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摘要:本文利用压汞法、X射线衍射、电子显微镜扫描、渗透法初步探究碳化对水泥石和砂浆的结构及砂浆渗透性的影响,实验得出,由碳化形成的碳酸钙会积淀在水泥毛细孔中,继而将毛细孔堵塞,抑或将毛细孔分割成诸多小毛细孔,减少了水泥石与砂浆孔隙率,进一步细化了孔径,促使砂浆渗透性提高。
关键词:碳化;水泥石;砂浆;渗透性
碳化不仅会使混凝土结构中钢筋锈蚀,还会致使混凝土出现不可逆收缩,极易导致混凝土表面出现裂缝,因此,碳化的这种导致混凝土收缩的特征,定于水泥石结构及其孔隙结构的变化紧密相关。在碳化对混凝土结构及其内部孔隙结构的影响上,学术界较为统一的看法是会导致混凝土总孔隙率的减少,但在孔隙范围的影响上,不同学者有着不同的看法。既然碳化会导致混凝土孔隙率及孔径发生变化,那么它对水泥渗透性也会产生相关影响,但是在具体的影响上,不同学者的研究也有不尽相同的结果,例如,赵铁军在《碳化对混凝土渗透性及孔隙率的影响》一文中指出,碳化会显著降低混凝土渗透性,而方璟在《碳化对混凝土性能影响的研究》一文中,通过实验说明碳化会提高混凝土渗透性。笔者借助压汞法、x射线衍射、显微镜扫描等对碳化影响进行实验,探究碳化对混凝土砂浆渗透性的影响。
1、实验方法
1.1实验材料及配合比
选用P.O.32.5硅酸盐水泥,选用细度模数为2.5的粉煤灰中砂,水泥与粉煤灰配合比如表1所示,加水量以流动度等同于坍落度为50mm的混凝土砂浆、水泥流动度为依据,结合《水泥胶砂强度检测方法》与《水工混凝土试验规程》制成砂浆抗渗试件,温度条件为(20±1)℃,湿度条件为φ>90%,经过28h的养护,选取部分试件,对其抗压强度与抗折强度进行测试,测试结果见表1,剩余试件用于碳化渗透试验。
试件
类别编号配合比抗压强度(RC/MPa)抗折强度
表1 水泥浆与砂浆的配合比及其强度
1.2碳化
将试件置于干燥箱,温度在60℃以下,经过24h的干燥,并用试件将试件中5个面进行密封,剩余一个面不封,随后将其放入碳化试验箱,确保其中温度条件(20±3)℃,CO2体积分数为0.2±0.03,湿度条件(70±5)%,方可进行碳化。28d、56d后用含量为1%的酒精溶液对试件碳化深度进行测定。在完全碳化区与未完全碳化区选取部分试样,用锥子凿出,以备后续检测使用。按试样编号将碳化试样记作:P1C、P2C、M1C、M2C。在对抗渗试件进行碳化时,不对试件作蜂蜡处理,试件碳化深度借助整体试件碳化深度进行估计计算。为碳化试件,可作为对比试件,60℃以下的环境下,经过24h的干燥,在温度条件(20±2)℃,CO2体积分数为0.2±0.03,湿度条件(70±5)%的干燥室环境下进行碳化,直至碳化结束。
1.3渗透性试验
依据《水工混凝土试验规程》中的“水泥砂浆抗渗性试验”对碳化砂浆、碳化试样与其对比试样作抗渗性试验。
1.4结构分析
利用XRD对水泥石碳化过程相组成变化进行分析,并用压汞仪对其孔隙率、孔结构进行测定,用显微镜对试样结构变化做细致观察。
2、实验结果
2.1碳化深度
碳化28h后,对水泥石及砂浆试样碳化深度进行测定,得出结果如表2所示。从中可看出,水胶比在很大程度上影响了水泥石、砂浆碳化过程,主要由于碳化中CO2在水泥石中多是通过毛细孔扩散至内部,因此,水胶比与孔隙率呈正比增长,水胶比越大,孔隙率也越大,同时越容易碳化。在相同的碳化龄期,水泥石碳化深度小于砂浆碳化深入,主要因为砂浆中水泥浆含有CaO少。从表2来看,28d时M2的碳化深度为9.5mm,还未达到抗渗试件的二分之一,因此,将其碳化时间延长至56d,对其碳化深度测定后,其结果为15.5mm。
表2 试件碳化深度
2.2碳化对砂浆抗渗性的影响
碳化前后记录下水泥砂浆抗渗性的相应变化,如图1所示,从中可以看出,碳化会增强砂浆抗渗性能,M1、M2的碳化前抗渗系数(MPa°h)分别为3.5与13.5,碳化后增至6.5与18.0。另外,水泥砂浆的透水性由水泥石孔隙率及其孔径决定,因此,碳化后增加的抗渗性系数,在某种程度上说明水泥石中的孔隙率在减小,或孔径变小。
图1 碳化对砂浆抗渗性的影响
2.3碳化对砂浆孔结构的影响
P1、P2、M1、M2在碳化前后,孔隙率变化趋势如图2所示,从中可知,水泥石与水泥砂浆在碳化后其总空隙率都有所降低,同时孔隙分布变化也较为明显。一般而言,渗水应有较大毛细孔作为基础,碳化后孔隙率缩小、孔径变大,导致水泥石、砂浆渗透性减弱,即碳化后砂浆抗渗性变大。碳化后孔隙率的减小,孔径的细化,或许是因为碳化后形成的CaCO3沉淀在毛细孔中,进而分割大毛细孔所致。
水泥石 砂浆
图2 碳化前后水泥石、砂浆孔隙率随孔径的变化情况
2.4碳化对水泥石、砂浆显微结构的影响
碳化会使CO2与水泥中Ca(OH)2产生化学反应而生成CaCO3,进而导致孔隙中钙离子浓度减小,破坏原先平衡的离子浓度,更有甚之会使水泥水化产物进一步分解。以P1为例,碳化后Ca(OH)2消失,生成碳酸钙颗粒,这些颗粒沉积在毛细孔中,使得水泥石孔径细化。如图3所示为水泥石试样P1碳化前后的XRD谱。
图3 水泥石试样P1碳化前后的XRD谱
通过SEM观察碳化前后试样变化,从结果来看,碳化后生成的碳酸钙会堵塞毛细孔,这是导致孔隙率减少、孔径细化的重要因素。水泥石若没有经过碳化,其中有很多不同大小的孔隙,一旦经过碳化,碳化中形成的细小的碳酸钙会堵塞填充入这些孔隙之中,这些碳酸钙在生成过程中会受到空间限制,因此其晶粒细小,均径在0.2µm左右。
碳化前后砂浆价格变化类似于水泥石,砂浆在碳化之前内部有很多孔隙,且孔隙中含有钙矾石,因此,孔隙填充度小,但经过碳化后,微小的碳酸钙颗粒依旧能填充这些孔隙,使得孔隙率减小,孔径细化。
结语:
碳化会导致水泥石、砂浆孔隙率减少、孔径减小细化,碳化过程中会形成大量微小的碳酸钙颗粒,这些碳酸钙颗粒会填充积淀在毛细孔中,并将原本大的毛细孔分割成很多小孔。碳化后,孔隙率的减少、孔径的细化会使得水泥石、砂浆渗透性减弱。
参考文献:
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论文作者:丁艳芬
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/2
标签:砂浆论文; 孔隙论文; 水泥论文; 孔径论文; 渗透性论文; 试样论文; 混凝土论文; 《低碳地产》2016年13期论文;