混凝土碳化性能分析及影響因素

付 宏

（山西誠(chéng)達(dá)公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006）

0 引 言

在混凝土耐久性分析中會(huì)提及碳化、凍害、堿-集料反應(yīng)和鹽害等，其中碳化現(xiàn)象影響較大?；炷恋奶蓟傅氖腔炷猎谑芸諝庵卸趸?CO2)的作用下其成分、組織、性能發(fā)生改變,使得混凝土機(jī)能下降的現(xiàn)象。碳化會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性,減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的使用壽命。文獻(xiàn)[1]中提到,在19世紀(jì)中葉,大氣中二氧化碳的平均濃度為280×10-6，w（CO2）=0.028%；到2003年已達(dá)到了350×10-6，w（CO2）＝0.035%；預(yù)計(jì)到2100年有可能會(huì)上升到540×10-6。1992年觀測(cè)表明，空氣中二氧化碳濃度，室外環(huán)境為300×10-6，室內(nèi)環(huán)境為1 000×10-6。此外，工廠排泄的廢渣、廢液等有害排放物也使河流、地下水中的CO2、SO2的濃度有所增加，混凝土的碳化現(xiàn)象應(yīng)引起足夠的重視。

通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的總結(jié)歸納，本文重點(diǎn)闡述了混凝土碳化因素中，不同水泥品種、水泥細(xì)度對(duì)碳化深度、C/S和結(jié)晶度、不同堿濃度條件的影響。

1 水泥品種對(duì)混凝土碳化性能的影響

混凝土材料參數(shù)中水泥的化學(xué)成分變化會(huì)對(duì)混凝土碳化、干濕循環(huán)破壞、氯離子侵蝕等耐久性指標(biāo)產(chǎn)生影響[2]。朱琪等人研究表明[3]，水泥品種對(duì)混凝土碳化性能有很大影響，單位體積混凝土中可碳化物質(zhì)含量是影響碳化速度主要因素之一。楊靜[4]采用快速碳化方法研究了水泥品種對(duì)混凝土碳化性能的影響，指出試驗(yàn)中的三種水泥碳化速度依次為：礦渣水泥>普通硅酸鹽水泥>早強(qiáng)水泥。文獻(xiàn)[5]認(rèn)為由于水泥品種的不同氯離子擴(kuò)散速度會(huì)有所區(qū)別，文中指出高于C3A含量水泥中氯離子擴(kuò)散速度較快。文獻(xiàn)[6]中比較了復(fù)合水泥基混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土的耐久性性能，復(fù)合水泥基混凝土在強(qiáng)度上與普通硅酸鹽混凝土較為接近，但復(fù)合水泥基混凝土的抗氯離子滲透性能明顯優(yōu)于普通硅酸鹽水泥基混凝土。趙暉等[7]人通過(guò)試驗(yàn)比較了水泥品種在濕循環(huán)條件下的破壞影響，指出膠凝材料用量、水膠比及混凝土拌合物的坍落度均相同時(shí)，外加劑摻量大小依次為：純硅酸鹽水泥>普硅水泥>礦渣水泥>粉煤灰水泥，混凝土強(qiáng)度（7d）方面：純硅酸鹽水泥>普硅水泥>礦渣水泥>粉煤灰水泥。混凝土水泥品種不同時(shí)，抗氯離子滲透性能方面依次為礦渣水泥>普硅水泥>粉煤灰水泥>純硅酸鹽水泥。

2 水泥細(xì)度對(duì)混凝土碳化性能的影響

水泥的細(xì)度指水泥顆?？傮w上的粗細(xì)程度，它不僅對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、膠砂強(qiáng)度、水化熱等物理力學(xué)性能有影響，對(duì)混凝土的強(qiáng)度、收縮抗裂性能及耐久性等也有著重要影響，是水泥性能重要指標(biāo)之一。谷昌宇等人[6]采用不同水泥細(xì)度制備同一強(qiáng)度的混凝土，在保持用水量不變的前提下，調(diào)整外加劑用量來(lái)改變混凝土的工作性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著碳化齡期的增加，高細(xì)度水泥制備的混凝土，越發(fā)呈現(xiàn)出碳化深度逐漸增加的趨勢(shì)。在相同碳化齡期和相同強(qiáng)度等級(jí)的條件下，隨著水泥細(xì)度的提高，混凝土碳化深度逐漸減??；一定的條件下，水泥細(xì)度的越高越有利于混凝土抗碳化性能。

3 C/S和結(jié)晶度對(duì)水化硅酸鈣(C-S-H)的碳化影響

C/S不同會(huì)導(dǎo)致C-S-H的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進(jìn)而產(chǎn)生不同的碳化形式。堿度較低環(huán)境下產(chǎn)生的水化物具有較高的比面積及薄片狀結(jié)構(gòu),硅酸鈣水化物在堿度不同時(shí)碳化產(chǎn)物的性質(zhì)不同。郭斌等[8]認(rèn)為由于碳化過(guò)程是漸變的連續(xù)過(guò)程,在某一齡期階段,C-S-H分別處于碳化、正在碳化及尚未碳化三種情況下，整個(gè)體系的組成不均勻,是高C/S比至低C/S比，甚至C/S比至零（只有S-H時(shí)）的連續(xù)變化過(guò)程。試驗(yàn)表明，水化硅酸鈣碳化過(guò)程中C-S-H的平均C/S比近似直線地下降。

水化硅酸鈣的結(jié)晶度與碳化速度也有一定的影響。水化產(chǎn)物結(jié)晶度愈差則比表面積愈大，碳化現(xiàn)象就越加嚴(yán)重。文獻(xiàn)[9]中通過(guò)試驗(yàn)得出C-S-H凝膠的比表面積為78.77 m2/g，結(jié)晶好的托貝莫來(lái)石為14.3 m2/g，完全碳化所需的時(shí)間,前者只需4 h，而后者則為1 152 h。

4 堿濃度對(duì)混凝土碳化的影響

混凝土完全碳化前孔隙內(nèi)部溶液的各種離子濃度基本保持不變,混凝土pH值主要取決于OH--濃度，濃度高則pH值大。特定溫度下Ca(OH)2的溶度積Ksp,為一常數(shù)，由電平衡原理可知Na+、K+與OH-在數(shù)量上保持著一定的關(guān)系，Na+、K+濃度增高亦表現(xiàn)為pH值增高，孔隙水中Ca2+會(huì)與空氣中的CO2反應(yīng)生成Ca?CO3，進(jìn)一步促使了Ca(OH)2晶體的溶解速度加快，混凝土堿含量越高，碳化反應(yīng)越快，Na+、K+的存在，會(huì)提高Ca(OH)2的溶解度。[10]文獻(xiàn)[11]通過(guò)試驗(yàn)得出用不同濃度的NaOH溶液來(lái)調(diào)節(jié)堿含量，用FTIR法觀測(cè)C-S-H的碳化情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于NaOH的加入引起C-S-H的改性，分析其原因可能與形成了硅酸鈉凝膠或提高了硅酸鹽的聚合度有關(guān)?？紫度芤褐械膲A含量影響了碳化的速度和深度，加速了碳化的發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

混凝土的碳化是混凝土耐久性重要指標(biāo)之一，不同品種水泥中，礦渣水泥碳化速度較快；一定的條件下，水泥細(xì)度越高混凝土抗碳化性能越好；水化硅酸鈣碳化過(guò)程中C-S-H的平均C/S比近似直線地下降。水化產(chǎn)物結(jié)晶度愈差則比表面積愈大，碳化現(xiàn)象就越加嚴(yán)重；混凝土孔隙溶液中的堿含量越高碳化發(fā)展越嚴(yán)重。

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