王大勇，賀繼濤

（1. 廊坊市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，河北 廊坊 065000）

粉煤灰混凝土自然碳化性能初步研究

王大勇1,2，賀繼濤2

（1. 廊坊市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，河北 廊坊 065000）

用粉煤灰混凝土泵送澆筑成型足尺的結(jié)構(gòu)實(shí)體試驗(yàn)?zāi)Ｐ图袅εc現(xiàn)澆樓板及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，對(duì)其進(jìn)行了為期 1 年的混凝土自然碳化深度測(cè)試，得到相應(yīng)齡期的剪力墻、現(xiàn)澆樓板及相應(yīng)立方體試件混凝土的碳化深度數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明：隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，其碳化深度減小，混凝土抗碳化能力增強(qiáng)；剪力墻與現(xiàn)澆樓板及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件碳化深度與時(shí)間成自然對(duì)數(shù)增長(zhǎng)規(guī)律，立方體試件碳化深度與實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土存在差異。研究結(jié)果可供工程結(jié)構(gòu)混凝土碳化耐久性能檢測(cè)與控制參考。

粉煤灰；混凝土；碳化

0 引言

粉煤灰混凝土是節(jié)能減排的綠色建筑材料之一，作為土木工程用量巨大且重要的結(jié)構(gòu)材料，符合國(guó)家提倡的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，其性能除滿足結(jié)構(gòu)承載強(qiáng)度要求外，還應(yīng)符合混凝土耐久性要求，尤其是碳化耐久性要求。為了更好地揭示粉煤灰混凝土碳化耐久性規(guī)律，葉青等[1]人采用快速碳化試驗(yàn)對(duì) C40 泵送混凝土抗碳化能力隨早期保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間和礦渣摻量的變化規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，混凝土抗碳化能力隨著早期保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間的減少和礦渣摻量的增加而明顯降低；張令茂[2]在試驗(yàn)室測(cè)定了摻粉煤灰水泥混凝土在自然條件下的碳化規(guī)律；阿茹罕等[3]經(jīng)研究表明，加速試驗(yàn)環(huán)境與自然環(huán)境中混凝土的碳化表現(xiàn)并不一致，但對(duì)于加速碳化試驗(yàn)，能夠較好地分辨出不同混凝土的碳化特性的差異。

試驗(yàn)室廣泛采用加速碳化試驗(yàn)的方法去研究混凝土耐久性，但這種加速碳化試驗(yàn)是在一定的環(huán)境條件下的強(qiáng)制性測(cè)試結(jié)果，能用于混凝土原材料優(yōu)選或配合比的比較，但該方法與實(shí)際結(jié)構(gòu)混凝土存在諸如約束條件、外加荷載、溫度及濕度等多種復(fù)合因素的影響，其測(cè)試結(jié)果可能會(huì)與工程實(shí)際的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生差異，因此不能直接把實(shí)驗(yàn)室中加速碳化測(cè)試獲取指標(biāo)等同于結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性。本文通過采用粉煤灰混凝土泵送澆筑成型大型實(shí)體結(jié)構(gòu)模擬試件與標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，并模擬工程實(shí)際施工所常采用的混凝土養(yǎng)護(hù)制度，研究?jī)煞N試件在粉煤灰混凝土自然碳化性能間的異同，重點(diǎn)分析了采用試驗(yàn)混凝土配合比的立方體試件與足尺剪力墻及現(xiàn)澆樓板兩種實(shí)體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)抗碳化能力。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)采用廊坊地區(qū)常用原材料：42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥（C）；Ⅱ 級(jí)粉煤灰（FA）；細(xì)骨料（S）為保定河砂，中砂；粗骨料（G）為卵石破碎的粒徑 5～25mm 碎石；ZG-C型泵送減水劑；拌合用水（W）和養(yǎng)護(hù)用水均為當(dāng)?shù)刈詠硭?/p>

1.2 混凝土配合比的確定

為使試驗(yàn)結(jié)果具有代表性，委托生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的大型商品混凝土公司提供試驗(yàn)混凝土，混凝土配合比設(shè)計(jì) C20、C30、C40、C50 共四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，具體混凝土配合比如表 1所示。

表 1 試驗(yàn)混凝土配合比 kg/m3

1.3 結(jié)構(gòu)實(shí)體模型與標(biāo)準(zhǔn)立方體試件

試驗(yàn)采用泵送澆筑成型四個(gè)大型結(jié)構(gòu)實(shí)體模型，并同時(shí)振動(dòng)臺(tái)成型若干 150mm×150mm×150mm 標(biāo)準(zhǔn)立方體試件。每個(gè)大型結(jié)構(gòu)實(shí)體模型的剪力墻與現(xiàn)澆樓板混凝土采用相同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，混凝土自然碳化試驗(yàn)用試件現(xiàn)場(chǎng)情況見圖 1?；炷两Y(jié)構(gòu)實(shí)體模型澆筑成型并拆除模板后，按現(xiàn)行GB 50204—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》養(yǎng)護(hù)14d 晝夜并每天兩班專人澆水的養(yǎng)護(hù)制度，后自然養(yǎng)護(hù)，裸置備用；同時(shí)成型的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件移至室外陰涼處品字型碼放備用。

圖 1 混凝土自然碳化試驗(yàn)用試件現(xiàn)場(chǎng)情況

1.4 測(cè)試方法

在齡期 14d、28d、60d、90d、180d、360d 時(shí)，每強(qiáng)度等級(jí)立方體試件中隨機(jī)抽取不少于 6 件，分別測(cè)取側(cè)面與底面的自然碳化深度（下文“碳化深度”均指粉煤灰混凝土的自然碳化深度），結(jié)構(gòu)實(shí)體模型的混凝土墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面上各測(cè)取不少于 12 個(gè)測(cè)區(qū)的碳化深度測(cè)試，碳化深度測(cè)試采用 1% 酚酞酒精試劑。試驗(yàn)用儀器設(shè)備均檢定有效。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 立方體試件側(cè)面混凝土碳化分析

圖 2 為立方體試件側(cè)面混凝土碳化深度隨齡期的變化。由圖 2 中可以看出：同一強(qiáng)度等級(jí)的混凝土立方體試件的碳化深度隨齡期增長(zhǎng)而增加；不同強(qiáng)度等級(jí)的相同齡期的立方體試件碳化深度隨強(qiáng)度等級(jí)的增加而減小，但試驗(yàn)混凝土在齡期 360d 的碳化深度均相差不多。

2.2 立方體試件底面碳化分析

圖 3 為立方體試件底面混凝土碳化深度隨齡期的變化。由圖 3 可以看出，立方體試件底面與其側(cè)面混凝土碳化深度表現(xiàn)出的變化規(guī)律及測(cè)試數(shù)值基本相同。

圖 2 立方體試件側(cè)面碳化深度隨齡期的變化

圖 3 立方體試件底面碳化深度隨齡期的變化

2.3 結(jié)構(gòu)實(shí)體模型墻體側(cè)面混凝土碳化分析

圖 4 為結(jié)構(gòu)實(shí)體模型墻體側(cè)面混凝土碳化深度實(shí)測(cè)值隨齡期的變化。由圖 4 可以看出：每強(qiáng)度等級(jí)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛪w混凝土的碳化深度隨齡期增長(zhǎng)而加大；不同強(qiáng)度等級(jí)的相同齡期的立方體試件碳化深度隨強(qiáng)度等級(jí)的增加而減小，但在齡期 180d 后的各強(qiáng)度墻體混凝土碳化深度增幅最大在 1mm內(nèi)；C40、C50 試驗(yàn)?zāi)Ｐ妄g期 360d 時(shí)的碳化與 180d 的相應(yīng)碳化數(shù)據(jù)基本不變，這表明中高強(qiáng)混凝土內(nèi)部堿度足夠使混凝土表面因水泥水化物、中性化后的生成物填充混凝土毛細(xì)孔道而致密，抗?jié)B透能力顯著提高，從而有效阻止腐蝕氣體進(jìn)入混凝土內(nèi)部。

圖 4 結(jié)構(gòu)模型墻體側(cè)面碳化深度隨齡期的變化

2.4 結(jié)構(gòu)實(shí)體模型現(xiàn)澆樓板底面碳化分析

圖 5 為結(jié)構(gòu)實(shí)體模型現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度實(shí)測(cè)值隨齡期的變化。由圖 5 可以看出：結(jié)構(gòu)實(shí)體模型現(xiàn)澆樓板底面與其側(cè)面混凝土碳化深度表現(xiàn)出的變化規(guī)律相同，測(cè)試數(shù)值相差不多。

圖 5 結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度隨齡期的變化

2.5 結(jié)構(gòu)模型墻體與現(xiàn)澆樓板底面的混凝土碳化比較

圖 6 為結(jié)構(gòu)實(shí)體模型墻體與現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度實(shí)測(cè)值隨齡期的變化。由圖 6 可以看出，結(jié)構(gòu)模型墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面在同齡期時(shí)同時(shí)拆除施工模板后，各自的碳化深度相差不多；從擬合曲線上看，墻體碳化深度計(jì)算值略高于現(xiàn)澆樓板底面測(cè)試值。墻板不同時(shí)拆模，工程結(jié)構(gòu)混凝土施工中，現(xiàn)澆樓板板底模板常需根據(jù)其跨度結(jié)合其本身混凝土現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度來確定拆除施工模板的時(shí)間，一般情況下，晚于墻體施工模板的拆除，在該工況下，現(xiàn)澆樓板的板底碳化深度小于墻體模板，主要因?yàn)榉忾]的施工養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)，越有利于提高混凝土的抗碳化能力。

圖 6 結(jié)構(gòu)模型墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面碳化深度比較

2.6 立方體試件側(cè)面與結(jié)構(gòu)模型的墻體側(cè)面及現(xiàn)澆樓板底面混凝土碳化深度的比較

圖 7 為立方體試件側(cè)面與結(jié)構(gòu)模型的墻體側(cè)面及現(xiàn)澆樓板底面混凝土的碳化深度實(shí)測(cè)值隨齡期的變化。由圖 7 可以看出，混凝土碳化深度隨齡期的增長(zhǎng)呈自然對(duì)數(shù)變化規(guī)律；散點(diǎn)的分布表明立方體試件側(cè)面碳化深度數(shù)值較同齡期澆筑結(jié)構(gòu)模型的墻體側(cè)面及現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度明顯偏低，二者碳化深度差值顯著，科研試驗(yàn)中應(yīng)注意此點(diǎn)區(qū)別：由擬合曲線的計(jì)算上分析，混凝土碳化深度換算值由小到大順序?yàn)椋毫⒎襟w試件側(cè)面＜現(xiàn)澆樓板底面＜?jí)w側(cè)面。

3 結(jié)論

（1）針對(duì)具體的粉煤灰混凝土配合比研究了自然碳化變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，粉煤灰混凝土自然碳化深度隨齡期的增長(zhǎng)表現(xiàn)出自然對(duì)數(shù)關(guān)系增加的趨勢(shì)。

（2）試驗(yàn)齡期范圍內(nèi)，立方體試件側(cè)面與底面的碳化深度變化規(guī)律相同，測(cè)試數(shù)值基本相同，與混凝土成型的澆筑面（測(cè)試面）無關(guān)。

（3）試驗(yàn)齡期范圍內(nèi)，與立方體試件同齡期泵送成型的結(jié)構(gòu)實(shí)體模型的墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度變化規(guī)律相同，前者碳化深度測(cè)試數(shù)值略高于后者。

（4）試驗(yàn)齡期范圍內(nèi)，立方體試件碳化深度與同齡期泵送成型的結(jié)構(gòu)實(shí)體模型的墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度變化規(guī)律相同，前者碳化深度測(cè)試數(shù)值明顯低于后者。

（5）本文研究結(jié)果可供結(jié)構(gòu)混凝土碳化耐久性能檢測(cè)與控制參考，對(duì)于更長(zhǎng)齡期的粉煤灰混凝土自然碳化試驗(yàn)有待進(jìn)一步的研究。

圖 7 立方體試件側(cè)面與結(jié)構(gòu)模型的墻體側(cè)面及現(xiàn)澆樓板底面混凝土碳化深度隨齡期的變化

[1] 葉青，阮琦，柴立英．早期保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間和礦渣摻量對(duì)C40 泵送混凝土抗碳化能力的影響[J]．浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008, 8(36): 436–440．

[2] 張令茂．摻粉煤灰水泥混凝土的自然碳化[J]．西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1985(2): 25-33．

[3] 阿茹罕，閻培渝．不同粉煤灰摻量混凝土的碳化特性[J]．硅酸鹽學(xué)報(bào)，2011(01):7-12．

［通訊地址］河北省廊坊市富康道 113 號(hào) 廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司（065000）

The preliminary study on the natural carbonation properties of fl y ash concrete

Wang Dayong1,2, He Jitao2
( 1. Langfang Construction Engineering Quality Testing Center, Hebei, Langfang 065000, China; 2. Langfang Yangguang Construction Engineering Quality Supervision Co., Ltd, Hebei, Langfang 065000, China)

Structural entity test model of shear wall and cast-in-situ slab and the corresponding standard cube send casting full size fl y ash concrete pump specimen, the concrete natural carbonation depth testing has carried on for a period of one year, and the article has got the concrete natural carbonation depth data of corresponding age of shear wall, cast-in-place fl oor and the corresponding cube specimens . The results show that with the increase of the strength grade of concrete carbonation depth decreased, reinforced concrete anti carbonization ability; the natural carbonization depth obeyed the logarithmic growth law, concrete carbonation depth between the cube specimens and the entity structure has difference. The research results can be used for detection and control of engineering structure durability of concrete carbonation reference.

fl y ash; concrete; carbonation

王大勇（1974—），男，高級(jí)工程師,從事工程質(zhì)量檢測(cè)鑒定與研究工作，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)建設(shè)工程無損檢測(cè)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員。