石灰石粉混凝土碳化性能研究

2021-01-30孙宜兵

中国建筑金属结构 2021年1期

孙宜兵

随着矿物掺合料技术的成熟，粉煤灰、矿渣等矿物掺合料在建筑业中的需求量越来越大。受到地域、运输成本和供应季节的限制，许多地区出现粉煤灰短缺的现象。找到一种普遍存在又可以替代粉煤灰、矿渣的矿物掺合料势在必行[1-5]。研究发现石灰石粉是一种理想的选择，一些国家已经把石灰石粉应用于混凝土中，并取得了较好的效果[6]。但是掺入石灰石粉混凝土的耐久性，特别是碳化问题必须引起重视。

碳化是混凝土耐久性的一个重要部分，是衡量钢筋混凝土结构物使用寿命的重要指标。目前大气中二氧化碳浓度约为0.035%，预测到2090年将达到0.1%[7]。石灰石粉混凝土的碳化问题逐步引起人们的关注：S.Tsivilis[8]等人的研究发现，石灰石粉的掺入会减小混凝土的碳化深度，这主要是由于石灰石粉的掺入改变了混凝土的孔结构。为了使混凝土孔结构更加优化，经济效益最大化，实际工程常常采用矿物掺合料复掺配置混凝土，因此，研究复掺矿物掺合料对混凝土碳化性能的影响将也很重要[9]。

由于掺合料混凝土碳化问题比较复杂，并且影响因素众多，本文综合考虑混凝土的水胶比、石灰石粉的比表面积及石灰石粉用量等因素，通过标准碳化实验对掺石灰石粉混凝土的碳化规律进行研究；为使试件更接近于实际工程混凝土的孔隙结构，实验试件采用标准养护28d，然后自然养护100d进行碳化实验。

1.实验

1.1 原材料

实验采用的原材料有：P·O42.5R普通硅酸盐水泥，粉煤灰为优质I级灰，石灰石粉，水洗河砂，细度模数为2.3；普通自来水；石子由石灰岩破碎，粒径为5mm-20mm；外加剂选用羧酸JM-PCA。

1.2 混凝土的配合比

实验考虑单掺不同比表面积的石灰石粉，双掺石灰石粉、粉煤灰；掺合料等质量取代水泥。石灰石粉的比表面积为：350m2/kg，600m2/kg；混凝土配合比见表1，表2。

表1 基准混凝土的配合比

表2 混凝土的配合比

1.3 试件制作及实验方法

混凝土试件按照设计配合比制作，混凝土的碳化试件尺寸为100mm×100mm×300mm，浇筑好的混凝土试件静置24h拆模，放入标准养护室养护28d后，自然养护100d进行碳化实验。实验依据GBT50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》中碳化实验规定进行，混凝土试件碳化至3d，7d，14d，28d进行碳化深度测量。

2.结论与分析

2.1 石灰石粉用量对混凝土碳化规律的影响

图1为不同掺量石灰石粉混凝土的碳化深度，由图1可知，单掺石灰石粉混凝土的碳化深度从小到大依次为：基准混凝土，石灰石粉用量分别为10%、20%、30%、40%的混凝土；随着石灰石粉用量的增加，相同碳化时间混凝土的碳化深度增加。石灰石粉用量为10%，20%的混凝土碳化深度与基准混凝土的碳化深度相当。石灰石粉掺量超过20%时，碳化深度急剧增加。

图1 单掺石灰石粉（细度600水灰比0.35）不同碳化时间的碳化深度

2.2 石灰石粉的掺入对混凝土pH值的影响

水泥净浆中掺入比表面积为600m2/kg的石灰石粉，水胶比采用0.35，石灰石粉用量分别为10%、20%、30%、40%；标准养护24d，然后自然养护100d，磨成粉末溶于水，溶质与溶剂比为1：400。

由图2可知，随着石灰石粉用量的增加，水泥净浆的pH值降低。可以证明：随着石灰石粉用量的增加水泥净浆中的（OH）-含量降低，可碳化的碱物质减少。石灰石粉用量为20%的水泥净浆的pH值与基准混凝土相当；表明石灰石粉的用量不超过20%，混凝土的抗碳化能力与基准混过凝土相当；为保证石灰石粉混凝土的抗碳化性能，石灰石粉的用量要控制在20%以内；与图1碳化深度测试结果相吻合。