邱國興 莫 林

廣西建工集團第一建筑工程有限責任公司 廣西 南寧 530001

在我國部分含侵蝕性CO2地下水地區(qū)，混凝土基礎受到侵蝕性CO2腐蝕，造成該環(huán)境條件下混凝土基礎的破壞，影響混凝土基礎的耐久性。目前，國內(nèi)外對含侵蝕性CO2地下水環(huán)境條件下混凝土碳化的研究并不多。Gerven[1]、郭高峰[2]通過在溶液中充入純CO2氣體模擬侵蝕性CO2地下水環(huán)境進行試驗，試驗結(jié)果表明，侵蝕性CO2地下水導致混凝土中Ca2＋的加速溶出，降低了混凝土抗碳化性能。趙卓等[3]、王健[4]采用原位浸泡方法開展碳化試驗，研究結(jié)果表明，混凝土在侵蝕性CO2地下水環(huán)境下發(fā)生明顯碳化，混凝土水膠比越大，碳化深度越大。

混凝土碳化深度預測模型可根據(jù)混凝土的配合比和所處環(huán)境CO2含量建立，并據(jù)此確定基礎混凝土配合比。阿列克謝耶夫[5]、Papadakis[6-7]基于Fick第一定律推導建立了由CO2含量控制的經(jīng)典碳化理論模型，岸谷孝一[8]通過研究分析水灰比、外摻料等因素對碳化的影響建立了基于多種影響因素的碳化深度預測模型。牛建剛等[9]通過對不同水泥品種粉煤灰和礦粉取代量計算出混凝土的可碳化物質(zhì)并據(jù)此建立了碳化深度預測模型。然而，這些模型適用條件均為一般大氣環(huán)境。因此，有必要結(jié)合不同含量侵蝕性CO2地下水的工程實例，開展混凝土原位碳化試驗，研究不同配合比因素與碳化深度間的關系，并預測混凝土抗碳化年限，進而指導該環(huán)境下的混凝土基礎施工。

1 工程概況

南寧市嶺秀一方項目地下3層，基礎埋深13.7 m，地下水位－7.6 m，基礎形式為獨立基礎加筏板，地勘報告顯示其地下水侵蝕性CO2含量為41.67 mg/L，工程設計使用年限為50 a。南寧市婦幼保健院項目地下3層，基礎埋深17.9 m，地下水位－5.8 m，基礎形式為筏板形式，地下室外墻為地下連續(xù)墻，地勘報告顯示其地下水侵蝕性CO2含量為54.42 mg/L，工程設計使用年限為50 a。梧州市嘉揚國際三期項目地下2層，基礎埋深11.3 m，地下水位－6.1 m，基礎形式為筏板形式，地下室外墻為整體現(xiàn)澆，地勘報告顯示其地下水侵蝕性CO2含量為77.18 mg/L，工程設計使用年限為50 a。經(jīng)后期送樣檢測，3個項目地下水侵蝕性CO2含量與地勘報告一致。

2 試驗設計

混凝土碳化受自身材料組成和環(huán)境因素影響，在配合比方面，混凝土水膠比、粉煤灰摻量和礦渣摻量均能影響混凝土碳化；而在環(huán)境方面，本文著重以混凝土所處地下水中的侵蝕性CO2含量作為影響因素進行研究。

因此，本文選擇水膠比（W/B）、粉煤灰摻量（FA）和礦渣摻量（SG）3個參數(shù)作為材料因素進行混凝土制備，選取侵蝕性CO2含量（C）因素作為環(huán)境因素進行原位浸泡，其中每個因素選取3個水平（表1）。

3 試驗原材料

本文試塊制備工作在預拌混凝土供應商攪拌站進行。所用原材料為P.Ⅱ42.5硅酸鹽水泥（南寧海螺牌）和Ⅱ級粉煤灰、S95級礦渣（均為南寧國電生產(chǎn)）。粗骨料采用連續(xù)級配碎石，表觀密度為2 643 kg/m3，粒徑范圍為6.0～29.8 mm；細骨料采用機制砂，表觀密度為2 370 kg/m3，細度模數(shù)為2.2。其中膠凝材料具體參數(shù)如表2～表4所示。

表2 水泥化學成分含量/%

表3 粉煤灰性能指標

表4 礦渣性能指標

4 試件制備與試驗開展

4.1 試件制備與養(yǎng)護齡期

根據(jù)表1中3種材料因素及對應3種水平按正交設計制備9組不同配合比混凝土，每組配合比包含3個試塊（表5）?；炷林苽洳捎酶咝阅芑炷翑嚢璺椒╗10]，先將水泥、粉煤灰、礦渣與河砂投入攪拌機，干拌30 s；再往干拌均勻后的混合料中加入約80%的水和減水劑的混合液，拌90 s；最后加入碎石和剩余水與減水劑的混合液攪拌90 s。

表5 混凝土碳化試件正交配合比

采用尺寸為100 mm×100 mm×300 mm的試模成型長方體混凝土試件，1 d后脫模，放入標準養(yǎng)護室（溫度20 ℃±2 ℃，濕度95%以上）養(yǎng)護26 d。養(yǎng)護結(jié)束后，利用烘干設備對試塊進行烘干，烘干溫度60 ℃，烘干時間2 d。

4.2 原位侵蝕試驗

對烘干后試件的2個長端面進行環(huán)氧樹脂密封，剩下4個表面暴露不處理。9組別試件每組取一塊對應放置于一個項目的含侵蝕性CO2地下水坑中進行浸泡。浸泡過程在同一時段進行，同時對浸泡溫度和侵蝕性CO2含量持續(xù)檢測。檢測結(jié)果顯示3個項目浸泡溫度基本一致，各項目侵蝕性CO2含量與表1一致。浸泡齡期達28 d后取出各試塊，參考GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》，用圖像法[11]測定各試塊碳化深度（表6）。

表6 各項目混凝土28 d碳化深度/mm

5 試驗結(jié)果與分析

5.1 關系分析

根據(jù)試驗結(jié)果可得碳化深度與侵蝕性CO2含量、水膠比、粉煤灰摻量及礦渣摻量關系（圖1～圖4）。

圖1 碳化深度與侵蝕性CO2含量的關系

圖2 碳化深度與水膠比的關系

圖3 碳化深度與粉煤灰摻量的關系

圖4 碳化深度與礦渣摻量的關系

由圖可知，在含侵蝕性CO2地下水環(huán)境條件下，各個水膠比水平下的混凝土28 d碳化深度基本隨著侵蝕性CO2含量的增大而增大，在41.67～54.42 mg/L濃度區(qū)間，由于濃度變化幅值較小，碳化深度增長并不明顯；而在侵蝕性CO2含量從54.42 mg/L增加到77.18 mg/L時，各水膠比水平下的混凝土碳化深度均有明顯的增加。

碳化深度基本隨水膠比的增大而增大。在2個較低的侵蝕性CO2含量水平中，粉煤灰摻量為15%的混凝土碳化深度隨水膠比先增大后減小，但整體呈增大趨勢。碳化深度均隨粉煤灰摻量的增大而增大。碳化深度隨礦渣摻量的變化并無一致規(guī)律，當混凝土水膠比為0.4時，各侵蝕性CO2含量水平下碳化深度隨礦渣摻量的增大而增大；當混凝土水膠比為0.5時，各侵蝕性CO2含量水平下碳化深度先隨礦渣摻量的增大而減小，后隨礦渣摻量的增大而增大；當混凝土水膠比為0.6時，各侵蝕性CO2含量水平下碳化深度先隨礦渣摻量的增大而增大，后隨礦渣摻量的增大而減小。

5.2 預測分析

參考已有混凝土碳化服役預測經(jīng)驗模型[12]，對含侵蝕性CO2環(huán)境下的混凝土抗碳化年限進行預測。預測結(jié)果如表7所示。由表7可見，針對3個實際工程，本文所用9組配合比制備的混凝土抗碳化年限均大于50 a，耐久性中的抗碳化指標滿足設計使用年限。

6 結(jié)語

本文對含侵蝕性CO2地下水環(huán)境中的混凝土碳化進行了研究分析，研究了水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量和侵蝕性CO2含量對混凝土碳化深度的影響。研究結(jié)果表明，水膠比、粉煤灰摻量和礦渣摻量均對碳化深度有顯著影響，混凝土28 d碳化深度隨侵蝕性CO2含量的增大而增大，隨水膠比的增大而增大，隨粉煤灰摻量的增大而增大；而對于礦渣摻量，碳化深度并未隨其摻量變化顯示一致規(guī)律。根據(jù)28 d碳化深度預測所得的混凝土抗碳化年限能夠滿足設計使用年限。本文研究可以用于指導實際工程中含侵蝕性CO2地區(qū)的混凝土基礎施工。

表7 各項目混凝土抗碳化年限/a