齊繼民，王相國，李興坤

（臨沂中聯(lián)混凝土混凝土有限公司，山東 臨沂 276000）

0 前言

混凝土的碳化通常指的是空氣中的二氧化碳?xì)怏w通過混凝土毛細(xì)孔擴(kuò)散到其內(nèi)部，再與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生相應(yīng)的物理化學(xué)反應(yīng)，最終形成穩(wěn)定化合物碳酸鈣的過程[1]。碳化改變了混凝土內(nèi)部的酸堿環(huán)境，導(dǎo)致堿性降低，酸性增強(qiáng)，因此破壞了起保護(hù)作用的鋼筋表面的鈍化膜，進(jìn)而加快了對鋼筋的腐蝕，所以對混凝土抗碳化性能的研究具有重要意義。

粉煤灰是一種具有火山灰活性的材料，被廣泛應(yīng)用于混凝土工程中。在 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[2]將粉煤灰劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三個等級，GB/T 50146—2014《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》[3]中規(guī)定Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰可用于鋼筋混凝土，Ⅲ 級粉煤灰主要應(yīng)用于無筋混凝土。

不同等級品質(zhì)粉煤灰的化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致其對混凝土抗碳化性能的影響也有所差異。本文以C30 強(qiáng)度等級的混凝土為例，對比研究了Ⅰ、Ⅱ級兩種不同品質(zhì)的粉煤灰以及粉煤灰摻量等因素對混凝土抗碳化性能的影響，從而為混凝土抗碳化性能的研究提供理論參考。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥選用臨沂中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O42.5 水泥，主要性能指標(biāo)見表 1；粉煤灰選用費(fèi)縣發(fā)電廠的Ⅰ、Ⅱ級灰，主要化學(xué)成分及性能指標(biāo)見表 2、表 3；礦粉選用臨沂中聯(lián)水泥有限公司生產(chǎn)?；郀t礦渣粉S95，比表面積為 420m2/kg。

表1 水泥的主要物理性能

表2 粉煤灰的化學(xué)成分 %

表3 粉煤灰的主要物理性能 %

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土的碳化試驗(yàn)按照 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]和 JG/T 247—2009《混凝土碳化試驗(yàn)箱》[5]進(jìn)行，試驗(yàn)過程中控制碳化試驗(yàn)箱內(nèi)二氧化碳濃度保持在 (20±3)%、濕度控制在 (70±5)%、溫度控制在 (20±2)℃的范圍內(nèi)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 粉煤灰品質(zhì)對混凝土抗碳化性能的影響

試驗(yàn)選用Ⅰ、Ⅱ級兩種品質(zhì)的粉煤灰，粉煤灰的摻入量為水泥質(zhì)量的 20%，與不摻入粉煤灰的混凝土試塊做對比試驗(yàn)，試驗(yàn)試塊編號分別為 P1、P2、P3，具體配合比見表 4，測定混凝土試塊在 3d、7d、14d、28d時(shí)的碳化深度，探究粉煤灰品質(zhì)對混凝土抗碳化性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表 5 和圖 1。

表4 不同品質(zhì)粉煤灰混凝土配合比 kg/m3

從表 5 和圖 1 可以看出，摻入Ⅰ級粉煤灰的混凝土試塊 P2 和摻入Ⅱ級粉煤灰的混凝土試塊 P3 在 3d、7d、14d、28d 的碳化深度值都要比不摻粉煤灰的混凝土試塊 P1 大，試塊 P3 的碳化深度值略大于試塊 P2，說明了粉煤灰的摻入加大了混凝土的碳化深度值，Ⅱ級粉煤灰混凝土的抗碳化性能略低于Ⅰ級粉煤灰混凝土。其中主要的原因：一是，相比較于Ⅱ級粉煤灰，Ⅰ級粉煤灰的細(xì)度較小、顆粒較細(xì)，具有較大的比表面積，能夠更好地填充于混凝土結(jié)構(gòu)中[6]；二是，Ⅰ級粉煤灰的需水量比小，即在水灰比不變的條件下，更多的水分參與水泥的水化，使得水泥的水化更徹底，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對密實(shí)，所以，Ⅰ級粉煤灰混凝土的碳化深度值略小，抗碳化性能略強(qiáng)于Ⅱ級粉煤灰。

圖1 粉煤灰品質(zhì)對混凝土碳化深度的影響

表5 粉煤灰品質(zhì)對混凝土碳化深度的影響

2.2 粉煤灰摻量對混凝土抗碳化性能的影響

試驗(yàn)選用Ⅱ級品質(zhì)的粉煤灰，將粉煤灰替代不同水泥質(zhì)量作為變量因素，替代水泥的質(zhì)量分別為 0%、10%、20%、30%，試驗(yàn)試塊編號分別為 T1、T2、T3、T4，具體配合比見表 6，測定混凝土試塊在 3d、7d、14d、28d 時(shí)的碳化深度，探究粉煤灰摻量對混凝土抗碳化性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表 7 和圖 2。

表6 不同粉煤灰摻量混凝土配合比 kg/m3

從表 7 和圖 2 可以看出，摻入粉煤灰的混凝土試塊 T2、T3、T4 較不摻粉煤灰的混凝土試塊 T1 的碳化深度值大，T2、T3、T4 的碳化深度值大小為：T4＞T3＞T2，即隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土試塊在 3d、7d、14d、28d 的碳化深度值呈現(xiàn)變大的趨勢，粉煤灰替代水泥質(zhì)量 30% 時(shí)，28 天的碳化深度值是不摻粉煤灰混凝土的 1.5 倍。說明了粉煤灰摻入的越多，其混凝土的抗碳化性能越弱。其中主要的原因是，粉煤灰是一種活性混合材料[7-8]，替代部分水泥加入到混凝土中后，在水泥水化的早期不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，隨著水泥水化進(jìn)一步的進(jìn)行，激發(fā)了粉煤灰的活性，粉煤灰中的 Al2O3與 SiO2和水泥水化的堿性物質(zhì) Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，造成了混凝土堿性的降低，抗碳化性能的減弱。

表7 粉煤灰摻量對混凝土碳化深度的影響

圖2 粉煤灰摻量對混凝土碳化深度的影響

3 結(jié)論

（1）在粉煤灰的摻入量為水泥質(zhì)量的 20% 下，Ⅰ級粉煤灰略低于Ⅱ級粉煤灰混凝土的碳化深度值，其混凝土抗碳化性能相對更優(yōu)。

（2）與不摻粉煤灰混凝土相比，摻入粉煤灰混凝土的碳化深度值更大，說明了粉煤灰的摻入，降低了混凝土抗碳化性能。

（3）隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土試塊在 3d、7d、14d、28d 的碳化深度值呈現(xiàn)變大的趨勢，粉煤灰替代水泥質(zhì)量 30% 時(shí)，28 天的碳化深度值是不摻粉煤灰混凝土的 1.5 倍。