陳橋梁 張志龍
中交第四公路工程局有限公司
淺談?chuàng)椒勖夯一炷撂蓟铀倥c強(qiáng)度的關(guān)系
陳橋梁 張志龍
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談?wù)摰哪康氖翘蓟瘜?duì)混凝土的影響主要并不是強(qiáng)度,因?yàn)橹灰阉z比降低到一定程度,摻了粉煤灰的混凝土28天抗壓強(qiáng)度是會(huì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的,再由于摻了粉煤灰的混凝土受到現(xiàn)場(chǎng)溫度的影響,澆筑的混凝土實(shí)際強(qiáng)度會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的相同的混凝土試件強(qiáng)度高,且與碳化無(wú)關(guān)。
粉煤灰;水灰比;強(qiáng)度;碳化深度
傳統(tǒng)上認(rèn)為,在混凝土中摻入粉煤灰后碳化加速是因?yàn)榉勖夯蚁♂屃怂嘀械腃a(OH)2,那么,為什么摻用同樣比例礦渣粉的混凝土碳化加速的程度會(huì)低得多呢?當(dāng)然有人會(huì)認(rèn)為礦渣粉中含較多CaO原因。從礦相分析看,礦渣粉中CaO主要為化合物,不會(huì)增加混凝土中Ca(OH)2的含量,似乎摻入礦渣粉也會(huì)稀釋Ca(OH)2的濃度。一般碳化速度和環(huán)境中CO2度有關(guān),混凝土中Ca(OH)2濃度減小時(shí),相當(dāng)于大氣中CO2濃度相對(duì)增加。這是概念的轉(zhuǎn)移:按照一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)與其濃度有關(guān),也就是,CO2初始濃度影響其Ca(OH)2擴(kuò)散速率,但不等于影響碳化的速率和深度。不管Ca(OH)2的濃度多大,在合適的濕度下,總會(huì)和CO2碳化反應(yīng)的。按照現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范,混凝土碳化性能的試驗(yàn)方法是:將試件養(yǎng)護(hù)到28天,在CO2濃度為20%、溫度20℃、相對(duì)濕度60±5%的碳化箱中碳化28天。這種試驗(yàn)方法對(duì)工程實(shí)際毫無(wú)意義,因?yàn)樵趯?shí)際工程中不會(huì)養(yǎng)護(hù)到28天。也就是說(shuō),現(xiàn)場(chǎng)混凝土的碳化不會(huì)從28天才開(kāi)始,而是停止?jié)耩B(yǎng)后,混凝土表面層相對(duì)濕度下降到70%以下時(shí),碳化就會(huì)開(kāi)始了。對(duì)于純硅酸鹽水泥的混凝土,碳化深度隨水灰比的增加而增加,“(水灰比0.4的混凝土碳化深度是水灰比為0.6的一半,水灰比為0.5的混凝土在一般條件下暴露10年,碳化深度為5~10mm)”;“(水灰比為0.6的混凝土15年后碳化深度為15mm而水灰比為0.45的混凝土,碳化深度為15mm時(shí)需要100年)”。(見(jiàn)表1)
表1 粉煤灰的技術(shù)要求
表2 混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量(kg/m3)
也就是說(shuō),影響混凝土碳化性質(zhì)的主要因素是混凝土的水灰比,水灰比是決定混凝土密實(shí)度的主要因素。而當(dāng)摻用粉煤灰時(shí),即使配制混凝土?xí)r能降低水膠比,使該混凝土28天強(qiáng)度保持與不摻粉煤灰時(shí)的一致,而其初期(例如3天、7天)強(qiáng)度還是低于不摻粉煤灰時(shí)的同齡期強(qiáng)度。無(wú)論是摻粉煤灰還是磨細(xì)礦粉,對(duì)混凝土強(qiáng)度有影響的是漿體孔隙率,特別是100nm以上的孔。用壓力測(cè)孔法試驗(yàn),與實(shí)際混凝土相比試件尺寸太小,試驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)忽略了一些孔,尤其是大一些的孔。對(duì)氣體或離子來(lái)說(shuō),100nm以下的孔中也能在濃度差的驅(qū)使下進(jìn)行擴(kuò)散;混凝土水化齡期是指在有水存在的情況下所經(jīng)過(guò)的齡期,即認(rèn)為相同于濕養(yǎng)護(hù)的齡期。因此,一定水膠比下,濕養(yǎng)護(hù)齡期越短,粉煤灰摻量越大的試件孔隙率越大;不同摻量的粉煤灰試件之間孔隙率的差別隨濕養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)而縮小;不同摻量的粉煤灰試件之間孔隙率相同時(shí)濕養(yǎng)護(hù)齡期與水膠比有關(guān),(如水膠比為0.35時(shí),該齡期約在28天,水膠比為0.3時(shí),則該齡期約為22天)。在這樣低的水膠比下,對(duì)于純硅酸鹽水泥混凝土來(lái)說(shuō),濕養(yǎng)護(hù)2天就足夠,而對(duì)于摻粉煤灰的混凝土,盡管必須降低水膠比,但實(shí)際工程中混凝土濕養(yǎng)護(hù)齡期一般不會(huì)超過(guò)7天,那么大摻量粉煤灰混凝土實(shí)際碳化深空隙率較大而較大。(見(jiàn)表2)
碳化不會(huì)造成混凝土劣化,但是Ca(OH)2碳化后分子體積大約可收縮20%,如果先產(chǎn)生干燥收縮,隨后再加上碳化收縮,可能在受約束條件下會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂;重要的是,鋼筋在堿性環(huán)境下的穩(wěn)定性會(huì)因堿度降低而受到破壞,引起銹蝕。對(duì)于混凝土的強(qiáng)度,碳化前后并不會(huì)有太大差別,反而會(huì)因碳化而提高。對(duì)于保護(hù)層厚度很小、強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土,當(dāng)無(wú)有效措施時(shí),應(yīng)考慮大摻量粉煤灰混凝土早期孔隙率大而發(fā)生的碳化對(duì)可能引起鋼筋銹蝕的影響,碳化后的混凝土不僅堿度下降,且因碳化收縮,尤其是先產(chǎn)生干縮再與相繼產(chǎn)生的碳化收縮,會(huì)使混凝土孔隙增多、增大造成表面開(kāi)裂。
例:水泥:150Kg/m3粉煤灰:200Kg/m3摻加引氣劑,水膠比0.32—0.35
抗壓強(qiáng)度:3d 30Mpa
28d 50Mpa
1Y 80Mpa
粉煤灰中含有較多的SiO2和AI2O3,兩者總含量可達(dá)60%以上,具有較高的活性,化合能力較強(qiáng)。粉煤灰的密度為水泥的2/3,因此采用大摻量的粉煤灰混凝土可以降低水膠比。因此,不必為碳化深度大小而擔(dān)心混凝土的強(qiáng)度。