粉煤灰混凝土自然碳化性能初步研究

王大勇，贺继涛

（1. 廊坊市建设工程质量检测中心，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市阳光建设工程质量检测有限公司，河北 廊坊 065000）

粉煤灰混凝土自然碳化性能初步研究

王大勇1,2，贺继涛2

（1. 廊坊市建设工程质量检测中心，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市阳光建设工程质量检测有限公司，河北 廊坊 065000）

用粉煤灰混凝土泵送浇筑成型足尺的结构实体试验模型剪力墙与现浇楼板及相应的标准立方体试件，对其进行了为期 1 年的混凝土自然碳化深度测试，得到相应龄期的剪力墙、现浇楼板及相应立方体试件混凝土的碳化深度数据。研究结果表明：随混凝土强度等级的提高，其碳化深度减小，混凝土抗碳化能力增强；剪力墙与现浇楼板及相应的标准立方体试件碳化深度与时间成自然对数增长规律，立方体试件碳化深度与实体结构混凝土存在差异。研究结果可供工程结构混凝土碳化耐久性能检测与控制参考。

粉煤灰；混凝土；碳化

0 引言

粉煤灰混凝土是节能减排的绿色建筑材料之一，作为土木工程用量巨大且重要的结构材料，符合国家提倡的可持续发展的战略要求，其性能除满足结构承载强度要求外，还应符合混凝土耐久性要求，尤其是碳化耐久性要求。为了更好地揭示粉煤灰混凝土碳化耐久性规律，叶青等[1]人采用快速碳化试验对 C40 泵送混凝土抗碳化能力随早期保湿养护时间和矿渣掺量的变化规律进行了试验研究，结果表明，混凝土抗碳化能力随着早期保湿养护时间的减少和矿渣掺量的增加而明显降低；张令茂[2]在试验室测定了掺粉煤灰水泥混凝土在自然条件下的碳化规律；阿茹罕等[3]经研究表明，加速试验环境与自然环境中混凝土的碳化表现并不一致，但对于加速碳化试验，能够较好地分辨出不同混凝土的碳化特性的差异。

试验室广泛采用加速碳化试验的方法去研究混凝土耐久性，但这种加速碳化试验是在一定的环境条件下的强制性测试结果，能用于混凝土原材料优选或配合比的比较，但该方法与实际结构混凝土存在诸如约束条件、外加荷载、温度及湿度等多种复合因素的影响，其测试结果可能会与工程实际的检测结果产生差异，因此不能直接把实验室中加速碳化测试获取指标等同于结构混凝土的耐久性。本文通过采用粉煤灰混凝土泵送浇筑成型大型实体结构模拟试件与标准立方体试件，并模拟工程实际施工所常采用的混凝土养护制度，研究两种试件在粉煤灰混凝土自然碳化性能间的异同，重点分析了采用试验混凝土配合比的立方体试件与足尺剪力墙及现浇楼板两种实体结构构件的现场抗碳化能力。

1 试验

1.1 原材料

试验采用廊坊地区常用原材料：42.5 级普通硅酸盐水泥（C）；Ⅱ 级粉煤灰（FA）；细骨料（S）为保定河砂，中砂；粗骨料（G）为卵石破碎的粒径 5～25mm 碎石；ZG-C型泵送减水剂；拌合用水（W）和养护用水均为当地自来水。

1.2 混凝土配合比的确定

为使试验结果具有代表性，委托生产质量稳定的大型商品混凝土公司提供试验混凝土，混凝土配合比设计 C20、C30、C40、C50 共四个强度等级，具体混凝土配合比如表 1所示。

表 1 试验混凝土配合比 kg/m3

1.3 结构实体模型与标准立方体试件

试验采用泵送浇筑成型四个大型结构实体模型，并同时振动台成型若干 150mm×150mm×150mm 标准立方体试件。每个大型结构实体模型的剪力墙与现浇楼板混凝土采用相同强度等级的混凝土，混凝土自然碳化试验用试件现场情况见图 1。混凝土结构实体模型浇筑成型并拆除模板后，按现行GB 50204—2011《混凝土结构工程施工质量验收规范》养护14d 昼夜并每天两班专人浇水的养护制度，后自然养护，裸置备用；同时成型的标准立方体试件移至室外阴凉处品字型码放备用。

图 1 混凝土自然碳化试验用试件现场情况

1.4 测试方法

在龄期 14d、28d、60d、90d、180d、360d 时，每强度等级立方体试件中随机抽取不少于 6 件，分别测取侧面与底面的自然碳化深度（下文“碳化深度”均指粉煤灰混凝土的自然碳化深度），结构实体模型的混凝土墙体侧面与现浇楼板底面上各测取不少于 12 个测区的碳化深度测试，碳化深度测试采用 1% 酚酞酒精试剂。试验用仪器设备均检定有效。

2 试验结果与分析

2.1 立方体试件侧面混凝土碳化分析

图 2 为立方体试件侧面混凝土碳化深度随龄期的变化。由图 2 中可以看出：同一强度等级的混凝土立方体试件的碳化深度随龄期增长而增加；不同强度等级的相同龄期的立方体试件碳化深度随强度等级的增加而减小，但试验混凝土在龄期 360d 的碳化深度均相差不多。

2.2 立方体试件底面碳化分析

图 3 为立方体试件底面混凝土碳化深度随龄期的变化。由图 3 可以看出，立方体试件底面与其侧面混凝土碳化深度表现出的变化规律及测试数值基本相同。

图 2 立方体试件侧面碳化深度随龄期的变化

图 3 立方体试件底面碳化深度随龄期的变化

2.3 结构实体模型墙体侧面混凝土碳化分析

图 4 为结构实体模型墙体侧面混凝土碳化深度实测值随龄期的变化。由图 4 可以看出：每强度等级的试验模型墙体混凝土的碳化深度随龄期增长而加大；不同强度等级的相同龄期的立方体试件碳化深度随强度等级的增加而减小，但在龄期 180d 后的各强度墙体混凝土碳化深度增幅最大在 1mm内；C40、C50 试验模型龄期 360d 时的碳化与 180d 的相应碳化数据基本不变，这表明中高强混凝土内部碱度足够使混凝土表面因水泥水化物、中性化后的生成物填充混凝土毛细孔道而致密，抗渗透能力显著提高，从而有效阻止腐蚀气体进入混凝土内部。

图 4 结构模型墙体侧面碳化深度随龄期的变化

2.4 结构实体模型现浇楼板底面碳化分析

图 5 为结构实体模型现浇楼板底面的碳化深度实测值随龄期的变化。由图 5 可以看出：结构实体模型现浇楼板底面与其侧面混凝土碳化深度表现出的变化规律相同，测试数值相差不多。

图 5 结构模型现浇楼板底面的碳化深度随龄期的变化

2.5 结构模型墙体与现浇楼板底面的混凝土碳化比较

图 6 为结构实体模型墙体与现浇楼板底面的碳化深度实测值随龄期的变化。由图 6 可以看出，结构模型墙体侧面与现浇楼板底面在同龄期时同时拆除施工模板后，各自的碳化深度相差不多；从拟合曲线上看，墙体碳化深度计算值略高于现浇楼板底面测试值。墙板不同时拆模，工程结构混凝土施工中，现浇楼板板底模板常需根据其跨度结合其本身混凝土现场强度来确定拆除施工模板的时间，一般情况下，晚于墙体施工模板的拆除，在该工况下，现浇楼板的板底碳化深度小于墙体模板，主要因为封闭的施工养护龄期越长，越有利于提高混凝土的抗碳化能力。

图 6 结构模型墙体侧面与现浇楼板底面碳化深度比较

2.6 立方体试件侧面与结构模型的墙体侧面及现浇楼板底面混凝土碳化深度的比较

图 7 为立方体试件侧面与结构模型的墙体侧面及现浇楼板底面混凝土的碳化深度实测值随龄期的变化。由图 7 可以看出，混凝土碳化深度随龄期的增长呈自然对数变化规律；散点的分布表明立方体试件侧面碳化深度数值较同龄期浇筑结构模型的墙体侧面及现浇楼板底面的碳化深度明显偏低，二者碳化深度差值显著，科研试验中应注意此点区别：由拟合曲线的计算上分析，混凝土碳化深度换算值由小到大顺序为：立方体试件侧面＜现浇楼板底面＜墙体侧面。

3 结论

（1）针对具体的粉煤灰混凝土配合比研究了自然碳化变化规律。研究结果表明，粉煤灰混凝土自然碳化深度随龄期的增长表现出自然对数关系增加的趋势。

（2）试验龄期范围内，立方体试件侧面与底面的碳化深度变化规律相同，测试数值基本相同，与混凝土成型的浇筑面（测试面）无关。

（3）试验龄期范围内，与立方体试件同龄期泵送成型的结构实体模型的墙体侧面与现浇楼板底面的碳化深度变化规律相同，前者碳化深度测试数值略高于后者。

（4）试验龄期范围内，立方体试件碳化深度与同龄期泵送成型的结构实体模型的墙体侧面与现浇楼板底面的碳化深度变化规律相同，前者碳化深度测试数值明显低于后者。

（5）本文研究结果可供结构混凝土碳化耐久性能检测与控制参考，对于更长龄期的粉煤灰混凝土自然碳化试验有待进一步的研究。

图 7 立方体试件侧面与结构模型的墙体侧面及现浇楼板底面混凝土碳化深度随龄期的变化

[1] 叶青，阮琦，柴立英．早期保湿养护时间和矿渣掺量对C40 泵送混凝土抗碳化能力的影响[J]．浙江工业大学学报，2008, 8(36): 436–440．

[2] 张令茂．掺粉煤灰水泥混凝土的自然碳化[J]．西安建筑科技大学学报（自然科学版），1985(2): 25-33．

[3] 阿茹罕，阎培渝．不同粉煤灰掺量混凝土的碳化特性[J]．硅酸盐学报，2011(01):7-12．

［通讯地址］河北省廊坊市富康道 113 号 廊坊市阳光建设工程质量检测有限公司（065000）

The preliminary study on the natural carbonation properties of fl y ash concrete

Wang Dayong1,2, He Jitao2
( 1. Langfang Construction Engineering Quality Testing Center, Hebei, Langfang 065000, China; 2. Langfang Yangguang Construction Engineering Quality Supervision Co., Ltd, Hebei, Langfang 065000, China)

Structural entity test model of shear wall and cast-in-situ slab and the corresponding standard cube send casting full size fl y ash concrete pump specimen, the concrete natural carbonation depth testing has carried on for a period of one year, and the article has got the concrete natural carbonation depth data of corresponding age of shear wall, cast-in-place fl oor and the corresponding cube specimens . The results show that with the increase of the strength grade of concrete carbonation depth decreased, reinforced concrete anti carbonization ability; the natural carbonization depth obeyed the logarithmic growth law, concrete carbonation depth between the cube specimens and the entity structure has difference. The research results can be used for detection and control of engineering structure durability of concrete carbonation reference.

fl y ash; concrete; carbonation

王大勇（1974—），男，高级工程师,从事工程质量检测鉴定与研究工作，中国土木工程学会建设工程无损检测技术专业委员会委员。