龔明子

（廈門市建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361100）

中低強度混凝土抗碳化性能研究

龔明子

（廈門市建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361100）

本文通過混凝土快速碳化試驗，研究混凝土強度等級、膠凝材料摻量、礦物摻合料種類及混凝土工作狀態(tài)對中低強度混凝土碳化深度的影響。研究結(jié)果表明：混凝土的抗碳化問題主要集中在中低強度混凝土，工作性正常的高強混凝土抗碳化問題較小。在相同的水膠比下，隨著膠凝材料的增加，混凝土的碳化深度減小，但是減小幅度越來越少。在相同配比下，坍落度對混凝土抗碳化性能影響較小，而離析會大大降低混凝土的抗碳化性能。

低強度混凝土；碳化深度；混凝土和易性

0 前言

混凝土碳化與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性密切相關(guān)，是衡量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物使用壽命的重要指標(biāo)之一[1]。伴隨著混凝土工業(yè)的快速發(fā)展以及混凝土原材料的變化，混凝土碳化加快的問題逐漸顯現(xiàn)出來。近幾年，澆筑不到 60d 的混凝土碳化深度已超過 3mm，而 2003 年以前，混凝土 60d 的碳化深度一般不超過 1mm[2]。為了延長混凝土使用壽命，提高混凝土耐久性，混凝土碳化是一個不可忽視的問題。

在過去幾十年里，國內(nèi)外學(xué)者對水膠比、摻合料種類、摻量等因素對混凝土碳化性能影響開展了大量的研究[2-8]，但研究的配合比多為高膠凝材料 (≥380kg/m3) 和較低的水膠比(≤0.45)[2-8]，而實際工程中以普通中低強度混凝土為主，關(guān)于中低強度混凝土抗碳化性能研究較少。本文通過混凝土快速碳化試驗，研究混凝土強度等級、膠凝材料摻量、礦物摻合料種類及混凝土工作狀態(tài)對混凝土碳化深度的影響。

1 試驗

1.1 原材料

試驗用水泥為福建龍麟水泥有限公司生產(chǎn)的 42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰為漳州后石電廠生產(chǎn)的 Ⅱ 級粉煤灰；礦粉為三鋼集團礦微粉有限公司生產(chǎn)的 S95 級礦渣粉；石子為廈門隆錦旺建材經(jīng)營部生產(chǎn)的 5～20mm 連續(xù)級配碎石和16～31.5mm 單粒級碎石；砂為廈門海城商貿(mào)有限公司生產(chǎn)的天然中砂，細度模數(shù) 2.75，堆積密度為 1590kg/m3；水為生活用水，符合 JGJ 63—2006 《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的拌合用水要求；減水劑為聚羧酸減水劑。

1.2 配合比設(shè)計

本文通過試驗研究水膠比、礦物摻合料等因素與低強度混凝土抗碳化性能之間的關(guān)系，試驗所用配合比見表1 和表2。C25 和 C30 混凝土所用減水劑為聚羧酸高效減水劑，C50為聚羧酸高性能減水劑。

表1 不同強度等級混凝土配合比 kg/m3

表2 不同膠凝材料摻量混凝土配合比 kg/m3

為考慮混凝土拌合物和易性對混凝土工作性、不同齡期碳化深度的影響，通過改變坍落度以及從加水離析與加外加劑離析兩方面分析離析探討對混凝土抗碳化性能的影響。試驗方案如表3。

表3 拌合物和易性對混凝土碳化深度的影響

1.3 試驗方法

混凝土試件按照設(shè)計配合比制作，混凝土碳化試件尺寸為 100mm×100mm×100mm。澆筑好的混凝土 24h 后拆模，之后將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護 28d。

試驗依據(jù) GB50082—2009《普通混凝土長期性能與耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中碳化試驗規(guī)定進行，試驗齡期為 3d，7d，14d，28d 時進行碳化深度的測量。

2 試驗結(jié)果

混凝土的工作性、抗壓強度和碳化深度結(jié)果如表4 所示。

表4 混凝土碳化試驗測試結(jié)果

3 討論

3.1 不同強度等級混凝土抗碳化能力影響

圖 1 為不同強度等級混凝土的碳化深度。從圖可看出，隨著混凝土強度的增加，混凝土碳化深度逐漸減小，混凝土抗碳化性能逐漸提高。且 A1 和 A2 的碳化深度遠大于混凝土A3 的碳化深度。這表明中低強度混凝土的碳化深度遠大于高強度混凝土，且隨著混凝土強度的增長，混凝土的抗碳化性能逐漸增強?；炷恋目固蓟瘑栴}主要集中在中低強度混凝土，工作性正常的高強混凝土抗碳化問題較小。

由于低強度等級混凝土的水膠比較大、膠凝材料用量較少，硬化后混凝土孔隙率較大。同時，混凝土摻入礦物摻合料降低了混凝土單位體積內(nèi)的 Ca(OH)2含量，而且，礦物摻合料的火山灰反應(yīng)消耗部分的 Ca(OH)2使混凝土抗碳化性能下降。對于 C50 混凝土，水膠比較低，混凝土孔隙率較小，混凝土較為密實；同時，混凝土單位體積內(nèi)含有較多的Ca(OH)2含量。因此，高強度混凝土的碳化深度較小。

圖 1 不同強度等級混凝土碳化深度

3.2 膠凝材料摻量對混凝土抗碳化能力影響

由表4 可知，B1 和 B3 混凝土的強度都滿足 C25 混凝土強度要求，但其碳化深度都大于 20mm，單摻粉煤灰時 B3的 28d 碳化深度達 34.1mm。圖 2 為不同膠凝材料摻量下混凝土的碳化深度。由圖 2 可知，對于中低強度混凝土在相同的水膠比下，隨著膠凝材料的增加，混凝土的碳化深度減小，但是減小幅度越來越少，且雙摻粉煤灰和礦粉混凝土的碳化深度都小于單摻粉煤灰混凝土。膠凝材料由 300kg/m3增長到320 kg/m3時，A1 和 B4 碳化深度分別比 B1 和 B3 減小 8.8mm和10.1mm，膠凝材料由 320kg/m3增長到 340 kg/m3時，B2和 B5 碳化深度分別比 A1 和 B4 減小 1.2mm 和 3.6mm。說明對于中低強度混凝土，當(dāng)水膠比一定、膠凝材料小于一定值時，雖然強度可達到要求，但是混凝土的碳化深度快速增加；當(dāng)達到一定值時，增加膠凝材料提高混凝土的抗碳化能力有限。雙摻礦粉和粉煤灰，可有效改善混凝土的抗碳化能力。

圖 2 不同膠凝材料摻量混凝土碳化深度

3.3 拌合物和易性對混凝土抗碳化能力的影響

從表4 和圖 3 可知，在相同配比下，坍落度對混凝土抗碳化性能影響較小。由表4 和圖 4 可知，用水量過多導(dǎo)致的混凝土離析會隨著碳化齡期延續(xù)，對碳化深度的影響比外加劑摻量過多離析明顯。其原因是：在相同配比、保證混凝土不產(chǎn)生離析的情況下，增加新拌混凝土坍落度需要增加高效減水劑的摻量。減水劑摻量的改變并不影響混凝土水膠比、用水量，因此，在相同配比下，改變減水劑摻量使混凝土坍落度增加，對混凝土抗碳化性能影響不大。離析狀態(tài)混凝土碳化深度較大是因為離析導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大大增加，碳化速度大。用水量是影響混凝土強度、工作性及耐久性的主要因素。加水導(dǎo)致混凝土離析相當(dāng)于提高混凝土水膠比，增加用水量。用水量過多，使混凝土內(nèi)部自由水、毛細管水、凝膠水等增多，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙通道增加和混凝土密實性降低。CO2主要是通過毛細組織等孔隙通道由表及里向內(nèi)擴散，而混凝土微觀結(jié)構(gòu)的形成主要是受到初始水膠比的制約。水膠比越大，混凝土內(nèi)部的空隙率也隨之增大，這也是加水導(dǎo)致混凝土離析進而使混凝土碳化速度加快的另一個原因。

圖 3 不同坍落度對混凝土抗碳化性能影響

圖 4 離析對混凝土抗碳化性能影響圖

4 結(jié)論

通過以上試驗研究，得出以下結(jié)論：

（1）混凝土的抗碳化問題主要集中在中低強度混凝土，工作性正常的高強混凝土抗碳化問題較小。

（2）對于中低強度混凝土在相同的水膠比下，膠凝材料小于一定值時，雖然強度可達到要求，但是混凝土的碳化深度快速增加；當(dāng)達到一定值時，增加膠凝材料提高混凝土的抗碳化能力有限。雙摻礦粉和粉煤灰，可有效改善混凝土的抗碳化能力。

（3）在相同配比下，坍落度對混凝土抗碳化性能影響較小。而離析會大大降低混凝土的抗碳化性能，且用水量過多導(dǎo)致混凝土離析隨著碳化齡期延續(xù)，碳化深度比外加劑摻量過多離析嚴重。

[1] Aruhan,Yan Peiyu. Carbonation Characteristics of Concrete with Different Fly–Ash Contents [J]. Journal of the Chinese ceramic Society, 2011, 39(1): 7–12.

[2] 宋華，牛荻濤，李春暉．礦物摻合料混凝土碳化性能試驗研究[J]．硅酸鹽學(xué)報，2009,37(12): 2066–2070．

[3] 林鵬，吳笑梅，樊粵明．商品混凝土抗碳化性能的研究進展[J]．硅酸鹽學(xué)報，2008, 27 (3):546-551．

[4] Sulapha P, Wong S F, Wee TH, et al. Carbonation of concrete containing mineral admixtures[J].Journal of materials in civil engineering,2003,15(2): 134-143.

[5] Khunthongkeaw J, TangtermsirikulS, LeelawatT. A study on carbonation depth prediction for fly ash concrete [J]. ConstrBuildMater, 2006, 20: 744-753.

[6] AtisC D. Accelerate carbonation and testing of concrete made with fl y ash [J].Constr Build Mater, 2003, 17: 147-152.

[7] 楊林德，潘洪科, 祝彥知，等．多因素作用下混凝土抗碳化性能的試驗研究[J]．建筑材料學(xué)報，2008,11(3):345-348．

[8] 姬永升，趙光思，樊振生．混凝土碳化過程的相似性研究[J]．淮海工學(xué)院學(xué)報，2002,11(3):60-63．

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Research on improving anti-carbonation property of low-strength concrete

Gong Mingzi
(Xiamen Construction Science Research Institute CO., Ltd., FuJian Xiamen 226600)

In this paper, it investigated the affect of the strength grade of concrete, cementitious material content and concrete workability on the anti-carbonation property of low-strength concrete. The results show that: the carbonation of concrete is mainly in middle and low strength concrete carbonation, smaller problems of high strength concrete. At the same water-binder ratio, with the increase of cementitious materials, concrete carbonation depth decreases, but the decrease is less. In the same proportion, less influence on the carbonation resistance of concrete slump, and segregation will greatly reduce the carbonation resistance of concrete.

low-strength concrete; carbonation depth; workability

龔明子，女，碩士，工程師。主要從高性能混凝土及外加劑的應(yīng)用研究。