大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能

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1、2003年第3期(总第161期)混凝土全国建筑科学核心期刊Number3in2003(TotalNo.161)ConcreteChinaBuildingScienceCorePeriodical大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能刘斌(中国建筑东北设计研究院,辽宁沈阳110003)[摘要]系统的研究了掺入磨细二级粉煤灰混凝土的抗碳化性能。试验所用原料皆来源于现场工地,混凝土配合比中从0～60%均匀的改变了粉煤灰掺量及水泥品种。并按国标GBJ82-85对试件进行了快速碳化。大掺量粉煤灰混凝土的碳化深度随时1/2间的延长

2、而加深。早期的碳化深度增长速度较快,后期的增长速度相对较慢,方程X=at可以较好的表述碳化深度和碳化时间的关系(其中X为碳化深度,t为碳化时间,a为常数),以此函数为基础,可以对混凝土的长期抗碳化性能进行预测。从试验结果也可看出混凝土的抗碳化性能随着粉煤灰掺量的上升而下降,掺量越大其下降速度越快。水灰比同碳化深度的关系与此相类似。这大概是因为随着粉煤灰的加入,混凝土中的氢氧化钙的含量变小(尤其是粉煤灰掺入量超过50%)导致二次水化速度缓慢,密实度下降的结果。空隙率上升其碳化深度就会加大。所以一定存在最佳的配料方

3、案供实际使用。[关键词]混凝土;粉煤灰;抗碳化性能;大掺量[中图分类号]TU52812[文献标识码]A[文章编号]1002-3550(2003)03-0044-04扩散速度主要取决于本身的密实度。混凝土的密实度是影响1前言碳化的一个重要因素。通过孔隙进入混凝土的CO2气体是碳混凝土的耐久性不良主要由两方面原因造成:一是混凝土化发生的必要条件。混凝土的密实度高,孔隙率小,大孔少,的劣化,包括热处理、化学和生物反应对性能的影响;另一方面CO2气体向混凝土内部扩散的阻力较大,从而混凝土的抗碳化是钢筋的劣化,即钢筋的锈

4、蚀。事实上,钢筋锈蚀(无论是由于性能也较好。碳化或氯化物侵蚀引起)已成为混凝土结构物过早破坏的主要混凝土中CO2的扩散,在下述假设条件下,应遵循Fick第原因[2]。在我国,20世纪80年代水利部门和交通部门许多科[5]一定律:研单位对水工结构和海港码头进行调查,结论是钢筋锈蚀已十(1)混凝土中CO2的浓度分布成直线下降[3]分普遍和严重。本来,混凝土是碱性材料,可使钢筋处于钝(2)混凝土表面的CO2浓度为C0,而未碳化区则为0化状态,不受锈蚀作用。但是,由于大气中CO2、水气等的存在(3)单位体积混凝土吸收C

5、O2发生化学反应的量为恒定并渗入到混凝土产生碳化作用或氯离子的渗入,将导致混凝土值的碱度降低,使钢筋失去钝化保护。因此,可以说混凝土中的由此,从理论上可以得出下面公式:1/2碳化问题是混凝土耐久性的重要内容,并已有学者提出通过碳X=[(2DCOC0/M0)]2[4]化试验检测混凝土结构的耐久性。式中X———碳化深度:所谓混凝土的碳化指水泥石中的水化产物与环境中的二DCO———CO2在混凝土中的有效扩散系数;2氧化碳作用,生成硅酸盐或其他物质的现象。混凝土的碳化要M0———混凝土表面CO2的浓度;有水分。若在毛细

6、孔的孔壁上附着一层含有Ca(OH)2的水t———碳化时间。膜,则碳化就从水膜的毛细孔壁开始。当环境的相对湿度为1/2也可写成:X=kt50%～60%时,碳化的反应最快,可是当孔隙全部为水分所充此后,许多国家的学者在上式的基础上发展了不少考虑更满时,也会妨碍CO2的扩散。为全面的碳化深度公式,对上式作了补充和修正。其中主要是[1]影响混凝土碳化深度有三个主要因素:1/2认为X与t之间不是直线关系,而是随时间的增加,碳化作(1)外界环境的CO2浓度。用越来越收敛XC有一最大值。(2)内部化学因素,即能与CO2反应的

7、物质的性质及数量(主要有Ca(OH)2、少量NaOH和KOH、水化硅酸钙),如果在2试验原理混凝土中这些反应物质越多,碳化的进度就必然越慢。211碳化原理(3)内部的物质和物理化学因素,这些因素是指CO2对混空气中的CO2气渗透到混凝土内,与其碱性物质起化学凝土由表及里的扩散。扩散的通道主要是贯穿混凝土中的毛反应后生成碳酸盐和水,使其碱度降低的过程称为混凝土碳细孔,而扩散的速度取决于孔隙大小和孔隙率。化,又称作中性化,其化学反应式如下:CO2气体浓度对碳化速度有一定的影响。不同CO2浓度Ca(OH)2+CO2C

8、aCO3+H2O下,粉煤灰混凝土与基准混凝土一样,CO2的浓度越高,压力越水泥在水化过程中生成大量氢氧化钙,使混凝土空隙中充大,其碳化速度就越快。这主要是由于高浓度、高压力的CO2满了饱和氢氧化钙溶液,其pH值为12～13。碱性介质对钢筋气体能较快地向混凝土内部扩散,使碳化快速地进行。有良好的保护作用,使钢筋表面生成Fe2O3和Fe3O4,称为钝在CO2气体浓度一定、环境湿度相同情况下