黃 麗，沈東美

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210019）

目前，國內(nèi)外的專家、學(xué)者都一致認(rèn)同混凝土的碳化深度x與碳化時間t的平方根成正比關(guān)系，即其中碳化系數(shù)反映碳化速度的綜合參數(shù)[1]。國內(nèi)外的廣大學(xué)者圍繞著影響碳化系數(shù)的因素，展開了大量的室內(nèi)快速碳化試驗(yàn)、室外暴露碳化試驗(yàn)和大量的針對實(shí)際工程的碳化調(diào)查[2-4]。研究者根據(jù)所考慮的主要因素的不同，歸納出碳化系數(shù)k的不同表達(dá)形式，從而提出了很多碳化深度計算模型[5-10]，一般分為3類：（1）基于碳化試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停唬?）以擴(kuò)散理論為基礎(chǔ)的理論推導(dǎo)模型；（3）基于擴(kuò)散理論和試驗(yàn)結(jié)果的模型。本研究基于碳化試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過室內(nèi)快速碳化試驗(yàn)研究水泥用量、水膠比、環(huán)境的溫度、濕度、CO2濃度與混凝土碳化深度的關(guān)系。

1 試驗(yàn)設(shè)計

1.1 原材料

華潤水泥廠42.5普通硅酸鹽水泥、二級低鈣粉煤灰、細(xì)度模數(shù)為 2.5～2.8，洞庭湖中砂、5～20 mm連續(xù)級配碎石、國內(nèi)某公司提供的高效減水劑、自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土力學(xué)性能按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GB/T50081—2002）進(jìn)行，混凝土碳化試驗(yàn)按《普通混凝土長期性能和耐久性試驗(yàn)方法》（GBJ82—85）進(jìn)行。

2 混凝土碳化影響因素研究

2.1 水泥用量的影響

圖1為不同水泥用量下混凝土28 d抗壓強(qiáng)度和3 d、7 d、14 d、28 d碳化深度。由圖1可以看出：隨著水泥用量的增加，混凝土各齡期的碳化深度逐漸降低，且隨著齡期的增加，因混凝土越來越致密，使其碳化速率逐漸變慢。隨著水泥用量的增加，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度呈先增后減的趨勢，這是因?yàn)樵诨炷量箟簭?qiáng)度達(dá)到最大值之前，混凝土中膠凝材料不足以將骨料充分膠結(jié)，隨著水泥用量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)其抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值后，水膠比不變，水泥用量的增加必然導(dǎo)致單方用水量增加，而水泥用量增加對混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)低于用水量增加對強(qiáng)度的降低作用，從而使得混凝土抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢。

圖1 不同水泥用量下混凝土碳化深度和抗壓強(qiáng)度

2.2 水膠比的影響

圖2為不同水膠比下混凝土28 d抗壓強(qiáng)度和3 d、7 d、14 d、28 d碳化深度。由圖2可以看出：隨著水膠比的提高，混凝土各齡期的碳化深度逐漸增加，而28 d抗壓強(qiáng)度則逐漸降低。這是因?yàn)榻档退z比，可以有效減少混凝土中的毛細(xì)孔，增加混凝土的密實(shí)度，從而提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗碳化性能。且當(dāng)水膠比小于0.4時，混凝土碳化過程較為緩慢，其碳化深度增長不很顯著。

圖2 不同水膠比下混凝土碳化深度和抗壓強(qiáng)度

2.3 粉煤灰摻量的影響

圖3為不同粉煤灰摻量下混凝土28 d抗壓強(qiáng)度和3 d、7 d、14 d、28 d碳化深度。由圖3可以看出：隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土各齡期的碳化深度逐漸增加，而28 d抗壓強(qiáng)度則逐漸降低。粉煤灰取代水泥，使得單位體積中水泥用量減少，水泥水化反應(yīng)生成的Ca（OH）2物質(zhì)減少，堿儲備降低，粉煤灰與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生二次反應(yīng)，進(jìn)一步降低了混凝土的堿度，使混凝土抗碳化能力減弱。

圖3 不同粉煤灰摻量下混凝土碳化深度和抗壓強(qiáng)度

2.4 CO2濃度的影響

圖4為不同CO2濃度下混凝土28 d抗壓強(qiáng)度和3 d、7 d、14 d、28 d碳化深度。由圖4可以看出：隨著CO2濃度的增加，其向混凝土的擴(kuò)散速率也將逐漸增大，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土各齡期的碳化深度逐漸增加，其28d抗壓強(qiáng)度逐漸降低。

圖4 不同CO2濃度下混凝土碳化深度和抗壓強(qiáng)度

2.5 環(huán)境溫度的影響

圖5為不同環(huán)境溫度下混凝土28 d抗壓強(qiáng)度和3 d、7 d、14 d、28 d碳化深度。由圖5可以看出：隨著環(huán)境溫度的升高，CO2的擴(kuò)散速度提高，混凝土碳化的化學(xué)反應(yīng)速度提高，可碳化物質(zhì)的遷移速度也在提高，這些均有助于混凝土碳化速度的提高，從而使得混凝土的碳化深度顯著增大，而隨著溫度的升高，混凝土中水泥水化程度增大，從而有利于混凝土28d抗壓強(qiáng)度的提高。

圖5 不同環(huán)境溫度下混凝土碳化深度和抗壓強(qiáng)度

2.6 環(huán)境濕度的影響

圖6為不同環(huán)境相對濕度下混凝土28 d抗壓強(qiáng)度和3 d、7 d、14 d、28 d碳化深度。由圖6可以看出：隨著環(huán)境相對濕度的增加，混凝土碳化深度先增后減，在70%濕度下最大。這是因?yàn)殡S著環(huán)境相對濕度的提高，CO2在混凝土內(nèi)的擴(kuò)散速度也將逐漸增大，但當(dāng)其達(dá)到一定值后，繼續(xù)提高環(huán)境相對濕度，混凝土內(nèi)部的孔隙水飽和度將增大，這將阻礙 CO2在混凝土內(nèi)的擴(kuò)散速度，同時由混凝土碳化的化學(xué)反應(yīng)方程可知，混凝土的碳化反應(yīng)是一個釋放水的反應(yīng)，故隨著混凝土內(nèi)部水分的增多，也將阻礙混凝土碳化反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土各齡期碳化深度隨環(huán)境相對濕度的增加而顯著降低。同時，隨著環(huán)境相對濕度的增加，混凝土表面水分蒸發(fā)減慢，促使混凝土中水泥水化有充足的水分參與反應(yīng)，進(jìn)而有利于提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。

圖6 不同環(huán)境相對濕度下混凝土碳化深度和抗壓強(qiáng)度

3 結(jié)論

隨著水泥用量的增加，混凝土各齡期的碳化深度逐漸降低；隨著水膠比的提高，混凝土各齡期的碳化深度逐漸增加；隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土各齡期的碳化深度逐漸增加；隨著CO2濃度的增加，混凝土各齡期的碳化深度逐漸增加；隨著環(huán)境溫度的升高，混凝土各齡期的碳化深度逐漸增加；隨著環(huán)境相對濕度的增加，混凝土碳化深度先增后減，在70%濕度下最大。

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