淺談摻粉煤灰混凝土碳化加速與強度的關系

陳橋梁 張志龍

中交第四公路工程局有限公司

淺談摻粉煤灰混凝土碳化加速與強度的關系

陳橋梁 張志龍

中交第四公路工程局有限公司

談論的目的是碳化對混凝土的影響主要并不是強度，因為只要把水膠比降低到一定程度，摻了粉煤灰的混凝土28天抗壓強度是會滿足設計要求的，再由于摻了粉煤灰的混凝土受到現場溫度的影響，澆筑的混凝土實際強度會比標準養護的相同的混凝土試件強度高，且與碳化無關。

粉煤灰；水灰比；強度；碳化深度

1 混凝土中摻加粉煤灰的意義與作用

傳統上認為，在混凝土中摻入粉煤灰后碳化加速是因為粉煤灰稀釋了水泥中的Ca(OH)2，那么，為什么摻用同樣比例礦渣粉的混凝土碳化加速的程度會低得多呢？當然有人會認為礦渣粉中含較多CaO原因。從礦相分析看，礦渣粉中CaO主要為化合物，不會增加混凝土中Ca(OH)2的含量，似乎摻入礦渣粉也會稀釋Ca(OH)2的濃度。一般碳化速度和環境中CO2度有關，混凝土中Ca(OH)2濃度減小時，相當于大氣中CO2濃度相對增加。這是概念的轉移：按照一種物質在另一種物質中的擴散系數與其濃度有關，也就是，CO2初始濃度影響其Ca(OH)2擴散速率，但不等于影響碳化的速率和深度。不管Ca(OH)2的濃度多大，在合適的濕度下，總會和CO2碳化反應的。按照現行有關規范，混凝土碳化性能的試驗方法是：將試件養護到28天，在CO2濃度為20%、溫度20℃、相對濕度60±5%的碳化箱中碳化28天。這種試驗方法對工程實際毫無意義，因為在實際工程中不會養護到28天。也就是說，現場混凝土的碳化不會從28天才開始，而是停止濕養后，混凝土表面層相對濕度下降到70%以下時，碳化就會開始了。對于純硅酸鹽水泥的混凝土，碳化深度隨水灰比的增加而增加，“（水灰比0.4的混凝土碳化深度是水灰比為0.6的一半，水灰比為0.5的混凝土在一般條件下暴露10年，碳化深度為5～10mm）”；“（水灰比為0.6的混凝土15年后碳化深度為15mm而水灰比為0.45的混凝土，碳化深度為15mm時需要100年）”。（見表1）

表1 粉煤灰的技術要求

表2 混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量(kg/m3)

也就是說，影響混凝土碳化性質的主要因素是混凝土的水灰比，水灰比是決定混凝土密實度的主要因素。而當摻用粉煤灰時，即使配制混凝土時能降低水膠比，使該混凝土28天強度保持與不摻粉煤灰時的一致，而其初期(例如3天、7天)強度還是低于不摻粉煤灰時的同齡期強度。無論是摻粉煤灰還是磨細礦粉，對混凝土強度有影響的是漿體孔隙率，特別是100nm以上的孔。用壓力測孔法試驗，與實際混凝土相比試件尺寸太小，試驗結果可能會忽略了一些孔，尤其是大一些的孔。對氣體或離子來說，100nm以下的孔中也能在濃度差的驅使下進行擴散；混凝土水化齡期是指在有水存在的情況下所經過的齡期，即認為相同于濕養護的齡期。因此，一定水膠比下，濕養護齡期越短，粉煤灰摻量越大的試件孔隙率越大；不同摻量的粉煤灰試件之間孔隙率的差別隨濕養護齡期的增長而縮??；不同摻量的粉煤灰試件之間孔隙率相同時濕養護齡期與水膠比有關，（如水膠比為0.35時，該齡期約在28天，水膠比為0.3時，則該齡期約為22天）。在這樣低的水膠比下，對于純硅酸鹽水泥混凝土來說，濕養護2天就足夠，而對于摻粉煤灰的混凝土，盡管必須降低水膠比，但實際工程中混凝土濕養護齡期一般不會超過7天，那么大摻量粉煤灰混凝土實際碳化深空隙率較大而較大。(見表2)

2 碳化深度與強度的關系

碳化不會造成混凝土劣化，但是Ca(OH)2碳化后分子體積大約可收縮20%，如果先產生干燥收縮，隨后再加上碳化收縮，可能在受約束條件下會產生開裂；重要的是，鋼筋在堿性環境下的穩定性會因堿度降低而受到破壞，引起銹蝕。對于混凝土的強度，碳化前后并不會有太大差別，反而會因碳化而提高。對于保護層厚度很小、強度等級低的混凝土，當無有效措施時，應考慮大摻量粉煤灰混凝土早期孔隙率大而發生的碳化對可能引起鋼筋銹蝕的影響，碳化后的混凝土不僅堿度下降，且因碳化收縮，尤其是先產生干縮再與相繼產生的碳化收縮，會使混凝土孔隙增多、增大造成表面開裂。

例：水泥：150Kg／m3粉煤灰：200Kg／m3摻加引氣劑，水膠比0.32—0.35

抗壓強度：3d 30Mpa

28d 50Mpa

1Y 80Mpa

3 結束語

粉煤灰中含有較多的SiO2和AI2O3，兩者總含量可達60%以上，具有較高的活性，化合能力較強。粉煤灰的密度為水泥的2／3，因此采用大摻量的粉煤灰混凝土可以降低水膠比。因此，不必為碳化深度大小而擔心混凝土的強度。