摘要：钢筋混凝土是结构混凝土最重要以及最普遍的使用形式。但是由于耐久性问题导致的钢筋混凝土结构破坏的案例频繁发生，给国家和社会造成巨大损失。钢筋混凝土的耐久性问题主要包括钢筋锈蚀、冻融破坏以及疲劳破坏等。其中由于碳化引起的钢筋锈蚀最易发生且普遍存在。基于此，本文主要对外加剂对水泥石碳化的影响进行分析探讨。
关键词：外加剂；水泥石碳化；影响
1、前言
CO2是碳化过程中主要的反应物，CO2在空气中体积分数约为0.03%。彭里政俐采用模拟实效分析得出，至2100年气候变化可使混凝土的平均碳化深度增加至8mm；温热地区混凝土建筑物碳化腐蚀破坏概率增加12%～19%；因此，研究混凝土的碳化掌握混凝土的碳化规律，提高混凝土抗碳化能力具有非常重要的现实意义。
2、外加剂对水泥石碳化影响的机理分析
水泥石的抗碳化性与内部孔结构密切相关，孔隙率、孔径大小、孔的分布以及孔的连通性都会有影响。引气剂会在混凝土内部引入大量的孔；聚羧酸高效减水剂增加混凝土和易性，使混凝土结构更密实；加入膨胀剂后，对于以钙矾石和氢氧化钙为膨胀源的膨胀剂由于钙矾石结晶膨胀，填充和堵塞了毛细孔，可使混凝土结构更为致密。
2.1水泥石孔结构对碳化影响的机理分析
孔结构与混凝土的碳化性密切相关，普遍认为混凝土内毛细孔越小其抗渗性越高。但是有文献中指出，混凝土中毛细孔半径越小，混凝土的抗渗性越差；非毛细孔（>1000nm）和超微孔孔径（<10nm）越小，混凝土的抗渗性越好。
2.1.1引气剂对水泥石孔结构的影响
引气剂引入的气泡对水泥石孔结构产生很大影响，引入的气泡特征不同对水泥石的碳化性产生不同作用。本试验利用压汞仪测试掺引气剂之后水泥石内部孔结构，通过数据分析从孔结构角度与碳化数据对比来探索引气剂对水泥石碳化的影响机理。
①引气剂掺量对水泥石孔结构的影响
试验测定了水灰比0.4，三萜皂甙掺量分别为0、0.05%、0.08%，龄期28天水泥石的孔结构。
表1为水泥石孔结构主要表征参数。从数据中可知，掺引气剂的水泥石其孔隙率增加。掺量为0.08%的试件其孔隙率为25.6%，与未掺引气剂的水泥石相比，增加62.56%，孔隙率过大可能对水泥石抗碳化性不利，这可能是其部分碳化区变宽的原因。掺入引气剂之后的水泥石中值孔径减小，但是减小幅度不大，平均孔径略有增加，这表明引气剂引入了更多微孔。
表 1 三萜皂甙水泥石孔结构参数
从累计孔径分布曲线可知，加入引气剂之后，孔总体积增加。与未掺引气剂对比，掺量0.05%，孔体积从0.0913ml/g增加到0.1089ml/g，孔体积增加19.3%，增幅较小；掺量为0.08%时，孔体积为0.1754ml/g，增加92.1%。从图中可以看出，曲线分别在1000nm、100nm以及10nm附近出现台阶，这表明掺入引气剂主要增加了这几个孔径的体积。
引气剂对水泥石孔结构的影响一方面是引入了气泡，另一方面引气剂掺量高时会对水泥水化产生作用，导致C-S-H凝胶含量增加，水泥石内部凝胶孔增多。将孔结构数据与碳化数据结合可以得出以下结论：引气剂掺量为0.05%水泥石孔隙率为17.2%，抗碳化性最好；引气剂掺量为0.08%孔隙率为25.6%，水泥石也具有一定的抗碳化性但是水泥水化更充分，可碳化物质更多，部分碳化区碳酸钙含量增加。
②引气剂种类对水泥石孔结构的影响
不同引气剂引入的气孔特征有差别，对水泥石的碳化产生不同的影响。三萜皂甙和松香热聚物掺量均为0.05%，水灰比0.4，龄期28天。其孔结构数据以及孔径微分曲线如下所示。由表2可知，掺入两种引气剂都增加了水泥石的孔隙率，且松香类引气剂孔隙率增幅较大。掺三萜皂甙水泥石孔隙率为17.2057%，密度为1.5796g/ml，掺松香水泥石孔隙率为20.3855%，密度为1.5968g/ml。松香类引气剂水泥石密度比三萜皂甙水泥石密度增加。
表2
2.1.2膨胀剂对水泥石孔结构的影响
试验测定了水灰比0.4，膨胀剂掺量分别为0、4%、5%、6%，龄期28天水泥石孔结构。掺入膨胀剂的水泥石其孔隙率增大了10%左右；且随着膨胀剂掺量的增加，孔隙率降低，但是降低幅度不大。所有试件都是在无约束条件下水化硬化，膨胀剂自由膨胀导致其孔隙率大幅度增加。从孔结构分布曲线可知，掺入膨胀剂水泥石内部累计孔体积增加，但是累计孔体积没有随着掺量增加而增加，三个掺量累计孔体积没有明显差异。从孔径微分曲线也可以看出，三条曲线波动一致，不同掺量的水泥石其最可几孔都为100nm左右的凝胶孔，且最可几孔的体积差别不大。掺膨胀剂的水泥水化更充分，所以产生更多的凝胶孔。但是膨胀剂自由膨胀会对水泥石孔结构不利，而压汞数据只能显示350μm的大孔，不能检测宏观孔以及孔的连通性，不能全面反应水泥石内部孔结构。
将孔结构数据与碳化数据对比发现，掺入膨胀剂之后，水泥石碳化深度没有明显增加。虽然膨胀剂水化结晶自由膨胀导致孔隙率增加对水泥石孔结构不利，但是水化产物增加可碳化物质的量更多又有利于抗碳化性提高，水泥石碳化性是这两种作用的综合效果。
2.2外加剂对砂浆强度的影响
成型水泥砂浆试块，其水灰比都保持为0.4不变，每组砂浆不同外加剂掺量分别为，三萜皂甙0.05%、松香热聚物0.05%、减水剂0.6%、膨胀剂5%。试件尺寸为40mm×40mm×160mm。试验测定了龄期3天和28天试块的抗折强度和抗压强度，除了掺膨胀剂的砂浆28天抗压强度高于空白组外，掺入不同外加剂砂浆3天、28天抗折抗压强度都降低。掺两种引气剂的砂浆抗折抗压强度都降低。与3天强度相比其28天强度增长缓慢。
掺入膨胀剂的砂浆3天抗折抗压强度略低于空白组，但是28天强度超过空白组。从压汞数据膨胀剂加入到水泥中凝胶孔增加，这表明水泥石内部水化产物更多。另一方面膨胀剂自由膨胀可能对孔结构不利。所以膨胀剂对砂浆强度的影响取决于两者最终的作用效果。由碳化结果可知，在水灰比不变的情况下，掺入减水剂不能明显改善水泥石的抗碳化性。因此，一般是在降低水灰比的前提下，减水剂可以提高混凝土碳抗碳化性。
参考文献：
［1］虞焕新．不同聚醚类聚羧酸减水剂对水泥水化的影响［J］．硅酸盐通报，2012，31（2）：366-370．
［2］张戎令，王起才，马丽娜，等．复配外加剂体系对高性能混凝土收缩性能的影响［J］．硅酸盐通报，2013，32（11）：2194-2199．
论文作者:刘红
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/21
标签：水泥论文; 孔隙论文; 结构论文; 混凝土论文; 水化论文; 水灰比论文; 膨胀剂论文; 《基层建设》2018年第3期论文;