張東伍 栗 潮

1尉氏縣鑫勝砼業(yè)有限公司（475500） 2中國水電十一局鄭州科研設計有限公司（450001）

0 前言

混凝土的鋼筋銹蝕問題是困擾工程建設的重要問題之一，而混凝土的碳化是引起其鋼筋銹蝕的一個重要原因。近些年來，混凝土的碳化問題得到了大量的研究，表明混凝土強度等級、水灰比、水泥用量等因素均對混凝土的碳化行為有較為明顯的影響。顏承越[1]研究表明，水灰比和碳化深度之間大致呈線性的關系，而根據另外一些研究表明，這兩者之間的線性關系并不明顯，而是近似呈指數函數的關系[2]。同時有研究表明，在混凝土中摻入粉煤灰、石灰石粉、礦渣和硅灰等礦物摻合料具有活性，可以與Ca(OH)2反應,減少膠凝組分中的Ca(OH)2含量，從而使混凝土抗碳化能力減弱[3-5]。

通過設計不同強度等級的混凝土試樣，通過設計不同的水灰比和水泥用量，制備不同抗壓強度的混凝土,并針對其抗壓強度和碳化深度進行分析，研究其強度與抗碳化性能的關系，并對其機理進行分析。

1 試驗原材料及方法

1.1 試驗原材料

試驗所用水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥，密度為 3.11 g·cm-3，比表面積為 336 m2/kg，作為混凝土摻合料的粉煤灰和礦粉均取自開封。表1為試驗原材料的化學成分分析。

表1 實驗原材料的化學成分分析

1.2 試驗方法

混凝土配合比分別針對設計強度C25、C30、C35和C40混凝土進行，通過調整混凝土膠材用量、水灰比和摻合料用量進行調整，從而制備出不同強度等級的混凝土?；炷僚浜媳热绫?所示。

混凝土的抗壓強度測試參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法》標準進行，在標準條件（RH≧90%，T=20±3 ℃）下養(yǎng)護 3 d、7 d和 28 d后測量其抗壓強度。同時,參照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》的規(guī)定對不同碳化齡期的混凝土進行碳化深度測試。試件成型后24 h拆模，經標準條件（RH≧90%，T=20±3℃）養(yǎng)護26 d后，置于60℃烘箱中烘干48 h。試樣保留兩相對側面，其余表面用石蠟密封，按要求放入混凝土快速碳化試驗箱（RH=70%±5%，T=20±3℃，CCO2=20%±3%）中，并在碳化齡期達到3 d、7 d和28 d時，分別測試各齡期混凝土的碳化深度。酚酞試劑采用1%的酚酞酒精溶液，噴在劈裂后的混凝土試塊斷面，碳化深度采用游標卡尺測定。碳化深度測試方法[6]如圖1所示。

表2 混凝土配合比

圖1 碳化深度測試方法

2 試驗結果與分析

圖2為不同強度等級混凝土的抗壓強度測試結果。圖3為不同強度等級混凝土的碳化深度測試結果。由測試結果可以看出，混凝土碳化深度基本與其抗壓強度的變化趨勢相反，表明抗壓強度越高的混凝土，其碳化深度越小，則其抗碳化性能越強。相比來說，對于經過28 d齡期養(yǎng)護的C40混凝土，其抗壓強度達到了C25混凝土的1.5倍左右，而其28 d碳化深度僅為C25混凝土的一半。同時，對于不同強度等級的混凝土，其碳化深度基本表現出了碳化深度隨著強度的增加而逐步下降的趨勢。

大量研究結果表明，混凝土的抗碳化性能主要與其孔結構和內部可碳化物質數量相關。一方面，根據表2中的混凝土配合比,隨著強度等級的增加，其配比中水泥用量逐步增多，從這方面說，水泥用量越多的混凝土試樣，其內部水化生成的Ca(OH)2含量,即混凝土內部主要的可碳化物質數量越多，因此，強度等級越高的混凝土試樣，其內部可碳化物質消耗越慢，從而有更強的抗碳化能力。另一方面，強度標號越高的混凝土,所用配比的水灰比越小，從而使制備出混凝土內部的孔結構更加密實，從而減緩了外部CO2向混凝土內部的擴散，顯著改善了混凝土的抗碳化性能。

圖2 不同強度等級混凝土的抗壓強度

圖3 不同強度等級混凝土的碳化深度

依據混凝土的碳化深度測試結果,根據公式（1）分別計算混凝土在碳化3 d內和碳化4 d～7 d齡期內的碳化速率，計算結果如圖4所示。

其中:α表示碳化速率(cm/d)；D表示碳化深度(cm)；t表示碳化時間(d)。

圖4 混凝土在不同養(yǎng)護齡期時間段的碳化速率

根據碳化速率計算結果可以看出,在碳化0～3 d時，C25、C30和 C35混凝土的碳化速率相當，而C40混凝土的碳化速率顯著較小，表明C40混凝土內部較高的堿含量使其早期碳化效果并不顯著。而在碳化4～7 d時，C30以上強度等級的混凝土碳化速度相對較小,但C25混凝土的碳化速度明顯較快,這表明強度等級較低的C25混凝土外部CO2侵入速度較快，結合其內部較低的堿含量，混凝土表現出了快速碳化的趨勢。而在8～28 d的碳化齡期中，混凝土碳化速率顯著變慢，使不同強度等級混凝土的碳化速度并無明顯差別。

3 結論

通過不同強度等級混凝土的碳化實驗，結合強度與碳化深度之間的聯系，對其抗碳化性能與強度之間的關系進行了分析。結果表明，對于不同強度等級的混凝土來說，由于水灰比和水泥用量的影響,其抗碳化性能隨著其抗壓強度的增加而增強。

[1]顏承越.水灰比-碳化方程與抗壓強度-碳化方程的比較[J].混凝土,1994(3)：46.

[2]張德成,張云飛,程新.硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗碳化性能的研究[J].硅酸鹽通報,2008,27(2)：56～58.

[3]P.Sulapha,S.F.Wong,T.H.Wee and S.Swaddiwudhipong.Carbonation of Concrete Containing Mineral Admixtures[J].Journal of materials in civil engineering,1994(3)：32～35.

[4]L.Stevula,J.Madej,J.Kozankova and J.Madejova.Hydration products at the blast furnace slag aggregate-cement pasteinterface[J].Cement and Concrete Research,1994(24)：413～423.

[5]J.Liu,Y.Li,L.Lv.Effect of Anti-freezing Admixtures on Alkali-silica Reaction in Mortars[J].Wuhan University of Technology-Mater,2005(2)：55～59.

[6]馬軍濤,水中和,陳偉,徐文冰.養(yǎng)護濕度對補償收縮混凝土碳化速率的影響[J].混凝土,2011(1)：24～27.