張啟超

（江蘇雙龍集團有限公司 江蘇南京 211111）

隨著建筑可持續(xù)理念的發(fā)展，再生混凝土可循環(huán)利用混凝土材料得到了快速推廣和應(yīng)用。相較于普通混凝土，再生混凝土的強度差異性不大，但是耐久性卻相對較差，尤其是碳化問題更是危害再生混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個重要因素。

1 再生混凝土的碳化機理分析

同天然骨料混凝土碳化機理類似，再生混凝土內(nèi)部有著大量的微孔隙，且微孔隙之間有著直接或間接連通，空氣中的二氧化碳滲透到混凝土內(nèi)部的微孔隙以及表面中，如果內(nèi)部水分充足，就會使內(nèi)部的C-S-H凝膠和堿性物質(zhì)氫氧化鈣直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即是固相、液相和氣相等復(fù)雜物質(zhì)構(gòu)成體系中一個物理化學(xué)反應(yīng)過程。不同于天然混凝土，再生混凝土的孔隙率更大、更多，抗壓強度也更差，尤其是表面覆蓋著許多水泥砂漿，增加了其表面的堿度，減緩了混凝土碳化的速度。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

本次試驗中的再生混凝土材料分別為：水泥，采用普通硅酸鹽水泥（42.5MPa，海螺牌）；粗細骨料分別為碎石和河砂（中砂，表觀密度2572kg/m3）；再生骨料由人工破碎處理廢氣混凝土試塊制成，級配連續(xù)性好，相應(yīng)的粒徑控制在5～31.5mm；礦物摻合料選擇礦渣與粉煤灰。

2.2 試驗方法

科學(xué)設(shè)計再生混凝土的配合比，力求從再生骨料、水灰比、礦物摻合料等方面，對再生混凝土的碳化性能進行研究，相應(yīng)的碳化試驗試件及其構(gòu)成組分詳見表1。

表1 碳化試件基本參數(shù)

在本次試驗檢測中，其中所用到的混凝土試件均采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試件的制作流程進行。碳化深度采用劈裂試驗進行測定，具體就是采用酚酞酒精溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%）噴涂在待測混凝土斷面上對試塊的碳化深度進行標(biāo)識，其中碳化混凝土堿性孔溶液和酚酞發(fā)生反應(yīng)后會顯示成紅色，不變色部位的深度則可以確定成碳化深度。在實際的測定過程中，可以在每個試塊上合理地布置8～9個測試點，然后對測試點的平均值當(dāng)作試件的碳化深度測量值。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 水灰比對再生混凝土碳化性能的影響

一般混凝土的水灰比越大，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)就更加疏松，有著較多的孔隙或其他缺陷，這就決定了其具有相對較弱的抗碳化能力。此外，碳化時間的不同，也會給再生混凝土碳化性能產(chǎn)生不一樣的影響。通過本次試驗研究，關(guān)于水灰比差異對再生骨料碳化深度的影響結(jié)果可以得到圖1。

圖1 水灰比對再生混凝土碳化深度的影響

由圖1可知，碳化時間小于7d時，水灰比對混凝土碳化深度的影響不顯著，但是在28d后，伴隨著水灰比的增加，相應(yīng)的混凝土碳化深度出現(xiàn)顯著增加，且在大于0.5后，混凝土碳化深度的增加逐漸保持平緩狀態(tài)，但是依然會隨著混凝土水灰比的增加，相應(yīng)的碳化深度也有所增加，是由于混凝土的水灰比越大，其單位體積內(nèi)的水泥用量就越少，其內(nèi)部水泥石密度也相對較小，使得二氧化碳更加容易擴散到混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。

3.2 再生骨料摻加量對再生混凝土碳化性能的影響

再生骨料是影響再生混凝土碳化性能的一個重要因素，主要體現(xiàn)在再生骨料的品質(zhì)和摻量兩個方面。再生骨料品質(zhì)，主要涉及到孔隙率、骨料級配以及吸水率等多個指標(biāo)，即在同樣骨料摻量的條件下，不同品質(zhì)再生骨料對其所構(gòu)成再生混凝土碳化性能產(chǎn)生不同影響。一般可以采用濕處理法、化學(xué)強化法和物理強化法等方法，對再生混凝土的界面過渡區(qū)進行改善，從而提升了其碳化性能。另一方面，再生骨料的摻加量同樣會影響其碳化性能，由于再生骨料摻加量的增加后，會增加再生混凝土中的可碳化成分，在一定程度上提升再生混凝土的碳化抗力。但是也會增大其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙率，削弱其抗碳化能力。通過本次研究，可得再生骨料摻量對再生混凝土碳化深度的影響規(guī)律如圖2所示。

圖2 再生骨料摻加量對其碳化深度的影響

由圖2可知，在再生骨料摻量小于50%的時候，再生混凝土碳化深度增加不顯著，但是在再生骨料摻量為50%的時候，再生混凝土碳化深度甚至出現(xiàn)了降低的情況，這主要是由于如果摻量比較小，那么會使再生骨料表面所包裹的老舊砂漿在一定程度上會增加水泥含量，這會影響再生混凝土內(nèi)部密實度，有助于提升其抗碳化能力。在再生骨料摻加量達到100%后，由于其具有比較大的孔隙率，且破碎骨料自身存在許多微裂縫，這使得二氧化碳在其內(nèi)部中的擴散通道比較多，以至于降低了其抗碳化能力，增加了再生混凝土的碳化深度。

3.3 礦物摻合料對再生混凝土碳化性能的影響

礦物摻合料在再生混凝土中的應(yīng)用，可以對混凝土內(nèi)部孔隙進行細化，有助于改善新水泥漿體和再生集料之間的界面狀況，提升再生混凝土的抗碳化性能，卻會降低其內(nèi)部堿含量，加快了其碳化的速率，這種復(fù)合作用共同對再生混凝土的碳化性能產(chǎn)生影響。

通過在再生混凝土中應(yīng)用礦物摻合料，可以顯著地降低再生混凝土的碳化深度，這就是礦物摻合料改善了新水泥漿體和再生骨料間的界面，促使其內(nèi)部變得更加密實。而借助粉煤灰的摻入，顯著地增加混凝土密實度，可以減少混凝土內(nèi)部堿性成分，但是礦物摻合料在改善效果方面的作用要顯著優(yōu)于粉煤灰的改善效果。實際應(yīng)用上根據(jù)施工的需求，靈活地選擇摻加料改善混凝土的使用性能。

3.4 其他條件對再生混凝土碳化性能的影響

除了上述因素對再生混凝土碳化性能產(chǎn)生的影響外，荷載、養(yǎng)護條件也是非常關(guān)鍵的影響因素。荷載也是影響再生混凝土碳化性能的一個因素?；炷撂蓟^程本質(zhì)上是一種在荷載以及各種環(huán)境條件交互作用所形成的一個復(fù)雜過程，荷載的形式以及大小均會對混凝土碳化的速率以及深度等產(chǎn)生影響。比如，有關(guān)研究證實了拉應(yīng)力會在一定程度上提升混凝土碳化效率。養(yǎng)護條件對再生混凝土碳化性能同樣具有非常明顯的影響，具體主要體現(xiàn)在濕度和溫度等指標(biāo)方面。在非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護環(huán)境下，伴隨著標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護時間的縮短，相應(yīng)的混凝土碳化深度也呈現(xiàn)為持續(xù)擴大的變化過程，進一步增加了再生混凝土的幅度，且濕養(yǎng)護在提高混凝土抗碳化能力方面的作用更加顯著。比如，對于C30混凝土，其在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d后3d的碳化深度僅僅達到5.1mm，顯著低于濕養(yǎng)護條件（1d濕養(yǎng)護+15d干養(yǎng)護）下所得到的碳化深度15.3mm。

總之，碳化性能是影響再生混凝土應(yīng)用質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。影響再生混凝土碳化性能的因素眾多，具體包括再生骨料種類及數(shù)量、水灰比、礦物摻合料等。在實際的應(yīng)用中，必須優(yōu)化設(shè)計再生混凝土配合比，盡可能地減弱其碳化作用。