粉煤灰混凝土自然碳化性能初步研究

王大勇，賀繼濤

（1. 廊坊市建設工程質(zhì)量檢測中心，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市陽光建設工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

粉煤灰混凝土自然碳化性能初步研究

王大勇1,2，賀繼濤2

（1. 廊坊市建設工程質(zhì)量檢測中心，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市陽光建設工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

用粉煤灰混凝土泵送澆筑成型足尺的結構實體試驗模型剪力墻與現(xiàn)澆樓板及相應的標準立方體試件，對其進行了為期 1 年的混凝土自然碳化深度測試，得到相應齡期的剪力墻、現(xiàn)澆樓板及相應立方體試件混凝土的碳化深度數(shù)據(jù)。研究結果表明：隨混凝土強度等級的提高，其碳化深度減小，混凝土抗碳化能力增強；剪力墻與現(xiàn)澆樓板及相應的標準立方體試件碳化深度與時間成自然對數(shù)增長規(guī)律，立方體試件碳化深度與實體結構混凝土存在差異。研究結果可供工程結構混凝土碳化耐久性能檢測與控制參考。

粉煤灰；混凝土；碳化

0 引言

粉煤灰混凝土是節(jié)能減排的綠色建筑材料之一，作為土木工程用量巨大且重要的結構材料，符合國家提倡的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，其性能除滿足結構承載強度要求外，還應符合混凝土耐久性要求，尤其是碳化耐久性要求。為了更好地揭示粉煤灰混凝土碳化耐久性規(guī)律，葉青等[1]人采用快速碳化試驗對 C40 泵送混凝土抗碳化能力隨早期保濕養(yǎng)護時間和礦渣摻量的變化規(guī)律進行了試驗研究，結果表明，混凝土抗碳化能力隨著早期保濕養(yǎng)護時間的減少和礦渣摻量的增加而明顯降低；張令茂[2]在試驗室測定了摻粉煤灰水泥混凝土在自然條件下的碳化規(guī)律；阿茹罕等[3]經(jīng)研究表明，加速試驗環(huán)境與自然環(huán)境中混凝土的碳化表現(xiàn)并不一致，但對于加速碳化試驗，能夠較好地分辨出不同混凝土的碳化特性的差異。

試驗室廣泛采用加速碳化試驗的方法去研究混凝土耐久性，但這種加速碳化試驗是在一定的環(huán)境條件下的強制性測試結果，能用于混凝土原材料優(yōu)選或配合比的比較，但該方法與實際結構混凝土存在諸如約束條件、外加荷載、溫度及濕度等多種復合因素的影響，其測試結果可能會與工程實際的檢測結果產(chǎn)生差異，因此不能直接把實驗室中加速碳化測試獲取指標等同于結構混凝土的耐久性。本文通過采用粉煤灰混凝土泵送澆筑成型大型實體結構模擬試件與標準立方體試件，并模擬工程實際施工所常采用的混凝土養(yǎng)護制度，研究兩種試件在粉煤灰混凝土自然碳化性能間的異同，重點分析了采用試驗混凝土配合比的立方體試件與足尺剪力墻及現(xiàn)澆樓板兩種實體結構構件的現(xiàn)場抗碳化能力。

1 試驗

1.1 原材料

試驗采用廊坊地區(qū)常用原材料：42.5 級普通硅酸鹽水泥（C）；Ⅱ 級粉煤灰（FA）；細骨料（S）為保定河砂，中砂；粗骨料（G）為卵石破碎的粒徑 5～25mm 碎石；ZG-C型泵送減水劑；拌合用水（W）和養(yǎng)護用水均為當?shù)刈詠硭?/p>

1.2 混凝土配合比的確定

為使試驗結果具有代表性，委托生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的大型商品混凝土公司提供試驗混凝土，混凝土配合比設計 C20、C30、C40、C50 共四個強度等級，具體混凝土配合比如表 1所示。

表 1 試驗混凝土配合比 kg/m3

1.3 結構實體模型與標準立方體試件

試驗采用泵送澆筑成型四個大型結構實體模型，并同時振動臺成型若干 150mm×150mm×150mm 標準立方體試件。每個大型結構實體模型的剪力墻與現(xiàn)澆樓板混凝土采用相同強度等級的混凝土，混凝土自然碳化試驗用試件現(xiàn)場情況見圖 1?；炷两Y構實體模型澆筑成型并拆除模板后，按現(xiàn)行GB 50204—2011《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》養(yǎng)護14d 晝夜并每天兩班專人澆水的養(yǎng)護制度，后自然養(yǎng)護，裸置備用；同時成型的標準立方體試件移至室外陰涼處品字型碼放備用。

圖 1 混凝土自然碳化試驗用試件現(xiàn)場情況

1.4 測試方法

在齡期 14d、28d、60d、90d、180d、360d 時，每強度等級立方體試件中隨機抽取不少于 6 件，分別測取側(cè)面與底面的自然碳化深度（下文“碳化深度”均指粉煤灰混凝土的自然碳化深度），結構實體模型的混凝土墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面上各測取不少于 12 個測區(qū)的碳化深度測試，碳化深度測試采用 1% 酚酞酒精試劑。試驗用儀器設備均檢定有效。

2 試驗結果與分析

2.1 立方體試件側(cè)面混凝土碳化分析

圖 2 為立方體試件側(cè)面混凝土碳化深度隨齡期的變化。由圖 2 中可以看出：同一強度等級的混凝土立方體試件的碳化深度隨齡期增長而增加；不同強度等級的相同齡期的立方體試件碳化深度隨強度等級的增加而減小，但試驗混凝土在齡期 360d 的碳化深度均相差不多。

2.2 立方體試件底面碳化分析

圖 3 為立方體試件底面混凝土碳化深度隨齡期的變化。由圖 3 可以看出，立方體試件底面與其側(cè)面混凝土碳化深度表現(xiàn)出的變化規(guī)律及測試數(shù)值基本相同。

圖 2 立方體試件側(cè)面碳化深度隨齡期的變化

圖 3 立方體試件底面碳化深度隨齡期的變化

2.3 結構實體模型墻體側(cè)面混凝土碳化分析

圖 4 為結構實體模型墻體側(cè)面混凝土碳化深度實測值隨齡期的變化。由圖 4 可以看出：每強度等級的試驗模型墻體混凝土的碳化深度隨齡期增長而加大；不同強度等級的相同齡期的立方體試件碳化深度隨強度等級的增加而減小，但在齡期 180d 后的各強度墻體混凝土碳化深度增幅最大在 1mm內(nèi)；C40、C50 試驗模型齡期 360d 時的碳化與 180d 的相應碳化數(shù)據(jù)基本不變，這表明中高強混凝土內(nèi)部堿度足夠使混凝土表面因水泥水化物、中性化后的生成物填充混凝土毛細孔道而致密，抗?jié)B透能力顯著提高，從而有效阻止腐蝕氣體進入混凝土內(nèi)部。

圖 4 結構模型墻體側(cè)面碳化深度隨齡期的變化

2.4 結構實體模型現(xiàn)澆樓板底面碳化分析

圖 5 為結構實體模型現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度實測值隨齡期的變化。由圖 5 可以看出：結構實體模型現(xiàn)澆樓板底面與其側(cè)面混凝土碳化深度表現(xiàn)出的變化規(guī)律相同，測試數(shù)值相差不多。

圖 5 結構模型現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度隨齡期的變化

2.5 結構模型墻體與現(xiàn)澆樓板底面的混凝土碳化比較

圖 6 為結構實體模型墻體與現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度實測值隨齡期的變化。由圖 6 可以看出，結構模型墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面在同齡期時同時拆除施工模板后，各自的碳化深度相差不多；從擬合曲線上看，墻體碳化深度計算值略高于現(xiàn)澆樓板底面測試值。墻板不同時拆模，工程結構混凝土施工中，現(xiàn)澆樓板板底模板常需根據(jù)其跨度結合其本身混凝土現(xiàn)場強度來確定拆除施工模板的時間，一般情況下，晚于墻體施工模板的拆除，在該工況下，現(xiàn)澆樓板的板底碳化深度小于墻體模板，主要因為封閉的施工養(yǎng)護齡期越長，越有利于提高混凝土的抗碳化能力。

圖 6 結構模型墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面碳化深度比較

2.6 立方體試件側(cè)面與結構模型的墻體側(cè)面及現(xiàn)澆樓板底面混凝土碳化深度的比較

圖 7 為立方體試件側(cè)面與結構模型的墻體側(cè)面及現(xiàn)澆樓板底面混凝土的碳化深度實測值隨齡期的變化。由圖 7 可以看出，混凝土碳化深度隨齡期的增長呈自然對數(shù)變化規(guī)律；散點的分布表明立方體試件側(cè)面碳化深度數(shù)值較同齡期澆筑結構模型的墻體側(cè)面及現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度明顯偏低，二者碳化深度差值顯著，科研試驗中應注意此點區(qū)別：由擬合曲線的計算上分析，混凝土碳化深度換算值由小到大順序為：立方體試件側(cè)面＜現(xiàn)澆樓板底面＜墻體側(cè)面。

3 結論

（1）針對具體的粉煤灰混凝土配合比研究了自然碳化變化規(guī)律。研究結果表明，粉煤灰混凝土自然碳化深度隨齡期的增長表現(xiàn)出自然對數(shù)關系增加的趨勢。

（2）試驗齡期范圍內(nèi)，立方體試件側(cè)面與底面的碳化深度變化規(guī)律相同，測試數(shù)值基本相同，與混凝土成型的澆筑面（測試面）無關。

（3）試驗齡期范圍內(nèi)，與立方體試件同齡期泵送成型的結構實體模型的墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度變化規(guī)律相同，前者碳化深度測試數(shù)值略高于后者。

（4）試驗齡期范圍內(nèi)，立方體試件碳化深度與同齡期泵送成型的結構實體模型的墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面的碳化深度變化規(guī)律相同，前者碳化深度測試數(shù)值明顯低于后者。

（5）本文研究結果可供結構混凝土碳化耐久性能檢測與控制參考，對于更長齡期的粉煤灰混凝土自然碳化試驗有待進一步的研究。

圖 7 立方體試件側(cè)面與結構模型的墻體側(cè)面及現(xiàn)澆樓板底面混凝土碳化深度隨齡期的變化

[1] 葉青，阮琦，柴立英．早期保濕養(yǎng)護時間和礦渣摻量對C40 泵送混凝土抗碳化能力的影響[J]．浙江工業(yè)大學學報，2008, 8(36): 436–440．

[2] 張令茂．摻粉煤灰水泥混凝土的自然碳化[J]．西安建筑科技大學學報（自然科學版），1985(2): 25-33．

[3] 阿茹罕，閻培渝．不同粉煤灰摻量混凝土的碳化特性[J]．硅酸鹽學報，2011(01):7-12．

［通訊地址］河北省廊坊市富康道 113 號 廊坊市陽光建設工程質(zhì)量檢測有限公司（065000）

The preliminary study on the natural carbonation properties of fl y ash concrete

Wang Dayong1,2, He Jitao2
( 1. Langfang Construction Engineering Quality Testing Center, Hebei, Langfang 065000, China; 2. Langfang Yangguang Construction Engineering Quality Supervision Co., Ltd, Hebei, Langfang 065000, China)

Structural entity test model of shear wall and cast-in-situ slab and the corresponding standard cube send casting full size fl y ash concrete pump specimen, the concrete natural carbonation depth testing has carried on for a period of one year, and the article has got the concrete natural carbonation depth data of corresponding age of shear wall, cast-in-place fl oor and the corresponding cube specimens . The results show that with the increase of the strength grade of concrete carbonation depth decreased, reinforced concrete anti carbonization ability; the natural carbonization depth obeyed the logarithmic growth law, concrete carbonation depth between the cube specimens and the entity structure has difference. The research results can be used for detection and control of engineering structure durability of concrete carbonation reference.

fl y ash; concrete; carbonation

王大勇（1974—），男，高級工程師,從事工程質(zhì)量檢測鑒定與研究工作，中國土木工程學會建設工程無損檢測技術專業(yè)委員會委員。