矿粉和粉煤灰对混凝土抗碳化性能影响的研究

容志刚，黄萍萍，陈磊

（1.华新混凝土（武汉）有限公司，湖北　武汉　430074；2.华新混凝土襄阳有限公司，湖北　襄阳　441000）

矿粉和粉煤灰对混凝土抗碳化性能影响的研究

容志刚1，黄萍萍2，陈磊2

（1.华新混凝土（武汉）有限公司，湖北武汉430074；2.华新混凝土襄阳有限公司，湖北襄阳441000）

矿物掺合料能改善混凝土的孔隙结构和界面结构，参与胶凝材料的水化，提高混凝土的密实性，使外界的 CO2和水很难渗入，从而可以提高了混凝土的抗渗性。矿粉能有效提高混凝土的抗碳化能力，单掺粉煤灰混凝土碳化深度是单掺矿粉混凝土 2～5 倍。粉煤灰和矿粉复掺能有效地减少混凝土碳化深度，提高混凝土的抗碳化能力。

粉煤灰；矿粉；混凝土；胶凝材料；抗碳化性能

0　前言

混凝土碳化是指水泥石中的水化产物与周围环境中的二氧化碳作用，生成碳酸盐与其他物质的现象。碳化将使混凝土的内部结构及组织发生变化，是引发水工建筑物钢筋混凝土中钢筋锈蚀的重要因素，也是降低水利、水资源工程混凝土耐久性的主要因素。为了改善混凝土的性能和利废，矿渣和粉煤灰作为掺合料在混凝土中的应用日益普及，掺量也不断提高，尤其在硫酸盐、氯离子和海水侵蚀环境的混凝土中，掺合料是不可或缺的重要组分，本文就大掺量粉煤灰和矿渣混凝土的碳化性能进行了系统的研究[1]。

1　原材料分析

水泥： P•O 42.5 普通硅酸盐水泥，其物理性指标见表1。矿粉 S95：S95 级矿粉。粉 煤 灰 FA：Ⅱ 级灰，其性能指标见表 2。

表1　水泥的物理力学性能指标　MPa

表2　粉煤灰的性能技术指标 %

粗骨料：5～25mm 连续级配的碎石，符合 JGJ 52－2006的要求，见表 3。细骨料：天然砂是符合 JGJ 52－2006 要求的细度模数为 2.4 的中粗河砂，含泥量 1 .6%。外加剂：聚羧酸高性能减水剂。水：自来水。水泥及各种矿物掺合料的化学成分见表 4。

表3　碎石的技术指标

表4　胶凝材料 XRF 分析结果%

2　试验方法及方案

胶凝材料总量分别为 350kg/m3、390 kg/m3、430kg/m3和 470kg/m3，砂率为 40%，外加剂的掺量为胶凝材料总量的量的 1.2%，分别采用单掺 FA、单掺 S95 和（FA+S95）复掺（1:1），掺量分别为 30%、40% 和 50%，制备尺寸100mm×100mm×400mm 的长方体试件，通过控制坍落度在180～200mm 来调整用水量。

本试验按照 GB/T 50082－2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》进行，分别测试其不同矿物掺合料掺量对混凝土抗碳化性能的影响。在碳化箱中调整 CO2的浓度在 (20±2)% 的范围内，湿度在 65%～75% 范围内，温度控制在 15℃～25℃ 范围内[2]。混凝土基准配合比如表 5。

表5　混凝土基准配合比

3　试验结果及分析

各类混凝土的碳化试验数据见表 6。

表6　不同胶凝材料体系混凝土碳化数据

3.1胶凝材料用量和矿物掺合料掺量对混凝土碳化性能的影响

胶凝材料用量和矿物掺合料掺量对混凝土碳化性能的影响，见图 1 。

图1　各类混凝土的碳化深度

由图 1 可以得到：

1）各类混凝土均是随着胶凝材料用量的增加，碳化深度逐渐减小，即混凝土的抗碳化能力提高。当胶凝材料为470kg/m3时，单掺 50% 粉煤灰系列混凝土碳化深度较胶凝材料为 350kg/m3时，降低了 52%；单掺 40% 矿粉时，降低幅度达 67%；

2）各类混凝土的碳化深度均是随着矿物掺合料的掺量的增加，碳化深度逐渐增大，即混凝土的抗碳化能力降低[3]。以单掺矿粉为例，当胶凝材料 350kg/m3时，掺量 50% 时碳化深度是掺量 40% 时的 1.3 倍，是掺量 30% 时的 1.7 倍；但随着胶凝材料用量的增加，这种差值逐渐减少。

随着胶凝材料用量的增加，混凝土密实度增加，CO2不易向混凝土内部渗透，而且增加水泥用量可以改善混凝土的和易性和密实性[4]，提高碱储备量，直接影响混凝土吸收 CO2的量，故胶凝材料用量越大，混凝土抗碳化能力就越强，碳化速度就越慢[5]。

3.2矿物掺合料种类对混凝土抗碳化性能的影响

由图 2 分析可以得到，当掺量为 50% 时，混凝土的碳化深度最大，以矿物掺合料掺量 50% 时候为例，分析不同矿物掺合料碳化深度。

1）掺加 50% 矿粉系列混凝土的碳化深度要远小于单掺50%粉煤灰系列，矿粉有效提高混凝土的抗碳化能力，单掺粉煤灰混凝土碳化深度是单掺矿粉混凝土的 2～5 倍。

2）粉煤灰与矿粉（1:1）复掺能有效的减小混凝土碳化深度，提高混凝土的抗碳化能力。胶凝材料 350kg/m3时，复掺系列碳化深度是单掺粉煤灰系列的 20%，胶凝材料470kg/m3时，仅为单掺粉煤灰系列的 6%。

图2　不同矿物掺合料混凝土的碳化深度

矿物掺合料可以减小混凝土中总的孔隙率及细化孔隙，使 CO2难以侵入混凝土内部发生碳化反应[6]；矿物掺合料掺量增加，其火山灰效应增强，能与水泥水化后的 Ca(OH)2发生二次水化，使混凝土的碱度降低，从而使混凝土抗碳化能力减弱[7]。

4　结论

（1）各类混凝土均是随着胶凝材料用量的增加，混凝土的抗碳化能力提高，随着矿物掺合料的掺量的增加，混凝土的抗碳化能力降低。

（2）矿粉系列混凝土的碳化深度要远小于单掺粉煤灰系列，矿粉能有效的提高混凝土的抗碳化能力，单掺粉煤灰混凝土碳化深度是单掺矿粉混凝土 2～5 倍。

（3）粉煤灰和矿粉复掺时的碳化深度仅为单掺粉煤灰或矿粉的 2%～20%，能有效的减少混凝土碳化深度，提高混凝土的抗碳化能力。

[1] 陈锡容，王立华，刘佳．矿渣和粉煤灰混凝土抗碳化性能的试验研究[J]．广东水利水电，2012(6):36-39.

[2] GB/T 50082－2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准．

[3] 周万良，方坤河，詹炳根．掺粉煤灰矿粉混凝土抗碳化性能研究[J]．混凝土与水泥制品，2012(12)：14-19.

[4] 郑建岚，黄利频．大掺量矿物掺合料自密实混凝土抗碳化性能研究[J]．建筑材料学报，2012(5)：678-683.

[5] 宋华，牛荻涛，李春晖.矿物掺合料混凝土碳化性能试验研究[J]．硅酸盐学报，2009，37(12)：2066-2070．

[6] 李春晖，牛荻涛，宋华．复掺矿物掺合料混凝土碳化试验研究[J]．工程建设，2009(6)：7-13.

[7] 彭波，杨文，王军．大掺量矿物掺合料对预拌混凝土碳化的影响[J]．混凝土，2005(5)：108-110．

［单位地址］湖北省武汉市洪山区关山大道国际企业中心英才楼 4 楼（430074）

Effect of mineral admixtures on the concrete carbonation resistance

Rong Zhigang1, Huang Pingping2, Chen Lei2
(1 huaxin concrete (Wuhan) Co., Ltd., Wuhan 430074; 2 Xiangyang Huaxin Concrete Co., Ltd., Xiangyang 441000)

The mineral admixtures can improve the pore structure and interface structure of concrete, can participate in the hydration of cementing materials, improve the density of concrete and the impermeability of concrete that CO2and water is difficult to penetrate concrete . Mineral powder can effectively improve the anti-carbonation of concrete, depth of carbonation in concrete mixed with fly ash is 2～5 times more than it of concrete mixed with mineral powder. Concrete mixed with fly ash and mineral powder can reduce the depth of carbonation effectively and improve the anti-carbonation of concrete.

fly ash; mineral powder; concrete; cementing materials; anti-carbonation

容志刚（1965—），男，汉族，华新混凝土武汉有限公司，工程师，长期从事混凝土的生产及管理工作。