粉煤灰掺量对混凝土碳化过程的影响试验研究

粉煤灰掺量对混凝土碳化过程的影响试验研究

莫致勇

广西广通混凝土有限公司

摘要：本文基于对混凝土碳化会影响到混凝土建筑物的耐久性进行研究，其表明了粉煤灰掺量对混凝土碳化的影响在混凝土建筑物的合理使用上有一定的影响。为此开展了6组18个不同粉煤灰掺量的试件，研究不同掺量的粉煤灰对混凝土碳化程度的影响，试验结果表明：随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的抗碳化能力有所下降；在碳化过程中，时间越长，掺入粉煤灰的混凝土碳化速度会逐渐变慢；10%粉煤灰掺量与无粉煤灰掺量的混凝土，它们的碳化程度接近，表明掺入粉煤灰的量越少，对混凝土的碳化程度影响越小。

关键词：粉煤灰；掺量；混凝土；碳化

1 引言

混凝土的耐久性不良是因为混凝土受到了一种化学元素的侵蚀。碳化会使混凝土的碱度有所下降，但是不会对混凝土造成直接性的危害。当碳化的深度到达或者超过钢筋表面时，会让钢筋在高碱型环境中形成的钝化膜遭到破坏，钢筋失去了钝化膜的保护后，钢筋接触到空气，就会发生锈蚀，最终导致钢筋的结构构件遭受破损。在粉煤灰混凝土中，粉煤灰作为一种常用的凝胶材料，它不仅可以完善了新拌混凝土的工作性，而且还可以代替水泥，节省混凝土中水泥的使用量，这样降低了使用成本。在经济上，粉煤灰混凝土拥有的经济效益非常不错，因此它在工程项目里被广泛使用。本文主要在标准养护龄期以及水胶比相同的条件下，主要讨论不同掺量的粉煤灰对混凝土抗碳化性能的影响。

2 试验

2.1实验材料及配合比

水泥：P.O42.5水泥，来自宁夏青铜峡水泥股份有限公司生产；石子：采用太阳山石料厂的石子，其最大粒径为20ｍｍ；砂子：来自陕西武功砂厂生产的的砂子，其细度模数为2.82；拌合水：平常使用的饮用水；粉煤灰：华电宁夏灵武发电有限公司生产的粉煤灰；外加剂：北京世纪佳邦建材有限公司生产的减水剂。试验中混凝土的配合比见表1。

表1　混凝土的配合比

2.2　试件制备及养护

本次试验的试件是根据表1中的配合比制成的6组试件，每组中制作了每一块尺寸同为100ｍｍ×100ｍｍ×300ｍｍ的三块试件。试件成型之后，拆模并养护在标准养护室里，等待26小时后便可以将试件取出，然后放入60℃的干燥箱内烘干48小时，48小时后用加热的石蜡密封烘干后的试件，只密封五个面，另外一个面不做密封处理，同时用铅笔将不密封的面沿着长度方向画参考线，之后测量碳化深度的辅助线的时候用到，并注意参考线之间的间距为10ｍｍ，（见图1）。

图1 碳化箱中的试件

2.3碳化试验步骤

将经过处理的试件放入碳化箱内碳化，各试件之间保持在50ｍｍ 以上的净距，碳化的时候保持二氧化碳浓度为20% ±5%，相对湿度为70% ±5%，温度为20℃±2℃。碳化到3小时，7小时，14小时，28小时的时候，需要取出试件测试碳化深度，每次破型后都在切割机上切下当前试件宽度的1/2。试件被切成大小相同的两块，将两块断面清理干净，并将其中一块加热，随后用石蜡将断面密封，继续在碳化箱里进行碳化，另外一块试件则用滴管将酚酞酒精溶液均匀滴在试件的断面上。待试件表面颜色变化后，按照之前画好的参考线，用比较精准的钢尺测出碳化的深度，所测得值的精确度0.5ｍｍ，最后再算出每一组所测得的所有值的平均值，该平均值的精确度为0.1ｍｍ，该值作为最终的碳化深度（见图2）。

图2 对18个试件进行碳化深度测试

3　试验结果及分析

3.1　试验结果

通过设计了6组不同粉煤灰掺量但水胶比和标准养护时间都相同的试件，进行相应的试验研究，来分析不同粉煤灰掺量对混凝土碳化的影响。碳化这6组不同的试件，每一组试件在不同碳化时间的碳化深度结果见表2，以及各组试件的深度与时间的关系曲线见图3。

表2　混凝土碳化深度

图3 不同粉煤灰掺量混凝土碳化深度变化情况

3.2结果分析

由表2可以看出，在相同的碳化时间，粉煤灰掺量要大的组其碳化深度明显越大。并且由图3的实验结果表明，随着粉煤灰掺量的增加，曲线的斜率增大，曲线斜率代表着碳化速度，指的是粉煤灰掺量大速度越快。这主要是因为掺入粉煤灰后，粉煤灰的水胶比越大，水泥用量越少，使得水泥水化作用生成的碱性物质Ca（OH）2会因为水泥的用量减少而减少。同时，对于粉煤灰来说，粉煤灰是一种具有一定活性的掺合料，它的活性含有较多的的活性玻璃体SiO2和Al2O3，由于两种玻璃体在碱性环境中极不稳定，容易被其激活，会和混凝土中的Ca（OH）2发生一系列的反应，如与Ca（OH）2反应生成C-S-H。因此掺入的粉煤灰量越多，就越容易消耗更多的碱性物质，使碱度降低，导致混凝土的抗碳化性能降低，使得碳化深度增加，碳化加快。

从图3中信息来看，在混凝土碳化的结果中，10%～50%的粉煤灰掺入了粉煤灰的混凝土碳化曲线，这些曲线的斜率都会随着碳化时间的增加逐渐下降。原因在于粉煤灰混凝土在先前孔结构就不是很好，而且二次水化填充不仅没有发挥好的效应，还会使得内部空隙较多，这样容易扩散混凝土中的二氧化碳，且碳化速度会逐渐加快。粉煤灰里的活性玻璃体SiO2和水泥水化生成的Ca（OH）2发生反应，生成产物C-S-H，就会附在粉煤灰的表面上，还会填充在C-S-H间的孔洞中，与水泥水化生成物（如：Ca（OH）2粗晶体），这种情况产生的作用在一定程度阻碍了C02的渗透，随着时间的延长，效果就会变得明显，导致混凝土抗碳化的能力相比初期有所提高。

4 结论

本文主要对混凝土碳化性能的影响来研究分析，研究了在标准养护时间相同以及水胶比相同的条件下不同粉煤灰掺量对混凝土碳化的影响，依照试验结果得出了以下结论：一是掺入大量粉煤灰，粉煤灰混凝土的碳化深度逐渐增加，而且混凝土碳化的速度也逐渐增快。二是掺入粉煤灰的混凝土碳化深度的增长趋势随着时间的增加变得越来越平缓。三是掺入少量的粉煤灰与无粉煤灰掺量的混凝土两者之间的碳化程度比较相似，而且抗碳化能力也比较好。

参考文献：

[1]陈琨.粉煤灰掺量对混凝土碳化特性的试验研究[J].江西建材,2020(01).

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[3]田莉梅、.大掺量粉煤灰混凝土碳化和钢筋锈蚀试验研究[J].廊坊师范学院学报(自然科学版),2014,14(04).