張東生 周世騰

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 寧夏銀川 750021）

引言

自20世紀(jì)上半葉以來，混凝土組成成分經(jīng)歷了很大變革，其中一個(gè)最為顯著的是向其中添加礦物摻合料。目前，粉煤灰已經(jīng)成為混凝土中最常用的摻合料。然而，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土碳化現(xiàn)象加劇并可能使得大量使用礦物摻合料優(yōu)勢不再凸顯。因此粉煤灰混凝土的碳化問題應(yīng)當(dāng)引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

1 粉煤灰混凝土的碳化機(jī)理

碳化機(jī)理可歸結(jié)為空氣中的CO2擴(kuò)散到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，然后和水泥中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)形成H2CO3，再與Ca（OH）2反應(yīng)，硬化水泥漿中的CSH相也可能與CO2反應(yīng)。而在混凝土中摻入粉煤灰后，首先水泥水化生成Ca（OH）2，而后與粉煤灰中的活性SiO2和Al2O3產(chǎn)生二次反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，從而填充于毛細(xì)孔隙內(nèi)，使混凝土變得更加致密。

2 影響因素

混凝土的碳化是在固相、液相和氣相中進(jìn)行的一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過程[1]。從其過程來看，C02通過混凝土的固有缺陷滲透到混凝土的孔隙中，溶解于孔隙內(nèi)的水形成H2CO3后發(fā)生的碳化反應(yīng)。碳化速度主要取決于CO2擴(kuò)散速度和混凝土孔隙液相中的含堿量。而CO2的擴(kuò)散速度受密實(shí)度、相對濕度、CO2濃度和施工質(zhì)量等因素的影響[2]。這些因素大致可以分為三大方面：環(huán)境因素如水泥用量、水膠比、水泥品種、摻合料等；材料因素如溫度、濕度、壓力和CO2濃度等；施工因素如澆筑、攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)條件等[1]。本文對其總結(jié)分析，就粉煤灰混凝土抗碳化性能主要影響因素進(jìn)行闡述：

（1）水膠比：水膠比對抗碳化性能具有重要影響，水膠比的大小決定了混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度，而強(qiáng)度又影響混凝土抗碳化性能。前人的研究表明碳化深度與水膠比有直接關(guān)聯(lián)，當(dāng)水泥含量恒定時(shí)，水膠比越大，結(jié)構(gòu)中的孔隙率越大，導(dǎo)致混凝土越不密實(shí)，從而加快了碳化速度以及增大了碳化深度，即混凝土碳化深度隨水膠比增大而增加。陳金平[3]通過試驗(yàn)研究表明大摻量粉煤灰混凝土抗碳化能力與其抗壓強(qiáng)度有密切關(guān)聯(lián)。降低水膠比、提高粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度可以有效提高粉煤灰混凝土抗碳化能力。

（2）水泥用量：混凝土中可碳化物質(zhì)的含量取決于水泥用量[4]。水泥用量既可以改變混凝土的工作性，提高其密實(shí)性，還可以增加混凝土中的堿性物質(zhì)的儲量，增加其抗碳化性能。張揚(yáng)[5]等人試驗(yàn)結(jié)果表明：水泥用量對粉煤灰混凝土碳化深度的影響趨勢大致是先增大后減小，并且碳化時(shí)間越長，碳化深度越大，但碳化速度隨著水泥用量的增大略有減小。

（3）粉煤灰摻量：在混凝土中摻入粉煤灰具有正負(fù)兩種效應(yīng)。一方面可以使混凝土堿度降低，從而使其抗碳化能力下降。另一方面粉煤灰中的活性成分和水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生二次反應(yīng)，使混凝土的孔隙率降低，從而混凝土將變得更加密實(shí)，有利于粉煤灰混凝土抗碳化能力[6]。陳金平[3]的試驗(yàn)結(jié)果表明：在早期，隨著粉煤灰摻量增加，與基準(zhǔn)混凝土相比，粉煤灰混凝土的孔隙率及透氣率都明顯增大，使空氣中CO2的擴(kuò)散速度加快，從而齡期的碳化深度增大。

（4）養(yǎng)護(hù)條件：養(yǎng)護(hù)條件對水泥水化程度有著重要的影響，前人就養(yǎng)護(hù)條件對混凝土抗碳化性能的影響進(jìn)行了大量的研究。混凝土早期在高濕度養(yǎng)護(hù)條件下有利于形成更致密的微觀結(jié)構(gòu)，有效地提高其抗碳化性能[7]。此外，養(yǎng)護(hù)齡期越長，抗碳化性能越好。Sisomphon[8]研究得出縮短養(yǎng)護(hù)齡期將加速粉煤灰混凝土抗碳化性能劣化，粉煤灰摻量50%的混凝土經(jīng)養(yǎng)護(hù)7d與3d的碳化深度與28d養(yǎng)護(hù)齡期的混凝土相比分別增長59%與94%。

3 結(jié)論與展望

由于試驗(yàn)采用的混凝土材料本身以及環(huán)境因素的差異性，國內(nèi)外不同學(xué)者提出的規(guī)律及趨勢也存在著很大差異，但大體相同。當(dāng)下，隨著粉煤灰混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，特別是粉煤灰混凝土所具有的的很多優(yōu)異性能不能因抗碳化性能的不足而不能在一些工程實(shí)際中發(fā)揮作用[9]。此外，對劣化因素的考慮，應(yīng)由單一因素影響向多重因素藕合影響轉(zhuǎn)變，使試驗(yàn)條件更加真實(shí)反映混凝土的實(shí)際工作環(huán)境。