸為 100mm×100mm×100mm。澆筑好的混凝土 24h 后拆模，之后將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù) 28d。

試驗(yàn)依據(jù) GB50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中碳化試驗(yàn)規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)齡期為 3d，7d，14d，28d 時(shí)進(jìn)行碳化深度的測(cè)量。

2 試驗(yàn)結(jié)果

混凝土的工作性、抗壓強(qiáng)度和碳化深度結(jié)果如表4 所示。

表4 混凝土碳化試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3 討論

3.1 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗碳化能力影響

圖 1 為不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的碳化深度。從圖可看出，隨著混凝土強(qiáng)度的增加，混凝土碳化深度逐漸減小，混凝土抗碳化性能逐漸提高。且 A1 和 A2 的碳化深度遠(yuǎn)大于混凝土A3 的碳化深度。這表明中低強(qiáng)度混凝土的碳化深度遠(yuǎn)大于高強(qiáng)度混凝土，且隨著混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)，混凝土的抗碳化性能逐漸增強(qiáng)。混凝土的抗碳化問(wèn)題主要集中在中低強(qiáng)度混凝土，工作性正常的高強(qiáng)混凝土抗碳化問(wèn)題較小。

由于低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的水膠比較大、膠凝材料用量較少，硬化后混凝土孔隙率較大。同時(shí)，混凝土摻入礦物摻合料降低了混凝土單位體積內(nèi)的 Ca(OH)2含量，而且，礦物摻合料的火山灰反應(yīng)消耗部分的 Ca(OH)2使混凝土抗碳化性能下降。對(duì)于 C50 混凝土，水膠比較低，混凝土孔隙率較小，混凝土較為密實(shí)；同時(shí)，混凝土單位體積內(nèi)含有較多的Ca(OH)2含量。因此，高強(qiáng)度混凝土的碳化深度較小。

圖 1 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土碳化深度

3.2 膠凝材料摻量對(duì)混凝土抗碳化能力影響

由表4 可知，B1 和 B3 混凝土的強(qiáng)度都滿足 C25 混凝土強(qiáng)度要求，但其碳化深度都大于 20mm，單摻粉煤灰時(shí) B3的 28d 碳化深度達(dá) 34.1mm。圖 2 為不同膠凝材料摻量下混凝土的碳化深度。由圖 2 可知，對(duì)于中低強(qiáng)度混凝土在相同的水膠比下，隨著膠凝材料的增加，混凝土的碳化深度減小，但是減小幅度越來(lái)越少，且雙摻粉煤灰和礦粉混凝土的碳化深度都小于單摻粉煤灰混凝土。膠凝材料由 300kg/m3增長(zhǎng)到320 kg/m3時(shí)，A1 和 B4 碳化深度分別比 B1 和 B3 減小 8.8mm和10.1mm，膠凝材料由 320kg/m3增長(zhǎng)到 340 kg/m3時(shí)，B2和 B5 碳化深度分別比 A1 和 B4 減小 1.2mm 和 3.6mm。說(shuō)明對(duì)于中低強(qiáng)度混凝土，當(dāng)水膠比一定、膠凝材料小于一定值時(shí)，雖然強(qiáng)度可達(dá)到要求，但是混凝土的碳化深度快速增加；當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，增加膠凝材料提高混凝土的抗碳化能力有限。雙摻礦粉和粉煤灰，可有效改善混凝土的抗碳化能力。

圖 2 不同膠凝材料摻量混凝土碳化深度

3.3 拌合物和易性對(duì)混凝土抗碳化能力的影響

從表4 和圖 3 可知，在相同配比下，坍落度對(duì)混凝土抗碳化性能影響較小。由表4 和圖 4 可知，用水量過(guò)多導(dǎo)致的混凝土離析會(huì)隨著碳化齡期延續(xù)，對(duì)碳化深度的影響比外加劑摻量過(guò)多離析明顯。其原因是：在相同配比、保證混凝土不產(chǎn)生離析的情況下，增加新拌混凝土坍落度需要增加高效減水劑的摻量。減水劑摻量的改變并不影響混凝土水膠比、用水量，因此，在相同配比下，改變減水劑摻量使混凝土坍落度增加，對(duì)混凝土抗碳化性能影響不大。離析狀態(tài)混凝土碳化深度較大是因?yàn)殡x析導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大大增加，碳化速度大。用水量是影響混凝土強(qiáng)度、工作性及耐久性的主要因素。加水導(dǎo)致混凝土離析相當(dāng)于提高混凝土水膠比，增加用水量。用水量過(guò)多，使混凝土內(nèi)部自由水、毛細(xì)管水、凝膠水等增多，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙通道增加和混凝土密實(shí)性降低。CO2主要是通過(guò)毛細(xì)組織等孔隙通道由表及里向內(nèi)擴(kuò)散，而混凝土微觀結(jié)構(gòu)的形成主要是受到初始水膠比的制約。水膠比越大，混凝土內(nèi)部的空隙率也隨之增大，這也是加水導(dǎo)致混凝土離析進(jìn)而使混凝土碳化速度加快的另一個(gè)原因。

圖 3 不同坍落度對(duì)混凝土抗碳化性能影響

圖 4 離析對(duì)混凝土抗碳化性能影響圖

4 結(jié)論

通過(guò)以上試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

（1）混凝土的抗碳化問(wèn)題主要集中在中低強(qiáng)度混凝土，工作性正常的高強(qiáng)混凝土抗碳化問(wèn)題較小。

（2）對(duì)于中低強(qiáng)度混凝土在相同的水膠比下，膠凝材料小于一定值時(shí)，雖然強(qiáng)度可達(dá)到要求，但是混凝土的碳化深度快速增加；當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，增加膠凝材料提高混凝土的抗碳化能力有限。雙摻礦粉和粉煤灰，可有效改善混凝土的抗碳化能力。

（3）在相同配比下，坍落度對(duì)混凝土抗碳化性能影響較小。而離析會(huì)大大降低混凝土的抗碳化性能，且用水量過(guò)多導(dǎo)致混凝土離析隨著碳化齡期延續(xù)，碳化深度比外加劑摻量過(guò)多離析嚴(yán)重。

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Research on improving anti-carbonation property of low-strength concrete

Gong Mingzi
(Xiamen Construction Science Research Institute CO., Ltd., FuJian Xiamen 226600)

In this paper, it investigated the affect of the strength grade of concrete, cementitious material content and concrete workability on the anti-carbonation property of low-strength concrete. The results show that: the carbonation of concrete is mainly in middle and low strength concrete carbonation, smaller problems of high strength concrete. At the same water-binder ratio, with the increase of cementitious materials, concrete carbonation depth decreases, but the decrease is less. In the same proportion, less influence on the carbonation resistance of concrete slump, and segregation will greatly reduce the carbonation resistance of concrete.

low-strength concrete; carbonation depth; workability

龔明子，女，碩士，工程師。主要從高性能混凝土及外加劑的應(yīng)用研究。