歐陽(yáng)克連 吳笑梅 樊粵明

(1 廣州市華力新建材科技有限公司；2 華南理工大學(xué)材料與工程學(xué)院）

0 引言

混凝土是一種堿性材料，它可以在鋼筋表面形成一層鈍化膜，從而避免鋼筋銹蝕。而鋼筋銹蝕的原因之一是外界二氧化碳滲入混凝土內(nèi)部，使得混凝土中性化，鋼筋失去了鈍化膜而可能被侵蝕而產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，從而破壞了鋼筋在鋼筋混凝土中的骨架支撐作用，使得建筑耐久性不良?；炷恋奶蓟饕强諝庵械亩趸寂c水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)。水泥水化產(chǎn)物主要是Ca(OH)2和水化硅酸鈣C-S-H，空氣中的CO2通過(guò)混凝土的孔隙和毛細(xì)管由表及里滲入并與這些水化產(chǎn)物以及中間體進(jìn)行碳化反應(yīng)?；炷恋奶蓟淖兞嘶炷恋幕瘜W(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，對(duì)混凝土力學(xué)性能有明顯的影響。

水泥顆粒分布與水泥及混凝土的許多主要性能，如強(qiáng)度、密實(shí)性、需水量等都有較大關(guān)系，它也是目前現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)廠調(diào)控水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)及某些施工性能的主要手段之一。顆粒分布對(duì)混凝土強(qiáng)度有很大的影響[1]。顆粒分布較寬的水泥，在水灰比及外加劑用量相同的情況下，配制的水泥砂漿或混凝土具有良好的密實(shí)性及孔結(jié)構(gòu)[2]。調(diào)整水泥顆粒分布，增加細(xì)粉含量，實(shí)現(xiàn)最佳堆積密度可最大限度地減少顆粒之間的三角空隙區(qū)，降低所需水膜厚度，達(dá)到降低用水量，提高砂漿流動(dòng)性，提高混凝土強(qiáng)度和密實(shí)性的目的[3]。水泥的顆粒大小分布影響混凝土的孔隙率、水化率以及密實(shí)度，而這些因素對(duì)于混凝土的抗碳化性能起重要作用。

1 實(shí)驗(yàn)原材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

本實(shí)驗(yàn)選用珠江水泥廠的開流磨(ZK)和閉路磨(ZB)兩種不同顆粒分布的水泥作為實(shí)驗(yàn)原材料。其顆粒分布如表1，表中可以看出，開流磨(ZK)水泥5～30μm顆粒含量為52.72%，閉路磨(ZB)水泥5～30μm顆粒含量為63.03%，閉路磨(ZB)水泥顆粒分布要窄。

表1 ZK與ZB水泥顆粒分布

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 混凝土試件的成型

根據(jù)GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》成型混凝土試件（規(guī)格為100mm×100mm×100mm）。采用SJD 型強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行混凝土的攪拌。混凝土的配合比及坍落度如表2所示。

表2 混凝土配合比

其中配合比A 表示純水泥配制的混凝土，配合比B表示單摻石灰石粉30%（超摻系數(shù)為1.2）的混凝土。

1.2.2 加速碳化實(shí)驗(yàn)

按照普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法GB/T50082-2009進(jìn)行碳化實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 漿體的PH測(cè)定

實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用瑞士785DMP 自動(dòng)電位滴定儀器。實(shí)驗(yàn)采用固液萃取法測(cè)定孔隙液相pH值，實(shí)驗(yàn)步驟：

⑴將混凝土試件敲碎，取試件內(nèi)部的砂漿試塊，將砂漿試塊進(jìn)行研磨后過(guò)0.08mm篩；

⑵稱取過(guò)完篩的試樣（粒徑≤0.08mm）10g，再加入10 倍重量的蒸餾水，密封以防止碳化；將試樣振蕩2 小時(shí)后進(jìn)行過(guò)濾，得到的濾液需靜止24h；用自動(dòng)電位滴定儀對(duì)濾液測(cè)PH值。

1.2.4 顆粒分布的測(cè)定

顆粒分布按沉降天平法測(cè)量，實(shí)驗(yàn)所用儀器為TZC-4顆粒測(cè)定儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 水泥顆粒分布對(duì)混凝土抗碳化性能的影響

2.1.1 混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

配合比A 的混凝土為不摻摻合料的基準(zhǔn)混凝土，其養(yǎng)護(hù)條件為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，即養(yǎng)護(hù)溫度20±2℃，相對(duì)濕度≥95%。由珠江水泥開流磨（ZK）和閉路磨(ZB)的兩種水泥配制的配合比A的混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 純水泥混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d 后ZK 與ZB 兩種混凝土的強(qiáng)度相近。經(jīng)碳化后兩種純水泥混凝土的強(qiáng)度均降低，這是因?yàn)樵谔蓟^(guò)程中使得混凝土結(jié)構(gòu)被破壞，因此抗壓強(qiáng)度降低。

配合比B的混凝土為單摻30%石灰石摻合料的混凝土試塊(ZKS 表示添加石灰石摻和料的開流磨水泥，ZBS表示添加石灰石摻和料的閉路磨水泥)。因?yàn)樵趯?shí)際工程施工過(guò)程的養(yǎng)護(hù)無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，為了切合工程實(shí)際，單摻摻合料的混凝土碳化實(shí)驗(yàn)選用非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，即養(yǎng)護(hù)溫度15℃，相對(duì)濕度60%。此外由于在純水泥混凝土的快速碳化實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)由于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)使得混凝土的碳化深度差距不夠明顯，因此選用非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件可以放大混凝土試塊的碳化深度以便對(duì)比分析。表4為單摻石灰石粉的混凝土抗壓強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表4 單摻石灰石粉混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上看，ZKS 和ZBS 非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d 強(qiáng)度相當(dāng)，而與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的基準(zhǔn)混凝土相比，非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的摻石灰石粉的混凝土養(yǎng)護(hù)28d 強(qiáng)度明顯要低。從已有理論分析，這是因?yàn)榉菢?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下溫度和濕度較低，不利于水泥的水化，導(dǎo)致混凝土水化進(jìn)程變慢，從而影響強(qiáng)度；另一方面，由于加入了石灰石摻合料，減少了水泥用量，使得C-S-H 凝膠減少，混凝土膠結(jié)作用降低，從而降低強(qiáng)度。

與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)情況不同的是，進(jìn)行快速碳化實(shí)驗(yàn)6d后摻石灰石摻和料的混凝土的抗壓強(qiáng)度提高了。從已有理論上分析，是因?yàn)樵诜菢?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土試塊的孔隙較多，經(jīng)碳化反應(yīng)后所產(chǎn)生的碳酸鈣填充了混凝土的孔隙，使得混凝土的結(jié)構(gòu)變得更加致密，提高了抗壓強(qiáng)度。

2.1.2 水泥顆粒分布對(duì)混凝土抗碳化性能的影響

將養(yǎng)護(hù)28d 齡期后的混凝土放入碳化箱中進(jìn)行加速碳化實(shí)驗(yàn)，然后經(jīng)過(guò)一定時(shí)間間隔取出并測(cè)量碳化深度，并結(jié)合圖表進(jìn)行分析。

⑴首先是配合比A，即不摻摻合料的基準(zhǔn)混凝土。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件（養(yǎng)護(hù)溫度20±2℃，相對(duì)濕度≥95%）下養(yǎng)護(hù)28d 后進(jìn)行加速碳化實(shí)驗(yàn)。碳化實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5、圖1所示。

圖1 純水泥混凝土碳化曲線

圖2 摻石灰石混凝土碳化曲線

表5 純水泥混凝土碳化深度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從碳化結(jié)果可以看出，碳化深度在碳化3d 時(shí)ZK 比ZB 的較大，而到了3d 以后，ZB 的碳化深度要比ZK 的碳化深度更大。結(jié)果表明：早期ZB 的抗碳化性能要優(yōu)于ZK,而到了后期，ZK 在抗碳化性能上要優(yōu)于ZB。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知：較寬的水泥顆粒分布有利于提高混凝土后期的抗碳化性能。

⑵配合比為B（摻加30%石灰石粉）的混凝土在非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件（養(yǎng)護(hù)溫度15℃，相對(duì)濕度60%）下養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行加速碳化實(shí)驗(yàn)。碳化實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 摻石灰石混凝土碳化深度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表7為將水泥和石灰石粉充分混合均勻后的ZKS和ZBS 的水泥顆粒分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從表中可以看處，開流磨(ZKS)水泥的5～30μm的顆粒含量為57.35%，閉路磨(ZBS)水泥的5～30μm 的顆粒含量為64.57%，閉路磨(ZBS)水泥的顆粒分布要窄。

表7 ZKS與ZBS的水泥顆粒分布

從碳化結(jié)果可以看出，摻加石灰石粉的混凝土碳化較快，ZBS 在碳化5d 后就已經(jīng)穿透，ZKS 在碳化6d 后才被穿透。從圖2 可以發(fā)現(xiàn)ZBS 的碳化曲線在ZKS 碳化曲線的上方。從ZKS 和ZBS 的顆粒分布對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)ZBS的顆粒較為集中，即ZKS的顆粒分布比ZBS的顆粒分布要寬，這與ZKS 的碳化深度比ZBS 的碳化深度小是相對(duì)應(yīng)的。綜上分析可知，對(duì)于單摻30%石灰石粉的混凝土，顆粒分布較窄會(huì)降低混凝土的抗碳化性能。

3 結(jié)論

⑴標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，與用閉路磨水泥配制的混凝土相比，用開流磨水泥配制混凝土碳化3d 后碳化深度較大，而3d 后碳化深度均要比閉路磨基準(zhǔn)混凝土小；碳化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的混凝土強(qiáng)度有破壞作用。

⑵在低溫低濕的非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，單摻30%石灰石粉的混凝土碳化深度則始終是開流磨水泥混凝土小于閉路磨水泥混凝土。反映出水泥顆粒分布寬有利于提高混凝土的抗碳化性能。在這種養(yǎng)護(hù)條件下，適當(dāng)?shù)奶蓟欣诨炷翉?qiáng)度。