淺談?chuàng)椒勖夯一炷撂蓟铀倥c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?chuàng)椒勖夯一炷撂蓟铀倥c強度的關系

陳橋梁 張志龍

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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(xiàn)場溫度的影響，澆筑的混凝土實際強度會比標準養(yǎng)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(tǒng)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(huán)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(shù)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(xiàn)行有關規(guī)范，混凝土碳化性能的試驗方法是：將試件養(yǎng)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(yǎng)護到28天。也就是說，現(xiàn)場混凝土的碳化不會從28天才開始，而是停止?jié)耩B(yǎng)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(jīng)過的齡期，即認為相同于濕養(yǎng)護的齡期。因此，一定水膠比下，濕養(yǎng)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(yǎng)護齡期的增長而縮小；不同摻量的粉煤灰試件之間孔隙率相同時濕養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)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(chǎn)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(chǎn)生開裂；重要的是，鋼筋在堿性環(huán)境下的穩(wěn)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(fā)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(chǎn)生干縮再與相繼產(chǎn)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。