不同礦物摻合料對(duì)高性能混凝土碳化性能的影響

1、 不同礦物摻合料對(duì)高性能混凝土碳化性能的影響摘要:通過(guò)在c50高性能混凝土中以等量取代水泥用量的方法單摻粉煤灰、硅粉,雙摻粉煤灰硅粉,研究了不同摻合料及不同摻量對(duì)hpc碳化性能的影響。結(jié)果表明,粉煤灰取代水泥后,由于使混凝土中ca(oh)2含量減少,會(huì)導(dǎo)致碳化深度增大,且摻量越大碳化速度越快,深度越大;硅粉在一定摻量范圍內(nèi)會(huì)使混凝土碳化深度有所減小,原因在于硅粉混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)高度密實(shí),抑制co2的侵入;在15%粉煤灰的基礎(chǔ)上,摻量由小到大加入硅粉后,碳化深度較逐漸減小,復(fù)摻粉煤灰和硅粉,能使摻合料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),克服單摻粉煤灰碳化深度大的缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞:礦物摻合料 高性能混凝土 碳化1、引言碳化是

2、混凝土中性化最常見(jiàn)的一種過(guò)程,它是空氣中的co2與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用,使其成分、組織和性能發(fā)生變化,使用機(jī)能下降的一種復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程1。碳化造成的最主要的危害就是降低混凝土的ph值,久而久之使其中的鋼筋失去堿性保護(hù),受到銹蝕,造成結(jié)構(gòu)破壞。因此,混凝土碳化是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題,也是評(píng)價(jià)混凝土耐久性的一個(gè)不可缺少的指標(biāo)。本文將通過(guò)試驗(yàn)研究不同摻合料及摻量對(duì)高性能混凝土碳化性能的影響規(guī)律。2、試驗(yàn)概述本試驗(yàn)選取一種設(shè)計(jì)強(qiáng)度為c50的基準(zhǔn)配合比,在此基礎(chǔ)上固定水膠比（0.32）和膠凝材料總量（494kg）,分別對(duì)水泥進(jìn)行10%,15%,20%,25%的粉煤灰等量取代和3%,6%,9%,1

3、2%的硅粉等量取代,以及固定粉煤灰取代量15%,變化硅粉取代量,共13組配合比,見(jiàn)表1。本文依據(jù)普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法(gbj 82-85)2,對(duì)編號(hào)為s1s13的13組不同配合比混凝土試件進(jìn)行了碳化試驗(yàn).采用混凝土快速碳化箱,設(shè)定一定co2濃度、濕度、溫度對(duì)混凝土進(jìn)行碳化。試塊采用100mm100mm100mm立方體,達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后,保留成型時(shí)兩側(cè)面,其余各面用石蠟密封,并在碳化面順長(zhǎng)度方向用鉛筆以10mm間距畫(huà)出平行線(xiàn),作為測(cè)定碳化深度的測(cè)量點(diǎn)。3、試驗(yàn)結(jié)果與分析各組混凝土碳化試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。3.1 粉煤灰hpc碳化試驗(yàn)結(jié)果分析不同摻量粉煤灰hpc碳化試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1.圖1 粉煤

4、灰高性能混凝土各齡期碳化試驗(yàn)結(jié)果由圖1可知,在同等環(huán)境條件（co2濃度,溫度,濕度等）下,s1s5各組曲線(xiàn)呈上升趨勢(shì),即隨著齡期的增長(zhǎng),碳化深度都不斷增大。在3d、7d、14d、28d、35d不同齡期時(shí),摻有粉煤灰各組試件碳化深度均大于基準(zhǔn)試件,且隨著粉煤灰摻量的增加,各齡期碳化深度也在增大。表明隨著摻量增大,混凝土抗碳化性能都隨之降低。另外可以看出,各曲線(xiàn)后期斜率變小,表明各組混凝土在早期碳化深度增長(zhǎng)較快,中后期增長(zhǎng)緩慢。粉煤灰作為礦物摻合料加入混凝土中,對(duì)混凝土碳化深度的影響有兩面性3:一是粉煤灰的火山灰效應(yīng)、微集料效應(yīng)提高了混凝土的密實(shí)度,增加了氣體滲透的阻力,減慢了碳化速度,這是有利的

5、一面;二是由于粉煤灰取代水泥,使水泥用量減少,混凝土單位體積內(nèi)水化生成的ca(oh)2等堿性物質(zhì)總量減少,同時(shí)粉煤灰二次水化反應(yīng)又消耗部分ca(oh)2,使得混凝土內(nèi)堿含量更低,勢(shì)必造成對(duì)co2吸收能力的降低、碳化過(guò)程時(shí)間縮短、速度加快,導(dǎo)致混凝土抗碳化能力下降,這是不利的一面。事實(shí)上摻入粉煤灰的混凝土實(shí)際碳化過(guò)程就是在這兩種主要因素的綜合影響下進(jìn)行的,只不過(guò)第二種因素占據(jù)主要作用,粉煤灰的填充效應(yīng)不能彌補(bǔ)堿含量降低造成的碳化深度增大,只能一定程度上延緩碳化時(shí)間而已。要消除粉煤灰摻入帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng),就要有針對(duì)性的在混凝土中適量增加堿儲(chǔ)備,即提高ca(oh)2含量,在不影響混凝土強(qiáng)度的前提下,可

6、以說(shuō)對(duì)抗碳化性能是有利的?？梢钥紤]加入石灰或采用粉煤灰超量取代的方法。3.2 硅粉hpc碳化試驗(yàn)結(jié)果分析不同摻量硅粉hpc碳化試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。圖2 硅粉高性能混凝土各齡期碳化試驗(yàn)結(jié)果從圖2中可以看出,s6s9各組試件隨著齡期的延長(zhǎng),碳化深度都在不斷增大,后期混凝土碳化速度增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢。在3d、7d、14d、28d、35d各個(gè)齡期時(shí),隨著硅粉摻量從3%12%的增大,混凝土碳化深度逐漸變小,且都小于同齡期基準(zhǔn)混凝土。硅粉和粉煤灰一樣,也是常作為活性礦物摻合料摻入混凝土中,但其活性很高,粒徑極小,對(duì)混凝土孔隙細(xì)化的程度要強(qiáng)于粉煤灰。本試驗(yàn)表明,在12%摻量范圍內(nèi),加入硅粉有利于提高混凝土抗碳化性能。

7、硅粉對(duì)混凝土抗碳化性能的影響和粉煤灰類(lèi)似,也是有兩面性。一是能發(fā)揮其微集料效應(yīng),細(xì)化填充孔隙,使得混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密,阻礙co2氣體的滲透,這方面效應(yīng)要強(qiáng)于粉煤灰;二是硅粉摻入后,水泥用量減少,生成ca(oh)2含量少,以及硅粉活性大,同樣消耗ca(oh)2,使得混凝土內(nèi)堿含量減少,對(duì)抗碳化不利。與粉煤灰相比之下,硅粉的微集料填充效應(yīng)占主要作用,加之硅粉總體摻量較小,即使混凝土內(nèi)ca(oh)2相對(duì)減少,堿含量降低不多,混凝土過(guò)于密實(shí)也能延緩混凝土碳化。隨著硅粉摻量增大,這種微集料填充效應(yīng)愈加明顯,有利因素發(fā)揮主導(dǎo)作用,混凝土碳化深度逐漸減小。本文摻量只做到12%,更大摻量的硅粉加入可能會(huì)完

8、全改變此規(guī)律,因此,大摻量硅粉對(duì)抗碳化性能的影響需要重新研究。3.3 復(fù)摻粉煤灰、硅粉hpc碳化試驗(yàn)結(jié)果分析復(fù)摻粉煤灰、硅粉hpc各齡期碳化規(guī)律見(jiàn)圖3。由圖3可知,在s3（15%fa）的基礎(chǔ)上加入不同摻量硅粉后,混凝土在各齡期的碳化深度有所下降,且隨著硅粉摻量的增大碳化深度逐漸減小,表明復(fù)摻硅粉后,能較單摻粉煤灰不同程度的提高混凝土抗碳化性能。粉煤灰和硅粉復(fù)摻后,更加優(yōu)化了微顆粒粒徑,微觀結(jié)構(gòu)的改變致使混凝土密實(shí)性得到大幅提高,而ca(oh)2含量減小帶來(lái)的負(fù)面因素成為了次要方面。因此不論是碳化前期,co2氣體從表面開(kāi)始滲透,或是碳化中后期,氣體在混凝土中持續(xù)擴(kuò)散,都表現(xiàn)為復(fù)合摻入硅粉后碳化深度減小,且硅粉摻量越大,碳化深度越小。由此可見(jiàn),針對(duì)混凝土中單摻粉煤灰造成的抗碳化性能降低,可以采用加入適量硅粉予以補(bǔ)充,充分體現(xiàn)出各種礦物摻合料復(fù)合摻入產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。4、結(jié)語(yǔ)(1)混凝土的碳化深度與時(shí)間成正比,但到后期,由于混凝土密實(shí)性提高,碳化速度逐漸放緩。(2)粉煤灰取代水泥后,由于使混凝土中ca(oh)2含量減少,會(huì)導(dǎo)致碳化深度增大,且摻量越大碳化速度越快,深度越大。(3)硅粉在一定范圍內(nèi)摻量會(huì)使混凝土碳化深度有所減小,原因在于硅粉混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)高度密實(shí),抑制co2的侵入。(4)在15%粉煤灰的基礎(chǔ)上,摻量由小到大加入硅粉后,碳化深度較逐漸減小。復(fù)摻粉煤灰和硅粉,能使摻合