肖世玉，吳濤，和德亮＊，羅小東，陶俊，蒲東

（成都建工賽利混凝土有限公司，四川 成都 610015）

當(dāng)前，混凝土行業(yè)所面臨的生存環(huán)境非常嚴(yán)峻，環(huán)保壓力持續(xù)增大，原材料供應(yīng)持續(xù)緊張，尤其是水泥供應(yīng)非常緊張，導(dǎo)致水泥價(jià)格高漲，使得混凝土企業(yè)不得不進(jìn)一步提高礦物摻合料用量，以此來保證企業(yè)能生存下去。在實(shí)際應(yīng)用中，一方面希望混凝土中礦物摻合料的摻量盡可能大，以便節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和提高經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，摻合料的加入使得水泥熟料用量減少，混凝土堿儲備降低，致使混凝土更容易被碳化[1-7]，碳化又是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素[8]。同時(shí)，四川地區(qū)優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉資源越來越少，當(dāng)大摻量礦物摻合料混凝土使用非優(yōu)質(zhì)材料時(shí)，再結(jié)合當(dāng)下對泵送混凝土施工性能的要求，必然進(jìn)一步降低混凝土力學(xué)性能和抗碳化性能。S95 礦粉活性較高，使用其替代部分水泥進(jìn)行混凝土生產(chǎn)，不僅可以降低生產(chǎn)成本，更重要的是可以降低能耗，減少污染；基于環(huán)保和價(jià)格考慮，混凝土企業(yè)傾向于增加摻合料的摻量來降低混凝土成本，而水泥用量降低會加劇混凝土碳化。因此，對于大摻量礦物摻合料混凝土碳化問題的研究具有十分重要的意義。在當(dāng)下對泵送混凝土施工性能的要求下，大摻量礦物摻合料混凝土的抗碳化性能需要技術(shù)人員加大關(guān)注，并找到合適的解決辦法。

1 原材料及試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：四川亞東水泥有限公司 P·O42.5R 水泥和P·I42.5 水泥，具體性能見表 1 所示。礦粉：四川雙實(shí)建筑有限公司生產(chǎn)的 S75 級和 S95 級，比表面積分別為 410m2/kg 和 470m2/kg，密度≥2.8g/cm3。粉煤灰：成都搏磊粉煤灰綜合開發(fā)有限公司Ⅱ級粉煤灰，比表面積 295m2/kg。骨料：粗骨料選用 5～31.5mm 連續(xù)級配碎石，細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù) 2.7 的機(jī)制砂，產(chǎn)于成都周邊。外加劑：北京中安遠(yuǎn)大 ZA-I 型聚羧酸減水劑。

表 1 水泥性能檢測

1.2 試驗(yàn)

（1）拌合物性能測定 按照 GB/T 50080－2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》規(guī)定進(jìn)行測試，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)同時(shí)對混凝土拌合物流動性、粘聚性和保水性進(jìn)行觀察。

（2）抗壓強(qiáng)度測定 按照 GB/T 50010－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》規(guī)定，將混凝土拌合物制作成邊長為 100mm 的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，養(yǎng)護(hù)至齡期測得的抗壓強(qiáng)度值即為混凝土抗壓強(qiáng)度。

（3）碳化深度測試 按照規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)，將其按規(guī)定要求養(yǎng)護(hù)、烘干、密封，將試件置于 CO2濃度為(20±3)%、相對濕度為 (70±5)%、溫度為 (20±2)℃ 的碳化箱內(nèi)進(jìn)行快速碳化試驗(yàn)。達(dá)到預(yù)定碳化時(shí)間（3d、7d、14d、28d）后取出試件，劈裂，用濃度 1% 的酚酞指示劑滴于劈裂面，待顏色穩(wěn)定后，從測試面邊緣至未碳化區(qū)邊界沿邊長每隔 10mm 測量一次碳化深度值，并以其平均值作為該混凝土試件的碳化深度。

2 結(jié)果與討論

混凝土配合比及性能分別見表 2 和表 3，混凝土強(qiáng)度等級為 C30～C60。采用生產(chǎn)配合比作為基準(zhǔn)組，并研究 S95 礦粉摻量對混凝土性能影響。

表 2 混凝土配合比及拌合物性能

表 3 混凝土抗壓強(qiáng)度及碳化深度

2.1 混凝土拌合物性能

從表 2 可以看出，采用 P·I42.5 水泥加上 20% 粉煤灰代替 P·O42.5R 水泥組混凝土泵送劑摻量均較采用 P·O42.5R 水泥組明顯增加，C30、C40 等級混凝土泵送劑用量增加 0.2%，而 C50、C60 等級混凝土泵送劑用量增加超過 0.7%，P·I42.5 水泥比表面積較大［P·I 水泥用量 I3（194kg）、I4（229kg）、I5（288）、I6（326kg）］，Ⅱ級粉煤灰顆粒級配較差［粉煤灰增量 I3（48kg）、I4（57kg）、I5（82kg）、I6（82kg）］；加入 S95 礦粉后泵送劑摻量進(jìn)一步增加；隨著 S95 礦粉替代 P·I42.5 水泥摻量增加，混凝土泵送劑用量基本保持不變；從以上幾組混凝土初始及3h 和易性來看，混凝土初始和易性良好，但 3h 損失均較大。由于 P·I42.5 水泥表面積較普通硅酸鹽水泥大，在用水量保持不變情況下需加入更多減水劑來達(dá)到流動性；S95 級礦粉顆粒主要為多角形玻璃體，與水泥之間的接觸面積更大，造成顆粒之間內(nèi)部摩擦相對更高[9]，所以加入礦粉后混凝土拌合物更粘稠，和易性相對較差。

2.2 混凝土抗壓強(qiáng)度

C30～C60 等級混凝土抗壓強(qiáng)度如圖 1 所示。從圖中可以看出，采用 P·I42.5 水泥的 I3～I(xiàn)6 組混凝土 3d、7d、28d 和 90d 抗壓強(qiáng)度均與采用 P·O42.5R 水泥的O3～O6 組基本相當(dāng)或略微增加。

從圖 1a) 可以看出，隨著 S95 礦粉替代 P·I42.5 水泥摻量增加，C30 混凝土 3d、7d、28d 和 90d 抗壓強(qiáng)度均達(dá)到強(qiáng)度等級要求且變化不大，但較 O3 和 I3 組明顯降低，3d、7d、28d 和 90d 抗壓強(qiáng)度最多分別下降3.0MPa、3.6MPa、4.6MPa 和 4.6MPa。加入 S95 礦粉各組均較 I3 組多加了 40kg 粉煤灰少加了 40kg S75 礦粉，而粉煤灰的火山灰活性較礦粉差，因此使得各組強(qiáng)度降低。

從圖 1b) 可以看出，隨著 S95 礦粉替代 P·I42.5 水泥摻量增加，C40 混凝土 3d、7d、28d 和 90d 抗壓強(qiáng)度逐漸降低，3d 和 7d 抗壓強(qiáng)度較 O4 和 I4 組明顯降低，3d 和 7d 抗壓強(qiáng)度最多分別下降 7.7MPa 和 10.7MPa，28d 和 90d 抗壓強(qiáng)度較 O4 和 I4 組降低 3～4MPa。加入S95 礦粉各組以 46kg 粉煤灰代替 S75 礦粉，而粉煤灰對早期強(qiáng)度的貢獻(xiàn)較礦粉差，因此使得各組早期強(qiáng)度明顯下降，而后期強(qiáng)度差距縮小。另一方面，泵送劑用量增加引入更多的緩凝組分，也使得混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展變慢。

從圖 1c) 可以看出，隨著 S95 礦粉替代 P·I42.5 水泥摻量增加，C50 混凝土 3d 抗壓強(qiáng)度逐漸降低，且均較 O5 和 I5 組低；7d、28d 和 90d 抗壓強(qiáng)度先增加后降低，在 S95 礦粉摻量為 44kg 時(shí)達(dá)到最高，且均較 O5和 I5 組高。

從圖 1d) 可以看出，隨著 S95 礦粉替代 P·I42.5 水泥摻量增加，C60 混凝土 3d 抗壓強(qiáng)度逐漸降低且均較O5 和 I5 組低；7d、28d 和 90d 抗壓強(qiáng)度先增加后降低，在 S95 礦粉摻量超過 49kg 時(shí)后混凝土強(qiáng)度較 O4和 I4 組降低。

綜合來看，采用 P·I42.5 水泥加上 20% Ⅱ 級粉煤灰替代 P·O42.5R 水泥后，泵送劑用量大幅度增加，加入S95 礦粉后，泵送劑用量進(jìn)一步增加。C30 和 C40 等級混凝土中加入 S95 礦粉后試塊 3d、7d、28d 和 90d 強(qiáng)度有所降低，而在 C50 等級混凝土中加入 S95 礦粉后其7d、28d 和 90d 強(qiáng)度均有提高，在 C60 等級混凝土中，S95 礦粉摻量適當(dāng)時(shí)混凝土強(qiáng)度有所增加。

2.3 混凝土碳化

圖 1 各等級混凝土抗壓強(qiáng)度

從圖 2 可以看出，采用 P·I42.5 水泥加上 20% Ⅱ 級粉煤灰替代 P·O42.5R 水泥后，混凝土碳化深度明顯增加，表明粉煤灰摻量越高混凝土抗碳化性能越差；加入S95 礦粉替代水泥后，隨著 S95 礦粉摻量增加，混凝土碳化深度逐漸增加，當(dāng) C30 混凝土中 S95 礦粉摻量達(dá)到 40kg 時(shí)，混凝土碳化深度超過 15mm。從圖 2c) 可以看出，采用 P·O42.5R 水泥組混凝土快速碳化 28d 后仍未發(fā)生碳化，而采用 P·I42.5 水泥加上 20% Ⅱ 級粉煤灰組快速碳化 14d 時(shí)碳化深度為 1.9mm；加入 S95 礦粉替代水泥后，礦粉摻量為 15kg 時(shí)快速碳化 3d 后才開始發(fā)生碳化，但碳化趨勢仍表現(xiàn)為混凝土碳化深度隨著 S95礦粉摻量增加而增加。從圖 2d) 可以看到，摻加大量粉煤灰及加入 S95 礦粉替代水泥后，各組混凝土均未發(fā)生碳化，表明當(dāng)混凝土足夠密實(shí)時(shí)，只要混凝土中堿含量不超過限定值，混凝土將不會發(fā)生碳化。

對比圖 2a) 中的 I3 組和圖 2b) 中的 I4S35 組，兩組水泥用量相同，I4S35 組混凝土水膠比較低、粉煤灰摻量、膠凝材料用量更多，二者快速碳化 3d、7d 和 14d的碳化深度 I4S35 組均低于 I3 組，但是快速碳化至 28d時(shí)二者的碳化深度已基本相當(dāng)。通過比較二者 28d 強(qiáng)度可知，I4S35 組 28d 強(qiáng)度較 I3 組高了兩個(gè)等級，表明其混凝土密實(shí)度較 I3 組高，因此其早期碳化深度均低于I3 組。由于影響混凝土碳化的主要因素是混凝土密實(shí)度和堿含量，所以當(dāng)混凝土密實(shí)度差異不是很大時(shí)，影響長期碳化的主要因素仍是堿含量。

圖 2 各等級混凝土快速碳化深度

總的來說，混凝土的抗壓強(qiáng)度與碳化深度之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性[10]，影響混凝土碳化的主要因素是混凝土密實(shí)度和堿含量，對于密實(shí)度好的混凝土來說，堿含量只要不低于限定值就不會對發(fā)生碳化。

3 結(jié)論

（1）采用 P·I42.5 水泥加上 20% 粉煤灰代替P·O42.5R 水泥后，泵送劑用量大幅度增加，加入 S95礦粉后，泵送劑用量進(jìn)一步增加，混凝土變黏稠。因此，采用二者進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)宜進(jìn)行外加劑調(diào)整。

（2）C30 和 C40 等級混凝土中加入 S95 礦粉后試塊 3d、7d 和 28d 強(qiáng)度有所降低，而在 C50 等級混凝土中加入 S95 礦粉后其 3d、7d 強(qiáng)度均有提高，在 C60 等級混凝土中，S95 礦粉摻量適當(dāng)時(shí)混凝土強(qiáng)度與未摻時(shí)的強(qiáng)度基本相當(dāng)，摻量過高或過低均會導(dǎo)致其強(qiáng)度降低，C50、C60 等級混凝土 28d 強(qiáng)度在加入 S95 礦粉后有一定提高。

（3）在同等條件下提高礦物摻合料中粉煤灰的用量，混凝土抗碳化能力明顯下降。但是，當(dāng)混凝土足夠密實(shí)時(shí)，粉煤灰摻量只要不超過限定值則不會發(fā)生碳化。

（4）當(dāng)混凝土密實(shí)度相差不大時(shí)，對于混凝土堿含量相同的兩組混凝土，較為密實(shí)的混凝土早期抗碳化能力較強(qiáng)，而長期抗碳化能力基本相當(dāng)。

（5）隨著 S95 礦粉替代水泥量增加，混凝土抗碳化能力逐漸下降。