石灰石粉混凝土碳化性能研究

孫宜兵

隨著礦物摻合料技術(shù)的成熟，粉煤灰、礦渣等礦物摻合料在建筑業(yè)中的需求量越來(lái)越大。受到地域、運(yùn)輸成本和供應(yīng)季節(jié)的限制，許多地區(qū)出現(xiàn)粉煤灰短缺的現(xiàn)象。找到一種普遍存在又可以替代粉煤灰、礦渣的礦物摻合料勢(shì)在必行[1-5]。研究發(fā)現(xiàn)石灰石粉是一種理想的選擇，一些國(guó)家已經(jīng)把石灰石粉應(yīng)用于混凝土中，并取得了較好的效果[6]。但是摻入石灰石粉混凝土的耐久性，特別是碳化問(wèn)題必須引起重視。

碳化是混凝土耐久性的一個(gè)重要部分，是衡量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物使用壽命的重要指標(biāo)。目前大氣中二氧化碳濃度約為0.035%，預(yù)測(cè)到2090年將達(dá)到0.1%[7]。石灰石粉混凝土的碳化問(wèn)題逐步引起人們的關(guān)注：S.Tsivilis[8]等人的研究發(fā)現(xiàn)，石灰石粉的摻入會(huì)減小混凝土的碳化深度，這主要是由于石灰石粉的摻入改變了混凝土的孔結(jié)構(gòu)。為了使混凝土孔結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)效益最大化，實(shí)際工程常常采用礦物摻合料復(fù)摻配置混凝土，因此，研究復(fù)摻礦物摻合料對(duì)混凝土碳化性能的影響將也很重要[9]。

由于摻合料混凝土碳化問(wèn)題比較復(fù)雜，并且影響因素眾多，本文綜合考慮混凝土的水膠比、石灰石粉的比表面積及石灰石粉用量等因素，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)碳化實(shí)驗(yàn)對(duì)摻石灰石粉混凝土的碳化規(guī)律進(jìn)行研究；為使試件更接近于實(shí)際工程混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)試件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，然后自然養(yǎng)護(hù)100d進(jìn)行碳化實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

實(shí)驗(yàn)采用的原材料有：P·O42.5R普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為優(yōu)質(zhì)I級(jí)灰，石灰石粉，水洗河砂，細(xì)度模數(shù)為2.3；普通自來(lái)水；石子由石灰?guī)r破碎，粒徑為5mm-20mm；外加劑選用羧酸JM-PCA。

1.2 混凝土的配合比

實(shí)驗(yàn)考慮單摻不同比表面積的石灰石粉，雙摻石灰石粉、粉煤灰；摻合料等質(zhì)量取代水泥。石灰石粉的比表面積為：350m2/kg，600m2/kg；混凝土配合比見(jiàn)表1，表2。

表1 基準(zhǔn)混凝土的配合比

表2 混凝土的配合比

1.3 試件制作及實(shí)驗(yàn)方法

混凝土試件按照設(shè)計(jì)配合比制作，混凝土的碳化試件尺寸為100mm×100mm×300mm，澆筑好的混凝土試件靜置24h拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d后，自然養(yǎng)護(hù)100d進(jìn)行碳化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)依據(jù)GBT50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中碳化實(shí)驗(yàn)規(guī)定進(jìn)行，混凝土試件碳化至3d，7d，14d，28d進(jìn)行碳化深度測(cè)量。

2.結(jié)論與分析

2.1 石灰石粉用量對(duì)混凝土碳化規(guī)律的影響

圖1為不同摻量石灰石粉混凝土的碳化深度，由圖1可知，單摻石灰石粉混凝土的碳化深度從小到大依次為：基準(zhǔn)混凝土，石灰石粉用量分別為10%、20%、30%、40%的混凝土；隨著石灰石粉用量的增加，相同碳化時(shí)間混凝土的碳化深度增加。石灰石粉用量為10%，20%的混凝土碳化深度與基準(zhǔn)混凝土的碳化深度相當(dāng)。石灰石粉摻量超過(guò)20%時(shí)，碳化深度急劇增加。

圖1 單摻石灰石粉（細(xì)度600水灰比0.35）不同碳化時(shí)間的碳化深度

2.2 石灰石粉的摻入對(duì)混凝土pH值的影響

水泥凈漿中摻入比表面積為600m2/kg的石灰石粉，水膠比采用0.35，石灰石粉用量分別為10%、20%、30%、40%；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24d，然后自然養(yǎng)護(hù)100d，磨成粉末溶于水，溶質(zhì)與溶劑比為1：400。

由圖2可知，隨著石灰石粉用量的增加，水泥凈漿的pH值降低。可以證明：隨著石灰石粉用量的增加水泥凈漿中的（OH）-含量降低，可碳化的堿物質(zhì)減少。石灰石粉用量為20%的水泥凈漿的pH值與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)；表明石灰石粉的用量不超過(guò)20%，混凝土的抗碳化能力與基準(zhǔn)混過(guò)凝土相當(dāng)；為保證石灰石粉混凝土的抗碳化性能，石灰石粉的用量要控制在20%以內(nèi)；與圖1碳化深度測(cè)試結(jié)果相吻合。

圖2 單摻石灰石粉混凝土的pH值

3.結(jié)論

（1）石灰石粉的摻量增加，混凝土的抗碳化能力降低；石灰石粉的用量在20%以內(nèi)，石灰石粉混凝土與未摻入石灰石粉混凝土抗碳化能力相當(dāng)；

（2）摻加石灰石粉置換水泥能改善水泥基材料的孔結(jié)構(gòu)，增加密實(shí)性；

（3）隨著石灰石粉摻量的增加，混凝土的pH值降低。