摘要：不同种类水泥混凝土的抗碳化性能不同，对矿渣水泥混凝土碳化深度和硅酸盐水泥混凝土能够产生影响的因素包括粉煤灰替代量、水泥用量、水灰比等。通过大量试验表明，水灰比对两种混凝土碳化深度的影响规律呈现相反的特征，矿渣水泥混凝土各龄期的碳化深度会随着水灰比的增大而逐渐增大，除了28d外，硅酸盐水泥混凝土其他龄期的碳化深度则都会随着水灰比的增大而逐渐降低。水泥用量逐渐增加，硅酸盐水泥混凝土碳化深度则会随之而先增大后减小，碳化深度在水泥用量为400kg/m3时达到最大。两种混凝土的碳化深度都会随着粉煤灰掺量的增多而逐渐增大，党粉煤灰掺量分别大于45%和55%时，矿渣水泥混凝土和硅酸盐水泥混凝土的碳化深度会随着粉煤灰掺量的增多而出现大幅度增长。
关键词：混凝土；抗碳化性能；水灰比；粉煤灰
空气中二氧化碳通过毛细孔扩散到混凝土内部，通过与水泥的水化产物之间发生物理化学反应，最终形成碳酸钙，这就是混凝土的碳化。混凝土的 pH 值会随着碳化而降低酸性会随之而增强，钢筋表面钝化膜会因此而遭到破坏，从而对钢筋产生腐蚀。因此，对于混凝土结构而言，混凝土抗碳化性能的研究意义重大。在国内，学者主要研究了粉煤灰、水泥细度、纤维等对混凝土碳化性能的影响，但是很少研究不同种水泥制备的混凝土的泰华性能的对比。本文对比研究了矿渣水泥混凝土和硅盐酸水泥混凝土中的粉煤灰掺量、水泥用量和水灰比等因素对它们的不同影响，为进一步针对混凝土的碳化性能的研究提供理论参考。
一、原材料与试验方法
1、原材料
矿渣水泥选用重庆秦阳水泥厂生产 的 425#矿渣水泥，硅酸盐水泥选用重庆小南海水泥厂生产的P.O42.5水泥，粉煤灰选用新疆天山电力玛纳斯发电厂的Ⅰ级灰，比表面积为655m2/kg，粗集料为5～ 25mm连续级配碎石，外加剂选用聚羧酸系减水剂，细集料采用普通中砂，细度模数为2.75，含泥量符合相关要求。在设计配合比的时候需要进行严格的控制，砂率为45%不变，细集料含量为796 kg /m3，粗集料含量为509kg/m3，添加1.2%的减水剂，同时通过水利用量和水灰比的变化得到不同情况下轻骨料混凝土的配合比。
二、试验方法
按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行两种混凝土的碳化试验，在试验当中需要控制温度在15～25℃之间，湿度为65%～75%，CO2浓度范围为17%～23%。
1、试验结果与分析
1.1水灰比对抗碳化性能的影响
良种混凝土在不同水灰比下不同龄期的碳化深度的测定结果表明，水灰比对于两种混凝土碳化性能存在明显影响。通过试验观察，水灰比的变化会使两种混凝土碳化深度呈现不同的变化规律。矿渣水泥混凝土碳化深度随着水灰比增大而增大，硅酸盐水泥混凝土碳化深度随着水会比的增大而减小。这两种混凝土呈现不同变化规律的主要原因是因为矿渣水泥中由水泥水化生成的Ca（OH）2少于硅酸盐水泥，因此，当水灰比小于0.50时，硅酸盐水泥的水化作用会随着水灰比的增大而加强，生成的Ca（OH）2逐渐增多。混凝土内部空隙之中被Ca（OH）2凝胶体所填充，从而提高了混凝土碳化性能，减小了碳化深度。当水灰比大于0.50的时候，混凝土内部自由水分含量会随着水灰比的增大而增多，内部因为自由水分蒸发而生成大量毛细孔，反而降低了混凝土密实度，增加其碳化深度。矿渣水泥混凝土中，水灰比增大会导致碳化深度增大，是因为由水泥水化生成的Ca（OH）2量较小，对空隙的填充作用会小于自由水分蒸发引起的孔隙率升高值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水灰比处于确定值时，混凝土的碳化深度会随着碳化时间的增长而增大，当水灰比为0.50时，硅酸盐水泥混凝土7、14、28 d的碳化深度依次为5.7、5.9、6.4mm，也就是说7d之后碳化深度受碳化时间的影响并不大。当水灰比大于0.45时，矿渣水泥混凝土7d以内的碳化深度会快速增大，而当水灰比小于0.40时，则几乎不会发生碳化破坏。
1.2水泥用量对抗碳化性能的影响
水灰比控制在0.5，水泥用量分别设定为350、400、450、500 kg /m3，不同龄期硅酸盐水泥混凝土碳化深度测定结果表明它的谈话性能会受到水泥用量的影响。随着水泥用量的增多，硅酸盐水泥混凝土 7、14、28d的碳化深度会呈现相同的变化规律，即随着水泥用量额增多而先增大后变小，其中水泥用量对7d以后碳化深度影响较大，而对土3d碳化深度影响较小。当水泥用量为400kg/m3，14d和28d的硅酸盐水泥混凝土碳化深度达到最大值，抗碳化性能最差。分析上述现象得出其原因为混凝土内部水泥的水化作用在水泥用量小于400kg/m3时较弱，水泥用量增加则水量也会相应增多，水分蒸发引起更多的空隙从而减弱了混凝土抗碳化性能。当水泥用量大于400kg/m3时，硅酸盐水泥混凝土中水泥的水化作用会随着水泥用量的增多而增强，混凝土密实度会提高，混凝土吸收CO2的能力增强，内部Ca（OH）2含量增多，碳化深度减小，抗碳化能力增强。
1.3粉煤灰替代量对抗碳化性能的影响
两种混凝土中的部分水泥用粉煤灰等体积替代，矿渣水泥混凝土中粉煤灰替代量为0%、25%、45%和65%，硅酸盐水泥混凝体重的粉煤灰替代量为25%、35%、45%、55%和65%。在此基础上测定两种混凝土的碳化深度，发现其会随着粉煤灰掺量的增加而增大。当水灰比为0.50，粉煤灰掺量为25%时，可能是因为试验误差的原因会造成硅酸盐水泥混凝土较大的碳化深度。当粉煤灰掺量在25%～35%之间时，粉煤灰对硅酸盐水泥混凝土的碳化深度的影响会较小，粉煤灰掺量大于55%时，硅酸盐水泥混凝土碳化深度会随着粉煤灰掺量的增加而增加，其抗碳化性能大幅度降低。当粉煤灰掺量大于45%时，矿渣水泥混凝土碳化深度会随着粉煤灰掺量的增多而大幅的增长；而当粉煤灰掺量小于45%时，矿渣水泥混凝土碳化会随着掺量的增多而逐渐增加，但是增加的幅度会比较小。其原因是作为一张活性混合材料，加入到混凝土后的粉煤灰在水泥水化的早起不会发生反应，粉煤灰会随着水泥水化作用的进行而被激发活性，其中的Al2O3和SiO2会与水泥水花产生的Ca（OH）2发生反应，从而降低混凝土的碱性，减弱其抗碳化性能。另外，当矿渣水泥混凝土中粉煤灰掺量大于45%，硅酸盐水泥混凝土中粉煤灰掺量大于55%时，过多的粉煤灰颗粒无法与水泥的水化产物之间发生充分的化学反应而积聚在集料和水泥石之间的界面处，导致界面疏松多孔，成为混凝土结构中的薄弱区。两种混凝土的抗碳化性能会随着粉煤灰掺量的再增加而大幅度降低。
2、试验分析的结论
2.1水灰比增大时，早期的硅酸盐水泥混凝土的碳化深度会逐渐减小，28d的碳化深度会先减小后增大，硅酸盐水泥混凝土的碳化深度会在水灰比为0.50时28d时最小。矿渣水泥混凝体的碳化深度在水灰比小于0.40时的影响最小，其碳化深度在水灰比大于0.45时会随着水灰比的增大而大幅增加。
2.2硅酸盐水泥混凝土碳化深度会随着水泥用量的增多出现先增大后减小的变化趋势。硅酸盐水泥混凝土在水泥用量为400 kg/m3 时碳化深度最大，抗碳化性能最差。
2.3、矿渣水泥混凝土和硅酸盐水泥混凝土28d的碳化深度都会随着粉煤灰掺量增多而增大。粉煤灰掺量在25%-35%之间时对硅酸盐水泥混凝土碳化深度影响最小，粉煤灰掺量分别为55%和45%时硅酸盐水泥混凝土和矿渣水泥混凝土的碳化深度会出现大幅增长。
结束语：通过大量试验表明，水灰比、水泥用量及粉煤灰掺量都会对矿渣水泥混凝土以及硅酸盐水泥混凝土的碳化深度以及抗碳化能力产生不同程度的影响。因此，研究混凝土的碳化性能离不开对这三种因素的研究，选择合适的混凝土也需要综合考量这三种因素的实际影响。这一点对于水泥混凝土的实际应用具有十分重要的意义。
论文作者:王建炎
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/23
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