再生混凝土的碳化性能研究

张启超

（江苏双龙集团有限公司 江苏南京 211111）

随着建筑可持续理念的发展，再生混凝土可循环利用混凝土材料得到了快速推广和应用。相较于普通混凝土，再生混凝土的强度差异性不大，但是耐久性却相对较差，尤其是碳化问题更是危害再生混凝土结构耐久性的一个重要因素。

1 再生混凝土的碳化机理分析

同天然骨料混凝土碳化机理类似，再生混凝土内部有着大量的微孔隙，且微孔隙之间有着直接或间接连通，空气中的二氧化碳渗透到混凝土内部的微孔隙以及表面中，如果内部水分充足，就会使内部的C-S-H凝胶和碱性物质氢氧化钙直接发生化学反应，即是固相、液相和气相等复杂物质构成体系中一个物理化学反应过程。不同于天然混凝土，再生混凝土的孔隙率更大、更多，抗压强度也更差，尤其是表面覆盖着许多水泥砂浆，增加了其表面的碱度，减缓了混凝土碳化的速度。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

本次试验中的再生混凝土材料分别为：水泥，采用普通硅酸盐水泥（42.5MPa，海螺牌）；粗细骨料分别为碎石和河砂（中砂，表观密度2572kg/m3）；再生骨料由人工破碎处理废气混凝土试块制成，级配连续性好，相应的粒径控制在5～31.5mm；矿物掺合料选择矿渣与粉煤灰。

2.2 试验方法

科学设计再生混凝土的配合比，力求从再生骨料、水灰比、矿物掺合料等方面，对再生混凝土的碳化性能进行研究，相应的碳化试验试件及其构成组分详见表1。

表1 碳化试件基本参数

在本次试验检测中，其中所用到的混凝土试件均采用标准立方体试件的制作流程进行。碳化深度采用劈裂试验进行测定，具体就是采用酚酞酒精溶液（质量分数为1%）喷涂在待测混凝土断面上对试块的碳化深度进行标识，其中碳化混凝土碱性孔溶液和酚酞发生反应后会显示成红色，不变色部位的深度则可以确定成碳化深度。在实际的测定过程中，可以在每个试块上合理地布置8～9个测试点，然后对测试点的平均值当作试件的碳化深度测量值。

3 试验结果及分析

3.1 水灰比对再生混凝土碳化性能的影响

一般混凝土的水灰比越大，其内部结构就更加疏松，有着较多的孔隙或其他缺陷，这就决定了其具有相对较弱的抗碳化能力。此外，碳化时间的不同，也会给再生混凝土碳化性能产生不一样的影响。通过本次试验研究，关于水灰比差异对再生骨料碳化深度的影响结果可以得到图1。

图1 水灰比对再生混凝土碳化深度的影响

由图1可知，碳化时间小于7d时，水灰比对混凝土碳化深度的影响不显著，但是在28d后，伴随着水灰比的增加，相应的混凝土碳化深度出现显著增加，且在大于0.5后，混凝土碳化深度的增加逐渐保持平缓状态，但是依然会随着混凝土水灰比的增加，相应的碳化深度也有所增加，是由于混凝土的水灰比越大，其单位体积内的水泥用量就越少，其内部水泥石密度也相对较小，使得二氧化碳更加容易扩散到混凝土内部结构中。

3.2 再生骨料掺加量对再生混凝土碳化性能的影响

再生骨料是影响再生混凝土碳化性能的一个重要因素，主要体现在再生骨料的品质和掺量两个方面。再生骨料品质，主要涉及到孔隙率、骨料级配以及吸水率等多个指标，即在同样骨料掺量的条件下，不同品质再生骨料对其所构成再生混凝土碳化性能产生不同影响。一般可以采用湿处理法、化学强化法和物理强化法等方法，对再生混凝土的界面过渡区进行改善，从而提升了其碳化性能。另一方面，再生骨料的掺加量同样会影响其碳化性能，由于再生骨料掺加量的增加后，会增加再生混凝土中的可碳化成分，在一定程度上提升再生混凝土的碳化抗力。但是也会增大其内部结构的孔隙率，削弱其抗碳化能力。通过本次研究，可得再生骨料掺量对再生混凝土碳化深度的影响规律如图2所示。

图2 再生骨料掺加量对其碳化深度的影响

由图2可知，在再生骨料掺量小于50%的时候，再生混凝土碳化深度增加不显著，但是在再生骨料掺量为50%的时候，再生混凝土碳化深度甚至出现了降低的情况，这主要是由于如果掺量比较小，那么会使再生骨料表面所包裹的老旧砂浆在一定程度上会增加水泥含量，这会影响再生混凝土内部密实度，有助于提升其抗碳化能力。在再生骨料掺加量达到100%后，由于其具有比较大的孔隙率，且破碎骨料自身存在许多微裂缝，这使得二氧化碳在其内部中的扩散通道比较多，以至于降低了其抗碳化能力，增加了再生混凝土的碳化深度。

3.3 矿物掺合料对再生混凝土碳化性能的影响

矿物掺合料在再生混凝土中的应用，可以对混凝土内部孔隙进行细化，有助于改善新水泥浆体和再生集料之间的界面状况，提升再生混凝土的抗碳化性能，却会降低其内部碱含量，加快了其碳化的速率，这种复合作用共同对再生混凝土的碳化性能产生影响。

通过在再生混凝土中应用矿物掺合料，可以显著地降低再生混凝土的碳化深度，这就是矿物掺合料改善了新水泥浆体和再生骨料间的界面，促使其内部变得更加密实。而借助粉煤灰的掺入，显著地增加混凝土密实度，可以减少混凝土内部碱性成分，但是矿物掺合料在改善效果方面的作用要显著优于粉煤灰的改善效果。实际应用上根据施工的需求，灵活地选择掺加料改善混凝土的使用性能。

3.4 其他条件对再生混凝土碳化性能的影响

除了上述因素对再生混凝土碳化性能产生的影响外，荷载、养护条件也是非常关键的影响因素。荷载也是影响再生混凝土碳化性能的一个因素。混凝土碳化过程本质上是一种在荷载以及各种环境条件交互作用所形成的一个复杂过程，荷载的形式以及大小均会对混凝土碳化的速率以及深度等产生影响。比如，有关研究证实了拉应力会在一定程度上提升混凝土碳化效率。养护条件对再生混凝土碳化性能同样具有非常明显的影响，具体主要体现在湿度和温度等指标方面。在非标准养护环境下，伴随着标准养护时间的缩短，相应的混凝土碳化深度也呈现为持续扩大的变化过程，进一步增加了再生混凝土的幅度，且湿养护在提高混凝土抗碳化能力方面的作用更加显著。比如，对于C30混凝土，其在标准养护28d后3d的碳化深度仅仅达到5.1mm，显著低于湿养护条件（1d湿养护+15d干养护）下所得到的碳化深度15.3mm。

总之，碳化性能是影响再生混凝土应用质量的一个重要指标。影响再生混凝土碳化性能的因素众多，具体包括再生骨料种类及数量、水灰比、矿物掺合料等。在实际的应用中，必须优化设计再生混凝土配合比，尽可能地减弱其碳化作用。