鐵尾礦砂對(duì)混凝土抗碳化性能影響的試驗(yàn)研究

劉宗星

（山東華森建材集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 前言

目前我國多數(shù)地區(qū)在生產(chǎn)混凝土?xí)r多以天然砂作為主要的細(xì)骨料，而天然砂為地方性資源，短期內(nèi)不可再生，也不利于長(zhǎng)距離運(yùn)輸。如果混凝土的生產(chǎn)區(qū)域位于天然砂比較短缺的地區(qū)，例如西部地區(qū)，那么就需要采用異地運(yùn)輸?shù)姆绞将@取天然砂，這會(huì)導(dǎo)致混凝土原材料成本不斷地增加[1-3]。鐵尾礦砂是礦山開采的原礦石經(jīng)選礦或其它工藝回收有效組分后廢棄的固體物料，呈細(xì)粉狀，粒徑一般在 4.75mm 以下，一般堆存于尾礦庫中，是工藝固體廢棄物的主要組成部分。鐵尾礦是一種材料性能與天然砂相近的細(xì)骨料[4-6]，具有表面粗糙、多棱角的特點(diǎn)。

在一般大氣環(huán)境條件下，混凝土碳化是鋼筋銹蝕的重要前提。鋼筋不斷銹蝕促使混凝土保護(hù)層開裂，產(chǎn)生沿筋裂縫和剝落，進(jìn)而導(dǎo)致粘結(jié)力減小、鋼筋受力面積減小、結(jié)構(gòu)耐久性和承載力降低等不良后果[7-8]。

本文利用兩種鐵尾礦砂復(fù)摻（復(fù)配比例為細(xì)鐵尾礦砂 : 粗鐵尾礦砂=2:8），研究鐵尾礦砂混凝土碳化深度隨水灰比、試驗(yàn)養(yǎng)護(hù)齡期、粉煤灰摻量的變化規(guī)律。

1 原材料、試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 原材料

水泥：山水集團(tuán)濟(jì)南山水水泥廠 P·O42.5 水泥，密度 3.15g/cm3，比表面積 362kg/m2，安定性合格（試餅法），3d 抗壓強(qiáng)度 20.6MPa，28d 抗壓強(qiáng)度 48.3MPa。

粉煤灰：山東濟(jì)南黃臺(tái)電廠 F 類 Ⅱ級(jí)灰，細(xì)度16.6%，需水量比 96.5%，燒失量 1.32%。

普通硅酸鹽水泥和粉煤灰的化學(xué)成分見表 1。

表 1 水泥和粉煤灰的化學(xué)成分 %

細(xì)骨料：山東濟(jì)南某鐵尾礦堆放廠的兩種不同細(xì)度的鐵尾礦砂：Ⅲ 區(qū)特細(xì)砂，細(xì)度模數(shù) 1.2，表觀密度 2870kg/m3；Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.8，表觀密度2860kg/m3，兩種鐵尾礦砂的篩分試驗(yàn)結(jié)果見表 2。

粗骨料：山東濟(jì)南港溝某石料廠 5～16mm、10～31.5mm 兩級(jí)配碎石（3:7）。

外加劑：山東華森建材集團(tuán)有限公司的聚羧酸高性能減水劑；引氣劑、消泡劑和緩凝劑均來自當(dāng)?shù)鼗な袌?chǎng)。

水：為飲用水，符合混凝土用水標(biāo)準(zhǔn) JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的拌合用水要求。

表 2 鐵尾礦砂篩分結(jié)果 %

1.2 試驗(yàn)儀器

混凝土攪拌機(jī) J60、混凝土含氣量測(cè)定儀、萬能壓力試驗(yàn)機(jī)、混凝土碳化儀、坍落度筒等。

1.3 試驗(yàn)方法

使用 150mm×150mm×150mm 試模成型，在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度 (90±2)% 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)至 24h 后脫模，脫模后放入 (20±5)℃ 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定碳化齡期后取出，放入溫度 (60±2)℃ 的干燥箱中烘干 48 小時(shí)，然后留成型的兩個(gè)上下面，其余的各面用石蠟密封完好，放入標(biāo)準(zhǔn)碳化箱中進(jìn)行碳化，碳化至 3d、7d、14d、28d，從碳化箱中取出，用壓力機(jī)把試塊沿未涂石蠟的側(cè)面從中間劈開，滴加 1% 酒精酚酞溶液，20s 后每隔 10mm 讀取碳化深度，并三個(gè)試塊取平均作為碳化深度試驗(yàn)結(jié)果。

1.4 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本文分兩種試驗(yàn)方案進(jìn)行，各組混凝土配合比見表 3。第 1 種方案為水灰比分別為 0.46、0.42、0.38、0.34、0.30，粉煤灰摻量都為 20%，試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為 7d，試驗(yàn)序號(hào)為 A；第 2 種方案為粉煤灰摻量分別為 0、10%、15%、20%、25%、30%、35% 和 40%，水灰比都為 0.38，試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為 7d，試驗(yàn)序號(hào)為B。

表 3 鐵尾礦砂混凝土配合比設(shè)計(jì)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水灰比對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化深度的影響

表 4 為水灰比對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化性能影響的試驗(yàn)結(jié)果。

表 4 水灰比對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化深度的影響

從表 4 中可以看出：隨著水灰比的增加，混凝土抗碳化性能降低；隨著碳化齡期的延長(zhǎng)，混凝土的碳化深度增加。即水灰比越大，混凝土抗碳化能力越弱，混凝土碳化時(shí)間越長(zhǎng)其碳化深度越大。

主要原因是：水灰比是影響混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要因素，水灰比越大，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)性越差，即內(nèi)部孔隙越多、大孔偏多、小孔偏少，因此，水灰比越大，CO2在混凝土內(nèi)部就越易擴(kuò)散，混凝土碳化性能越低。

2.2 粉煤灰摻量對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化深度的影響

表 5 是粉煤灰摻量對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化性能影響的試驗(yàn)結(jié)果。

從表 5 中可以看出：在鐵尾礦砂混凝土中加入粉煤灰后，混凝土碳化深度將下降；且隨著粉煤灰摻量的不斷增加，混凝土的碳化深度先逐漸下降而后逐漸增大，當(dāng)粉煤灰摻量在 25% 時(shí)，混凝土碳化深度達(dá)到最小值，再提高粉煤灰摻量，混凝土化深度將增大；另外，粉煤灰摻量對(duì) 3d、7d、14d 和 28d 碳化深度的影響規(guī)律基本一致。

表 5 粉煤灰摻量對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化深度的影響

2.3 試驗(yàn)養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化深度的影響

表 6 是養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化性能影響的試驗(yàn)結(jié)果。

表 6 養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)鐵尾礦砂混凝土碳化深度的影響

從表 6 中可以看出：不論粉煤灰摻量高低，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，鐵尾礦砂混凝土碳化深度都下降。主要原因：隨著試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，混凝土漿體中熟料礦物水化較充分，水化產(chǎn)物（硅膠和鋁膠等）就越多，未水化熟料顆粒越少，細(xì)化混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，因此，CO2氣體向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散的阻力就越大，使其抗碳化能力提高。

3 結(jié)論

（1）鐵尾礦砂混凝土抗碳化能力隨著水灰比的降低而增加。

（2）摻加粉煤灰可以使鐵尾礦砂混凝土抗碳化能力提高，當(dāng)粉煤灰摻量為 25%，混凝土抗碳化能力最佳，再增加粉煤灰摻量，將降低混凝土抗碳化能力。

（3）鐵尾礦砂混凝土的抗碳化能力隨著標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而提高。