聚羧酸高效減水劑對混凝土抗碳化性能的影響

張 勇

(廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 概述

混凝土碳化會導(dǎo)致混凝土的堿度降低，使混凝土對鋼筋的保護(hù)作用失效，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕和結(jié)構(gòu)破壞，已成為影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要問題之一[1]。近年來隨著氣候變暖、CO2濃度升高等環(huán)境變化以及混凝土原材料的變化，混凝土碳化加快的問題越加突出。減水劑作為混凝土第五種重要組分，能明顯改善混凝土的性能，例如改善工作性、提高混凝土的力學(xué)性能以及耐久性等，給混凝土技術(shù)帶來質(zhì)的飛躍。聚羧酸高效減水劑具有綠色環(huán)保、用量少、減水率高、分散性好、引氣等優(yōu)點(diǎn)一直備受青睞，成為應(yīng)用研究最廣的一類減水劑[2]。聚羧酸高效減水劑能夠有效改善混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)[3]，形成獨(dú)立分散的微孔，提升混凝土內(nèi)部微孔所占的體積比，進(jìn)而提高混凝土的抗?jié)B性和抗碳化性。

目前，有關(guān)減水劑對混凝土抗碳化性能的影響，大多數(shù)研究都是以控制混凝土和易性滿足要求的前提下進(jìn)行的，因此在保證和易性不變的條件下減水劑的摻入必然會降低水膠比，使得混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，孔隙率降低，進(jìn)而提升混凝土的抗碳化性能。在水膠比和強(qiáng)度不變的情況下，減水劑對混凝土的抗碳化性能是否產(chǎn)生影響尚不明確?，F(xiàn)場施工過程中，混凝土由于長距離、長時間運(yùn)輸造成坍落度損失，運(yùn)到現(xiàn)場的混凝土經(jīng)常需要二次摻加減水劑快速攪拌以滿足入模坍落度的要求，這種以改善和易性而摻入減水劑對砼抗碳化性能的研究甚少。因此，本文研究在保證水膠比不變的情況下，聚羧酸高效減水劑對混凝土抗碳化性能的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料及配合比

考慮到水泥中混合材對試驗(yàn)結(jié)果的不利影響，水泥采用基準(zhǔn)水泥P·I42.5，其化學(xué)成分和物理性能分別見表1和表2。試驗(yàn)用水采用蒸餾水，消除雜質(zhì)離子影響。粗骨料采用5～31.5mm連續(xù)級配花崗巖碎石；細(xì)集料采用細(xì)度模數(shù)為2.7的天然河砂。減水劑采用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，固含量28%，減水率29%，推薦摻量0.6%～0.8%。試驗(yàn)所用的混凝土配合比如表3所示，在同一水膠比下，分別采用不同減水劑摻量0.4%、0.6%和0.8%配制混凝土試件，成型尺寸為100mm×100mm×100mm，測其28d碳化深度的變化。

表1 水泥的主要化學(xué)成分 (單位：%)

表2 水泥的物理力學(xué)性能

表3混凝土配合比(單位：kg/m3)

水膠比W/CWCSGSp/(%)0.501763526921 130380.451763916601 123370.401764406241 11036

1.2試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)中試件成型及養(yǎng)護(hù)依照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB 50081)進(jìn)行，混凝土碳化性能試驗(yàn)依照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》(GB 50082)進(jìn)行。二氧化碳濃度20±3%，相對濕度分別采用75%、54%，碳化28d取出試件測定碳化深度。碳化深度測定：相關(guān)研究表明[2]酚酞指示劑法精確度低，并且不能顯示部分碳化區(qū)，因此本文采用化學(xué)分析法[4]。將碳化之后的試件由表及里分層切取不同深度的薄片，烘干研磨并通過0.16mm的方孔篩，采用碳酸鹽定量測定裝置測定每片試件中CaCO3含量，通過繪制CaCO3含量—深度曲線，區(qū)分混凝土碳化試驗(yàn)后的完全碳化區(qū)、部分碳化區(qū)和未碳化區(qū)[4-6]。

2 聚羧酸減水劑對混凝土碳化性能的影響

2.1 相對濕度75%下減水劑摻量對混凝土抗碳化性能的影響

圖1表明：水膠比為0.40時，摻入減水劑的混凝土表層產(chǎn)生的CaCO3含量略高于空白組，最大CaCO3僅有9%左右，混凝土碳化程度很低，基本上未發(fā)生碳化，減水劑的摻入對混凝土的抗碳化性能影響不明顯。這主要是由于水膠比低混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)；同時碳化濕度較高，CO2向內(nèi)部擴(kuò)散較困難所致。

圖1 減水劑摻量對混凝土碳化的影響(W/C 0.40 RH75%)

圖2表明：水膠比0.45時，表層CaCO3含量相對于水膠比0.40時明顯升高，但只在混凝土的表層生成少量CaCO3，碳化程度仍然較低，發(fā)生部分碳化。摻入減水劑的混凝土表層產(chǎn)生的CaCO3含量和空白組基本相等，不能看出減水劑對混凝土的碳化產(chǎn)生影響。這可能與水膠比對混凝土碳化性能影響有關(guān)。

圖2 減水劑摻量對混凝土碳化的影響(W/C 0.45 RH75%)

圖3表明：水膠比為0.50時，減水劑對混凝土的碳化性能產(chǎn)生影響作用，但所有試件都沒有完全碳化區(qū)，這可能與濕度較高以及碳化時間不夠有關(guān)。減水劑摻量為0.8%時，與其他組相比CaCO3明顯升高，碳化程度有所增加。但摻量為0.4%和0.6%與空白組相比未見明顯差別。減水劑具有一定的分散作用，在適量摻量范圍內(nèi)能夠增加混凝土的流動性，但對混凝土的碳化性能不會產(chǎn)生明顯影響。當(dāng)水膠比較高時，由于減水劑的摻量過大，減水劑的分散作用加強(qiáng)，會導(dǎo)致混凝土有輕微泌水，影響混凝土內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu)，對混凝土的抗碳化性能不利。

圖3 減水劑摻量對混凝土碳化的影響(W/C 0.50 RH75%)

2.2 相對濕度54%下減水劑摻量對混凝土抗碳化的影響

從圖4～圖6可以看出：濕度54%時，水膠比0.40的混凝土碳化程度很低，基本沒有碳化。水膠比為0.45時，碳化程度依然較低，所有試件均未出現(xiàn)完全碳化區(qū)。但是同濕度75%相比，0.4%摻量和空白組混凝土的最大CaCO3含量明顯增大。摻量分別提高到0.6%、0.8%時，最大CaCO3含量均有所降低，表明混凝土的抗碳化性能有所提高。這可能與濕度變化有關(guān)，濕度降低混凝土的碳化速率加快，但減水劑摻量增大，分散作用會釋放更多的自由水進(jìn)入內(nèi)部微孔，造成內(nèi)部微孔環(huán)境濕度增加，進(jìn)而碳化速率降低。水膠比增加到0.50時，與濕度75%相比圖6中出現(xiàn)了完全碳化區(qū)，這與濕度變化有關(guān)。同空白組相比，摻量為0.4%和0.6%混凝土的完全碳化區(qū)和部分碳化區(qū)寬度基本未發(fā)生變化，摻量為0.8%混凝土其完全碳化區(qū)和部分碳化區(qū)寬度均大于空白組，這與減水劑摻量過大有關(guān)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，本試驗(yàn)雖然采用了兩種不同濕度條件75%和54%，且54%濕度下碳化程度略高，但其碳化趨勢基本一致。

圖4 減水劑摻量對混凝土碳化的影響(W/C 0.40 RH54%)

圖5 減水劑摻量對混凝土碳化的影響(W/C 0.45 RH54%)

圖6 減水劑摻量對混凝土碳化的影響(W/C 0.50 RH54%)

在低水膠比下，聚羧酸高效減水劑的分散作用雖然會改善混凝土的流動性，但對孔結(jié)構(gòu)的改善無明顯作用，混凝土的碳化性能主要受水膠比的影響。當(dāng)水膠比較大時，聚羧酸高效減水劑的摻入對混凝土的碳化性能并無明顯改善，甚至在摻量過大時對混凝土的碳化性能造成不利影響。減水劑摻量較高時其對水泥的分散作用加強(qiáng)，會釋放大量的自由水，多余的水會在混凝土內(nèi)部形成更多的孔，甚至造成混凝土泌水形成連通的孔道，增加混凝土的碳化速率。

通過改善混凝土的和易性進(jìn)而降低水膠比，這是減水劑能夠改善混凝土抗碳化性能的基礎(chǔ)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，單純摻加減水劑并不會提高混凝土的抗碳化性能，反而在水膠比較大、外加劑摻量較大的情況下會對混凝土的抗碳化性能造成不利影響。

3 結(jié)論

(1)當(dāng)水膠比≤0.45時，減水劑的摻入能夠增加混凝土的流動性，同空白組相比，混凝土碳化程度并未發(fā)生明顯差異，聚羧酸高效減水劑對混凝土的抗碳化性能基本沒有影響。

(2)當(dāng)水膠比為0.50，較低摻量減水劑對混凝土的碳化作用不顯著，但摻量較高時(0.8%)，對混凝土的抗碳化性能不利。

(3)減水劑對混凝土抗碳化性能提高是在降低水膠比的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，若單純增加流動性，聚羧酸高效減水劑的摻入對混凝土的碳化性能沒有任何提升，甚至?xí)斐刹焕绊憽?/p>