复合外加剂对混凝土碳化性能的影响

张燕梅

（延安市荣祥公司吴起搅拌站，陕西 延安 710055）

1 绪论

目前，国内外众多学者针对混凝土碳化性能做了很多研究工作，文献 [1] 中列举了影响混凝土碳化的多种内外因素，主要有：材料本身的因素，如水灰比/水泥品种与用量、骨料品种与粒径、外加剂、养护方法与时间等；环境条件的因素，如 CO2浓度、相对湿度、温度、装修覆盖层等[2]。

一方面，外加剂能够影响混凝土的碳化性能。外加剂能够改善混凝土拌合物施工时的和易性；提高混凝土的强度及其他物理力学性能；加速混凝土的早期强度发展；调节混凝土的含气量；改善拌合物的泌水性；提高混凝土抗各种侵蚀性盐类的腐蚀性；改善混凝土或砂浆的毛细孔结构。因此，应该研究外加剂对混凝土碳化性能的影响。

另一方面，目前国内对混凝土碳化的研究一般都只是从传统角度研究混凝土碳化的影响因素，对于外加剂对混凝土碳化性能的影响研究还不够充分。在研究外加剂对混凝土碳化性能的影响时，存在仅对某一种外加剂单独使用对混凝土碳化影响进行研究的局限性。没有考虑多种外加剂综合使用对碳化的影响。有些学者研究了高效减水剂对混凝土碳化的影响，有的研究了缓凝剂对碳化的影响，但是当高效减水剂与缓凝剂复合对混凝土共同作用时，它对碳化的影响并非两种因素的简单叠加，这使得在单一因素条件下研究所得的结论和经验公式具有一定的局限性。

本文针对外加剂复合使用对碳化的影响提出实验方案，并加以研究。笔者通过空白组及与四种常用高效减水剂复合缓凝剂的混凝土的对比试验，对碳化值进行记录与分析，从而得出高效减水剂与缓凝剂两种外加剂复合使用时对混凝土碳化的影响规律。

2 试验研究

2.1 试验原材料、设备及试验方法

2.1.1 原材料

（1）水泥

采用西安雁塔水泥股份有限公司生产的雁塔牌P·O42.5 水泥。水泥的化学成分见表 1，物理力学性质见表2。

（2）细集料

使用的细集料为西安灞河中砂，细度模数 2.84，含泥量2.3%，自然堆积密度 1500kg/m3，紧密堆积密度 1640kg/m3。

表 1 水泥化学成分 %

表 2 水泥物理力学性质

（3）粗集料

本试验所采用的粗集料为 20～30mm 粒径的碎石，含泥量 0.3%，针片状颗粒含量 7.5%，压碎指标 8.1%。

（4）外加剂

氨基磺酸盐高效减水剂：掺量 1%，固含量 30%，减水率 13%；聚羧酸高效减水剂：掺量 1%，固含量 20%，减水率 15% ；萘系高效减水剂：掺量 0.6%，固体粉末，减水率20.6%；脂肪族系高效减水剂：掺量1%，固含量30%，减水率22.3%；木钙，糖钙：掺量 0.025%。

2.1.2 主要试验设备及操作方法

（1）碳化箱。本试验所使用的为上海建筑科学研究院研制的 CCB-70A 型混凝土碳化试验箱，符合 GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中碳化试验的要求，具备数字显示功能。

CCB-70A 型混凝土碳化试验箱的主要技术参数为：

温度控制：(20±5.0) ºC；均匀性<1 ºC，可调；

湿度控制：(70±5.0)%；测试精度±3.0%，可调；

CO2浓度：(20±3.0)%；测试精度±1.0%，可调；

加热功率：600W；

制冷功率；250W；

去湿功率：140W；

电源：220V；(50±1)HZ；

外形尺寸：1240mm×800mm×1750mm（内腔为：800mm×600mm×1530mm）。

2.1.3 试验方法

本试验为人工室内快速碳化试验[3-4]。试件尺寸为100mm×100mm×100mm，标准养护至规定龄期的前两天从养护室中取出，置于 (60±5.0)℃ 烘箱中 48h，保留试件的两个相对侧面，其余四个表面用加热的石蜡予以密封。具体方法步骤：

（1）将经过石蜡密封处理的试件放入碳化箱内的铁架上，各试件经受碳化的表面之间至少应保持 50mm 的间距。

（2）将碳化箱盖严密封。启动碳化箱，调节其流量计，使碳化箱内的CO2浓度保持在现定的浓度范围内。

（3）每隔一定时间对碳化箱内 CO2浓度温度及相对湿度做一次测定。一般在第一、二天每隔 2h 测定一次，以后每隔 4h 测定一次。并根据测得的 CO2浓度，随时调节其流量，去湿用的硅胶也应经常更换。

（4）碳化到 3d、7d、28d、50d 时，分别取出试件，破型，并测定其碳化深度。本试验采用的是正方体试件，操作为：将试件在压力试验机上用劈裂法，每次切开的厚度约为试件宽度的一半，破型后剩余的试件用石蜡将切断面封好，再放入箱内继续碳化直到下一个试验龄期。

（5）将切开所得的试件部分，除去断面上的粉末，立即喷上浓度为 1% 的酚酞酒精溶液，约 30s 后，按每 10mm 一个测量点用游标卡尺分别测出测点的碳化深度。如果测点处的碳化分界线刚好嵌有粗骨料颗粒，则可取该颗粒两侧碳化深度的平均值作为该点的深度值。

2.2 试验研究方案

2.2.1 混凝土配合比

本次试验采用固定的水灰比进行研究。试验混凝土配合比见表 3。

表 3 混凝土配合比 kg/m3

2.2.2 试验方案

采取将萘系、氨基磺酸盐系、脂肪族系及聚羧酸系高效减水剂单独使用或将其与糖钙及木钙缓凝剂复合使用配制混凝土试件，成型尺寸 100mm×100mm×100mm 试件，测其3d、7d、28d 和 50d 碳化深度和碳化速度的变化。

3 外加剂对混凝土碳化性能的影响

3.1 高效减水剂单独使用对混凝土碳化性能的影响

本试验分别进行了单独使用萘系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪族系高效减水剂、聚羧酸系高效减水剂对混凝土碳化深度影响的研究，结果如表 4 和图 1 所示。

由图 1 可知，在同水灰比条件下，单掺聚羧酸系高效减水剂 28d 后混凝土的碳化深度最大，甚至超过了不掺外加剂的混凝土空白组的 28d 碳化深度；单掺脂肪族系高效减水剂的混凝土 28d 碳化深度最小。加了氨基减水剂的混凝土 28d碳化略低于聚羧酸系混凝土的碳化深度；萘系高效减水剂混凝土碳化深度居于其它三种减水剂之间。

3.2 高效减水剂与缓凝剂复合使用对混凝土碳化性能的影响

表 4 同水灰比下减水剂单独使用时混凝土的碳化

图 1 减水剂单独使用时对混凝土的碳化深度的影响

本试验分别进行了聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂及脂肪族高效减水剂复掺一定糖钙或木钙（0.25%）后对混凝土各龄期碳化深度的影响研究。结果如表 5 和图 2 所示。

表 5 高效减水剂与缓凝剂复合使用对混凝土碳化深度的影响

从图 2 可看出，与缓凝剂复合后，聚羧酸系高效减水剂28d 后混凝土的碳化深度依然最深，超过 1.4cm，但深度要小于单掺聚羧酸系高效减水剂时的碳化深度；脂肪族减水剂的混凝土 28d 碳化深度依然最小，小于 1.0cm。加了氨基减水剂的混凝土 28d 碳化深度与掺入聚羧酸高效减水剂的试样相比略有不同，氨基与糖钙复合的试样碳化深度小于聚羧酸与糖钙复合的试样，但氨基与木钙复合的碳化深度则加大。萘系高效减水剂混凝土碳化深度居于其它三种减水剂之间；木钙缓凝剂的加入使聚羧酸系混凝土碳化深度值减少了大约0.5cm，其余混凝土组的碳化深度也都减少了。

图 2 高效减水剂与缓凝剂复合使用对混凝土碳化深度的影响

在同水灰比条件下，高效减水剂与缓凝剂复合后，四组混凝土的碳化深度都比单独使用高效减水剂的混凝土要少，混凝土的抗碳化性能得到提高。并且从图 2 还可以看出，各组混凝土中加入木钙缓凝剂的混凝土的碳化深度小于糖钙的碳化深度，可知木钙缓凝剂比糖钙缓凝剂更有利于混凝土抗碳化性能的提高。

在单掺高效减水剂或复合缓凝剂任何一种情况下，碳化初期，混凝土碳化深度增长的速度较快；但随着时间的延长，混凝土碳化至一定龄期后，碳化深度增长的速度逐渐变慢，并且渐趋稳定。这主要是因为，一方面，CO2向混凝土内部不断扩散的同时，它与水泥石中的某些水化产物反应形成的 CaCO3，属非溶解性的钙盐，且其体积比原反应物的体积膨胀约 17% 左右，因此，CaCO3将堵塞部分毛细孔道，进而可以使混凝土碳化的速度降低；另一方面，随着龄期的延长，由于水泥石的不断水化，混凝土的孔隙率逐渐降低，因此，也可使混凝土碳化的速度降低。

4 主要结论与展望

本文是为了解决高效减水剂与缓凝剂复合使用对碳化的影响研究不足这种局限性，提出试验方案，并加以研究。通过试验研究及数据综合分析处理得出以下结论：

（1）在单掺高效减水剂或复合缓凝剂任何一种情况下，碳化初期，混凝土碳化深度增长的速度较快；但随着时间的延长，混凝土碳化至一定龄期后，碳化深度增长的速度逐渐变慢，并且渐趋稳定。

（2）单独使用四种常用高效减水剂时，在同水灰比条件下单掺聚羧酸系高效减水剂 28d 后混凝土的碳化深度最深，甚至超过了不掺外加剂的混凝土空白组的 28d 碳化深度；单掺脂肪族高效减水剂的混凝土 28d 碳化深度最小。由此可知在四种减水剂中，脂肪族高效减水剂抗碳化性能最好，聚羧酸抗碳化性能最差。

（3）与缓凝剂复合后，在同水灰比条件下，高效减水剂与缓凝剂复合使用后，四组混凝土的碳化深度都比单独使用高效减水剂的混凝土要少，混凝土的抗碳化性能得到提高。

（4）木钙和糖钙两种缓凝剂，在加入了木钙缓凝剂的各组混凝土中混凝土的碳化深度小于糖钙的碳化深度，因此可知木钙缓凝剂比糖钙缓凝剂更有利于混凝土抗碳化性能的提高。

[1] 杨利伟. 混凝土碳化的影响因素及其控制措施[J]. 建筑技术开发，2005 (2)：40.

[2] 卢木. 混凝土耐久性研究现状和研究方向[J]. 工业建筑，1997，27(5)：1-6.

[3] 蒋利学，张誉，刘亚萍，等. 混凝土碳化深度的计算与实验研究[J].混凝土，1996 (4)：12-17.

[4] 周新刚. 混凝土结构的耐久性与损伤防治[M]. 中国建材工业出版社，1999，9.