中低强度混凝土抗碳化性能研究

龚明子

（厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361100）

中低强度混凝土抗碳化性能研究

龚明子

（厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建 厦门 361100）

本文通过混凝土快速碳化试验，研究混凝土强度等级、胶凝材料掺量、矿物掺合料种类及混凝土工作状态对中低强度混凝土碳化深度的影响。研究结果表明：混凝土的抗碳化问题主要集中在中低强度混凝土，工作性正常的高强混凝土抗碳化问题较小。在相同的水胶比下，随着胶凝材料的增加，混凝土的碳化深度减小，但是减小幅度越来越少。在相同配比下，坍落度对混凝土抗碳化性能影响较小，而离析会大大降低混凝土的抗碳化性能。

低强度混凝土；碳化深度；混凝土和易性

0 前言

混凝土碳化与钢筋混凝土结构物的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构物使用寿命的重要指标之一[1]。伴随着混凝土工业的快速发展以及混凝土原材料的变化，混凝土碳化加快的问题逐渐显现出来。近几年，浇筑不到 60d 的混凝土碳化深度已超过 3mm，而 2003 年以前，混凝土 60d 的碳化深度一般不超过 1mm[2]。为了延长混凝土使用寿命，提高混凝土耐久性，混凝土碳化是一个不可忽视的问题。

在过去几十年里，国内外学者对水胶比、掺合料种类、掺量等因素对混凝土碳化性能影响开展了大量的研究[2-8]，但研究的配合比多为高胶凝材料 (≥380kg/m3) 和较低的水胶比(≤0.45)[2-8]，而实际工程中以普通中低强度混凝土为主，关于中低强度混凝土抗碳化性能研究较少。本文通过混凝土快速碳化试验，研究混凝土强度等级、胶凝材料掺量、矿物掺合料种类及混凝土工作状态对混凝土碳化深度的影响。

1 试验

1.1 原材料

试验用水泥为福建龙麟水泥有限公司生产的 42.5 普通硅酸盐水泥；粉煤灰为漳州后石电厂生产的 Ⅱ 级粉煤灰；矿粉为三钢集团矿微粉有限公司生产的 S95 级矿渣粉；石子为厦门隆锦旺建材经营部生产的 5～20mm 连续级配碎石和16～31.5mm 单粒级碎石；砂为厦门海城商贸有限公司生产的天然中砂，细度模数 2.75，堆积密度为 1590kg/m3；水为生活用水，符合 JGJ 63—2006 《混凝土用水标准》中规定的拌合用水要求；减水剂为聚羧酸减水剂。

1.2 配合比设计

本文通过试验研究水胶比、矿物掺合料等因素与低强度混凝土抗碳化性能之间的关系，试验所用配合比见表1 和表2。C25 和 C30 混凝土所用减水剂为聚羧酸高效减水剂，C50为聚羧酸高性能减水剂。

表1 不同强度等级混凝土配合比 kg/m3

表2 不同胶凝材料掺量混凝土配合比 kg/m3

为考虑混凝土拌合物和易性对混凝土工作性、不同龄期碳化深度的影响，通过改变坍落度以及从加水离析与加外加剂离析两方面分析离析探讨对混凝土抗碳化性能的影响。试验方案如表3。

表3 拌合物和易性对混凝土碳化深度的影响

1.3 试验方法

混凝土试件按照设计配合比制作，混凝土碳化试件尺寸为 100mm×100mm×100mm。浇筑好的混凝土 24h 后拆模，之后将试件放入标准养护室内养护 28d。

试验依据 GB50082—2009《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》中碳化试验规定进行，试验龄期为 3d，7d，14d，28d 时进行碳化深度的测量。

2 试验结果

混凝土的工作性、抗压强度和碳化深度结果如表4 所示。

表4 混凝土碳化试验测试结果

3 讨论

3.1 不同强度等级混凝土抗碳化能力影响

图 1 为不同强度等级混凝土的碳化深度。从图可看出，随着混凝土强度的增加，混凝土碳化深度逐渐减小，混凝土抗碳化性能逐渐提高。且 A1 和 A2 的碳化深度远大于混凝土A3 的碳化深度。这表明中低强度混凝土的碳化深度远大于高强度混凝土，且随着混凝土强度的增长，混凝土的抗碳化性能逐渐增强。混凝土的抗碳化问题主要集中在中低强度混凝土，工作性正常的高强混凝土抗碳化问题较小。

由于低强度等级混凝土的水胶比较大、胶凝材料用量较少，硬化后混凝土孔隙率较大。同时，混凝土掺入矿物掺合料降低了混凝土单位体积内的 Ca(OH)2含量，而且，矿物掺合料的火山灰反应消耗部分的 Ca(OH)2使混凝土抗碳化性能下降。对于 C50 混凝土，水胶比较低，混凝土孔隙率较小，混凝土较为密实；同时，混凝土单位体积内含有较多的Ca(OH)2含量。因此，高强度混凝土的碳化深度较小。

图 1 不同强度等级混凝土碳化深度

3.2 胶凝材料掺量对混凝土抗碳化能力影响

由表4 可知，B1 和 B3 混凝土的强度都满足 C25 混凝土强度要求，但其碳化深度都大于 20mm，单掺粉煤灰时 B3的 28d 碳化深度达 34.1mm。图 2 为不同胶凝材料掺量下混凝土的碳化深度。由图 2 可知，对于中低强度混凝土在相同的水胶比下，随着胶凝材料的增加，混凝土的碳化深度减小，但是减小幅度越来越少，且双掺粉煤灰和矿粉混凝土的碳化深度都小于单掺粉煤灰混凝土。胶凝材料由 300kg/m3增长到320 kg/m3时，A1 和 B4 碳化深度分别比 B1 和 B3 减小 8.8mm和10.1mm，胶凝材料由 320kg/m3增长到 340 kg/m3时，B2和 B5 碳化深度分别比 A1 和 B4 减小 1.2mm 和 3.6mm。说明对于中低强度混凝土，当水胶比一定、胶凝材料小于一定值时，虽然强度可达到要求，但是混凝土的碳化深度快速增加；当达到一定值时，增加胶凝材料提高混凝土的抗碳化能力有限。双掺矿粉和粉煤灰，可有效改善混凝土的抗碳化能力。

图 2 不同胶凝材料掺量混凝土碳化深度

3.3 拌合物和易性对混凝土抗碳化能力的影响

从表4 和图 3 可知，在相同配比下，坍落度对混凝土抗碳化性能影响较小。由表4 和图 4 可知，用水量过多导致的混凝土离析会随着碳化龄期延续，对碳化深度的影响比外加剂掺量过多离析明显。其原因是：在相同配比、保证混凝土不产生离析的情况下，增加新拌混凝土坍落度需要增加高效减水剂的掺量。减水剂掺量的改变并不影响混凝土水胶比、用水量，因此，在相同配比下，改变减水剂掺量使混凝土坍落度增加，对混凝土抗碳化性能影响不大。离析状态混凝土碳化深度较大是因为离析导致混凝土内部结构疏松，孔隙率大大增加，碳化速度大。用水量是影响混凝土强度、工作性及耐久性的主要因素。加水导致混凝土离析相当于提高混凝土水胶比，增加用水量。用水量过多，使混凝土内部自由水、毛细管水、凝胶水等增多，导致混凝土内部孔隙通道增加和混凝土密实性降低。CO2主要是通过毛细组织等孔隙通道由表及里向内扩散，而混凝土微观结构的形成主要是受到初始水胶比的制约。水胶比越大，混凝土内部的空隙率也随之增大，这也是加水导致混凝土离析进而使混凝土碳化速度加快的另一个原因。

图 3 不同坍落度对混凝土抗碳化性能影响

图 4 离析对混凝土抗碳化性能影响图

4 结论

通过以上试验研究，得出以下结论：

（1）混凝土的抗碳化问题主要集中在中低强度混凝土，工作性正常的高强混凝土抗碳化问题较小。

（2）对于中低强度混凝土在相同的水胶比下，胶凝材料小于一定值时，虽然强度可达到要求，但是混凝土的碳化深度快速增加；当达到一定值时，增加胶凝材料提高混凝土的抗碳化能力有限。双掺矿粉和粉煤灰，可有效改善混凝土的抗碳化能力。

（3）在相同配比下，坍落度对混凝土抗碳化性能影响较小。而离析会大大降低混凝土的抗碳化性能，且用水量过多导致混凝土离析随着碳化龄期延续，碳化深度比外加剂掺量过多离析严重。

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[3] 林鹏，吴笑梅，樊粤明．商品混凝土抗碳化性能的研究进展[J]．硅酸盐学报，2008, 27 (3):546-551．

[4] Sulapha P, Wong S F, Wee TH, et al. Carbonation of concrete containing mineral admixtures[J].Journal of materials in civil engineering,2003,15(2): 134-143.

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[8] 姬永升，赵光思，樊振生．混凝土碳化过程的相似性研究[J]．淮海工学院学报，2002,11(3):60-63．

［通讯地址］厦门市同安区新民镇凤岭路 760 号（341100）

Research on improving anti-carbonation property of low-strength concrete

Gong Mingzi
(Xiamen Construction Science Research Institute CO., Ltd., FuJian Xiamen 226600)

In this paper, it investigated the affect of the strength grade of concrete, cementitious material content and concrete workability on the anti-carbonation property of low-strength concrete. The results show that: the carbonation of concrete is mainly in middle and low strength concrete carbonation, smaller problems of high strength concrete. At the same water-binder ratio, with the increase of cementitious materials, concrete carbonation depth decreases, but the decrease is less. In the same proportion, less influence on the carbonation resistance of concrete slump, and segregation will greatly reduce the carbonation resistance of concrete.

low-strength concrete; carbonation depth; workability

龚明子，女，硕士，工程师。主要从高性能混凝土及外加剂的应用研究。