大掺量粉煤灰混凝土抗碳化性能研究

【摘要】基于混凝土碳化机理的分析，分别论述了粉煤灰掺量与水胶比对大掺量粉煤灰混凝土抗碳化性能的影响，所述内容具有一定指导性，以供参考。

【关键词】混凝土；粉煤灰掺量；水胶比；抗碳化性能

1、混凝土碳化机理分析

2、大掺量粉煤灰混凝土抗碳化性试验

2.1试验材料

⑴水泥。28d实测抗压强度为50.4MPa的42.5级普通硅酸盐水泥；

⑵细集料。细度模数为2.7的II区中砂（河砂），且其含泥量<0.5%；

⑶粗集料。粒径为5～20mm的连续级配碎石；

⑷粉煤灰。经磨细处理的Ⅱ级干排粉煤灰，实测密度为2.29g/cm3，需水量比为98%，比表面积为550㎡/Kg。

2.2试验结果及分析讨论

2.2.1粉煤灰掺量对混凝土碳化性能的影响

在遵循规范（GB/T50082-2009）的基础上，本文对混凝土进行人工快速碳化。在对混凝土碳化程度与粉煤灰掺量关系的研究中，将粉煤灰掺量从10%→60%逐级增加，配合比及试验结果如上表1所示；此外，将大掺量粉煤混凝土分别养护28d和60d后进行快速碳化试验，所得结果见表2。

分析表2可知，在10%和20%的粉煤灰掺量下，混凝土基本无碳化现象；在30%的粉煤灰掺量下，养护28d、快速碳化60d的混凝土碳化深度为3.85mm，表现较小；而在40～60%的粉煤灰掺量下，养护28d、快速碳化28d的混凝土碳化深度分别为8.55、9.75和14.35（mm），而养护60d、快速碳化28d的混凝土则为6.85、9.45与11.95（mm）。由此可知，混凝土中粉煤灰掺量越大、养护龄期越短，其碳化程度越严重，但在摻量较少情况下，粉煤灰混凝土的碳化程度与基准混凝土（编号A-0）基本一致，碳化速率表现极慢，其原因主要为：①混凝土中水泥用量随粉煤灰掺量的增加而减少；②在火山灰反应反应方面，由于粉煤灰表现较弱，故而使混凝土强度增长缓慢。

对于混凝土抗压强度与碳化程度的分析，在将混凝土养护28d并做快速碳化试验后进行综合考量，试验结果显示（见表1），在10%、20%和30%的粉煤灰掺量下，混凝土的抗压强度分别为69.2、62.6与61.0（MPa），与基准混凝土的67.2MPa相差不大，其原因主要是由于小掺量的粉煤灰对Ca（OH）2消耗较少，粉煤灰混凝土的碳化程度与基准混凝土基本相同；而在40%、50%和60%的粉煤灰掺量下，混凝土的抗压强度则分别为53.2、46.7和42.9（MPa），相比于基准混凝土降幅明显，此时主要是由于随着粉煤灰掺量的增大，对Ca（OH）2消耗随着增加，使混凝土碳化程度加深。此外，在养护60d进行快速碳化试验后，随着龄期的增长，粉煤灰混凝土的强度随之增大，此时由于CO2在混凝土中的扩散阻碍增大，混凝土的碳化程度呈减小趋势。

综上可知，在其他条件一定情况下，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗碳化能力随之减弱。研究显示，在粉煤灰掺量增加初期，相比于基准混凝土，粉煤灰混凝土的孔隙率、透气性以及粗孔数量增幅明显，故而随着粉煤灰掺量的增加，CO2在早期硬化的混凝土中扩散速度与渗透系数相对较大，各龄期混凝土的抗碳化能力随之减弱，但是在龄期延长情况下，粉煤灰混凝土的抗碳化能力又会一定程度的提升。

2.2.2水胶比对混凝土碳化性能的影响

从本质上讲，水胶比对混凝土抗碳化能力的影响是通过对强度的影响而所引发的一种间接作用。随着粉煤灰混凝土龄期的增长，其强度得到不断提升，尤其是在大掺量情况下，粉煤灰混凝土强度的后期增长率比基准混凝土还快。此外，由于混凝土中可碳化物质的数量取决于水泥的水化反应，而混凝土强度又反映了其自身密实度（决定了CO2的扩散），故而在分析抗碳化能力时，应对水泥用量与混凝土强度的发展实施综合考虑，

在对比试验中，分别将粉煤灰掺量为50%和60%的混凝土水胶比由0.30下调至0.25后进行快速碳化试验，所得抗强度结果如表1所示；其后分别对养护28d与60d混凝土进行快速碳化试验，所得结果见表2。

由此可知，对于大掺量粉煤灰混凝土而言，水胶比由0.30下调至0.25并在养护28d情况下，50%与60%掺量的混凝土碳化深度分别由9.75与14.35下降至8.25和10.15（mm），降幅较为明显。而在养护龄期为60d时，50%与60%掺量的混凝土抗压强度分别由57.2与53.3增长至59.9和58.7（MPa），涨幅一般，对应抗碳化能力改善也不明显，由此表明：大掺量粉煤灰混凝土抗碳化能力与其抗压强度的发展密切相关。降低水胶比，提高粉煤灰混凝土抗压强度是提高粉煤灰混凝土抗碳化能力的有效措施。混凝土水胶比的增大之所以会使碳化程度增加，其原因为：①强度降低，从而导致混凝土碳化深度值增大；②混凝土中Ca2+浓度降低，为了维持平衡，Ca（OH）2就会不断溶解，结果使液相碱度及碱储备降低，当pH值或Ca（OH）2降低到一定程度时，周围其它含钙水化产物还会分解、碳化，导致混凝土碳化深度值增大，抗碳化能力降低。

结论：

⑴随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗碳化能力随之减弱，且当粉煤灰掺量控制20%以内时，其对混凝土的抗碳化性能影响不大；

⑵水胶比的降低可在一定程度上提升大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化能力。

参考文献：

[1]《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》.GB/T50082-2009[S].

[2]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，2011，39（1）：7～12.

作者简介：

张武良，深圳市天地（集团）股份有限公司，广东深圳。