重庆市万盛经济技术开发区建筑工程质量检测所 重庆 400800
摘要：目前重庆市万盛经济技术开发区应用开发项目中通过调节配合比设计制备了多种粉煤灰混凝土，该项目系统研究了粉煤灰掺量、种类、水胶比和养护龄期对混凝土抗碳化性能的影响。结果表明：混凝土碳化深度值和碳化速率均随粉煤灰掺量增加而增加，碳化120d后W35F60的碳化深度值约为W35F0的7倍；混凝土碳化深度值随水胶比增加而增大，当粉煤灰掺量为40%时，混凝土最佳水胶比为0.30，其120d碳化深度值仅11.28mm；混凝土抗碳化性能：Ⅱ级粉煤灰>Ⅰ级粉煤灰；养护龄期越长，混凝土抗碳化性能越强，当养护龄期为90d时，混凝土碳化深度值是养护龄期28d的79.47%。
关键词：粉煤灰；混凝土；碳化；配合比；
1试验
1.1原材料
硅酸盐水泥选用江苏某水泥厂P·Ⅱ级42.5；Ⅰ级粉煤灰产自江苏镇江某公司、Ⅱ级粉煤灰产自南通华能热电厂；细骨料选取细度模数为2.6的中粗河砂；粗骨料为5~20mm连续级配碎石；减水剂选为聚羧酸系高效减水剂。
1.2配合比设计
试验在砂率为38%基准砂浆的基础上，分别选取胶凝材料为380kg/m3、和460kg/m3，其配合比如表1所示。
1.3试验方法
1.3.1制备工艺
按照表1所示配合比称取原材料，再按JTJ270—1998《水运工程混凝土试验规程》成型尺寸为70.7mm×70.7mm×228mm的混凝土试件，按标准养护至28d和90d后进行碳化试验。
1.3.2测试方法
混凝土的物理力学性能按照JTJ270—1998进行试验测试。依据GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行碳化试验。
2结果与讨论
2.1物理力学性能
对养护28d和90d的混凝土进行物理力学性能测试，结果如表2所示。由表2可以看出，养护龄期越长，混凝土抗压强度越高；当水胶比为0.35时，不同养护龄期混凝土的抗压强度随Ⅰ级粉煤灰掺量增加而降低，其中Ⅰ级粉煤灰掺量为60%时，与基准混凝土相比，W35F60抗压强度降低约50%；养护龄期为28d时，混凝土的抗折强度、劈拉强度、轴压强度和抗压弹模均随Ⅰ级粉煤灰掺量的增加而减小；当Ⅰ级粉煤灰掺量为40%时，不同养护龄期混凝土抗压强度均随着水胶比的增加而减小，这是由于水胶比越小，混凝土越密实[7]；养护龄期为28d时，混凝土的抗折强度、劈拉强度、轴压强度和抗压弹模均随水胶比增加而减小；对比不同养护龄期W40Ⅰ40与W40Ⅱ40混凝土的抗压强度，以及养护28d混凝土的抗折强度、劈拉强度、轴压强度和抗压弹模可以看出，两种混凝土的差异较小，Ⅰ级粉煤灰略优于Ⅱ级粉煤灰。
表2不同粉煤灰掺量对混凝土力学性能的影响
2.2碳化性能
混凝土的碳化反应是指二氧化碳气体通过混凝土内部孔隙进入混凝土内部，溶解于混凝土孔隙内的水形成碳酸，再与各碱性水化产物发生中和反应，生成碳酸钙等物质的物理化学过程。现有研究表明，影响混凝土碳化速率的主要因素为二氧化碳扩散速度、二氧化碳与碱性水化产物的反应、环境湿度、试件含水率等。本文研究了不同粉煤灰掺量（0、20%、40%和60%）、不同水胶比（0.30、0.35和0.40）、不同粉煤灰类型（Ⅰ级和Ⅱ级）、不同养护龄期（28d和90d）混凝土在不同碳化龄期下的碳化规律。
2.2.1粉煤灰掺量对碳化深度的影响
图1是不同粉煤灰掺量混凝土（W35F0、W35F20、W35F40和W35F60）养护28d后的依时碳化深度值。由图可知，不同粉煤灰掺量混凝土的碳化深度都随碳化龄期的延长而增大；混凝土碳化深度值和碳化速率均随粉煤灰掺量增加而增加，碳化120d后W35F60的碳化深度值约为W35F0的7倍；当粉煤灰掺量较少时，混凝土（W35F0、W35F20）的早期碳化深度较大，随碳化龄期延长，碳化速率逐渐减小，最终趋于稳定；当粉煤灰掺量较大时，混凝土（W35F40和W35F60）碳化速率始终较大。这是由于粉煤灰掺量较小时，Ca(OH)2消耗量少，抗碳化能力强。当碳化龄期为60d时，混凝土（W35F0、W35F20、W35F40和W35F60）碳化深度值如图2所示，混凝土碳化深度值随着粉煤灰掺量增加而增大，当粉煤灰掺量为60%时，其碳化深度值是掺量为20%的3.14倍。
混凝土碳化深度值与其强度和Ca(OH)2含量直接相关，混凝土强度随着煤灰掺量增加而降低（特别是掺量超过40%时）；由于粉煤灰具有火山灰效应，增加粉煤灰掺量将消耗混凝土内部Ca(OH)2储备量，降低混凝土的抗碳化性能。综上所述，当混凝土暴露于大气环境时，其粉煤灰掺量不宜超过40%。
2.2.2水胶比对碳化深度的影响图3是粉煤灰掺量为40%时，不同水胶比混凝土（W30F40、W35F40、W40F40）养护28d后的依时碳化深度值。由图可知，混凝土碳化深度值随水胶比增加而增大，且碳化速率的增加量随水胶比的增加而增加。这是由于水胶比增加后，混凝土强度降低，内部孔隙率增加，为二氧化碳进入混凝土内部提供了传输通道。当碳化龄期为90d时，混凝土（W30F40、W35F40、W40F40）碳化深度值见图4，其碳化深度值分别为10.56mm、18.98mm和22.00mm。由此可知，混凝土碳化锋线深度值随水胶比增加而增加，且当水胶比从0.30增加到0.35时，其碳化深度值的增加量比0.35增加到0.40大。综上所述，粉煤灰掺量为40%时，混凝土最佳水胶比为0.30，其120d碳化锋线深度值仅11.28mm。
2.2.3粉煤灰种类对碳化深度的影响
粉煤灰掺量为40%时，两种不同粉煤灰高性能混凝土（W40Ⅰ40、W40Ⅱ40）碳化深度曲线如图5所示。由图可知，Ⅰ级粉煤灰高性能混凝土碳化锋线深度值大于Ⅱ级粉煤灰，这是由于Ⅰ级粉煤灰消耗的碱性物质比Ⅱ级粉煤灰多，使得混凝土内部碱度降低，有利于碳化的进行。
2.2.4养护龄期对碳化深度的影响
图6为Ⅰ级粉煤灰混凝土（W40Ⅰ40）养护28d和90d后的碳化深度曲线图，由图可知，养护龄期越长，混凝土抗碳化性能越强，当养护龄期为90d时，混凝土碳化深度值是养护龄期28d的79.47%。因此，适当延长养护时间能够提高混凝土的抗碳化性能。
结束语：
综上所述，混凝土碳化深度值和碳化速率均随粉煤灰掺量增加而增加，碳化120d后W35F60的碳化深度值约为W35F0的7倍。混凝土碳化深度值随水胶比增加而增大，当粉煤灰掺量为40%时，混凝土最佳水胶比为0.30，其120d碳化深度值仅11.28mm。养护龄期越长，混凝土抗碳化性能越强，当养护龄期为90d时，混凝土碳化深度值是养护龄期28d的79.47%。
参考文献：
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论文作者:王长贞,张虹,刘佳,田元艳,向晓斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/15
标签：混凝土论文; 粉煤灰论文; 深度论文; 性能论文; 量为论文; 强度论文; 抗压强度论文; 《防护工程》2018年第30期论文;