浅谈掺粉煤灰混凝土碳化加速与强度的关系

陈桥梁 张志龙

中交第四公路工程局有限公司

浅谈掺粉煤灰混凝土碳化加速与强度的关系

陈桥梁 张志龙

中交第四公路工程局有限公司

谈论的目的是碳化对混凝土的影响主要并不是强度，因为只要把水胶比降低到一定程度，掺了粉煤灰的混凝土28天抗压强度是会满足设计要求的，再由于掺了粉煤灰的混凝土受到现场温度的影响，浇筑的混凝土实际强度会比标准养护的相同的混凝土试件强度高，且与碳化无关。

粉煤灰；水灰比；强度；碳化深度

1 混凝土中掺加粉煤灰的意义与作用

传统上认为，在混凝土中掺入粉煤灰后碳化加速是因为粉煤灰稀释了水泥中的Ca(OH)2，那么，为什么掺用同样比例矿渣粉的混凝土碳化加速的程度会低得多呢？当然有人会认为矿渣粉中含较多CaO原因。从矿相分析看，矿渣粉中CaO主要为化合物，不会增加混凝土中Ca(OH)2的含量，似乎掺入矿渣粉也会稀释Ca(OH)2的浓度。一般碳化速度和环境中CO2度有关，混凝土中Ca(OH)2浓度减小时，相当于大气中CO2浓度相对增加。这是概念的转移：按照一种物质在另一种物质中的扩散系数与其浓度有关，也就是，CO2初始浓度影响其Ca(OH)2扩散速率，但不等于影响碳化的速率和深度。不管Ca(OH)2的浓度多大，在合适的湿度下，总会和CO2碳化反应的。按照现行有关规范，混凝土碳化性能的试验方法是：将试件养护到28天，在CO2浓度为20%、温度20℃、相对湿度60±5%的碳化箱中碳化28天。这种试验方法对工程实际毫无意义，因为在实际工程中不会养护到28天。也就是说，现场混凝土的碳化不会从28天才开始，而是停止湿养后，混凝土表面层相对湿度下降到70%以下时，碳化就会开始了。对于纯硅酸盐水泥的混凝土，碳化深度随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为0.6的一半，水灰比为0.5的混凝土在一般条件下暴露10年，碳化深度为5～10mm）”；“（水灰比为0.6的混凝土15年后碳化深度为15mm而水灰比为0.45的混凝土，碳化深度为15mm时需要100年）”。（见表1）

表1 粉煤灰的技术要求

表2 混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3)

也就是说，影响混凝土碳化性质的主要因素是混凝土的水灰比，水灰比是决定混凝土密实度的主要因素。而当掺用粉煤灰时，即使配制混凝土时能降低水胶比，使该混凝土28天强度保持与不掺粉煤灰时的一致，而其初期(例如3天、7天)强度还是低于不掺粉煤灰时的同龄期强度。无论是掺粉煤灰还是磨细矿粉，对混凝土强度有影响的是浆体孔隙率，特别是100nm以上的孔。用压力测孔法试验，与实际混凝土相比试件尺寸太小，试验结果可能会忽略了一些孔，尤其是大一些的孔。对气体或离子来说，100nm以下的孔中也能在浓度差的驱使下进行扩散；混凝土水化龄期是指在有水存在的情况下所经过的龄期，即认为相同于湿养护的龄期。因此，一定水胶比下，湿养护龄期越短，粉煤灰掺量越大的试件孔隙率越大；不同掺量的粉煤灰试件之间孔隙率的差别随湿养护龄期的增长而缩小；不同掺量的粉煤灰试件之间孔隙率相同时湿养护龄期与水胶比有关，（如水胶比为0.35时，该龄期约在28天，水胶比为0.3时，则该龄期约为22天）。在这样低的水胶比下，对于纯硅酸盐水泥混凝土来说，湿养护2天就足够，而对于掺粉煤灰的混凝土，尽管必须降低水胶比，但实际工程中混凝土湿养护龄期一般不会超过7天，那么大掺量粉煤灰混凝土实际碳化深空隙率较大而较大。(见表2)

2 碳化深度与强度的关系

碳化不会造成混凝土劣化，但是Ca(OH)2碳化后分子体积大约可收缩20%，如果先产生干燥收缩，随后再加上碳化收缩，可能在受约束条件下会产生开裂；重要的是，钢筋在碱性环境下的稳定性会因碱度降低而受到破坏，引起锈蚀。对于混凝土的强度，碳化前后并不会有太大差别，反而会因碳化而提高。对于保护层厚度很小、强度等级低的混凝土，当无有效措施时，应考虑大掺量粉煤灰混凝土早期孔隙率大而发生的碳化对可能引起钢筋锈蚀的影响，碳化后的混凝土不仅碱度下降，且因碳化收缩，尤其是先产生干缩再与相继产生的碳化收缩，会使混凝土孔隙增多、增大造成表面开裂。

例：水泥：150Kg／m3粉煤灰：200Kg／m3掺加引气剂，水胶比0.32—0.35

抗压强度：3d 30Mpa

28d 50Mpa

1Y 80Mpa

3 结束语

粉煤灰中含有较多的SiO2和AI2O3，两者总含量可达60%以上，具有较高的活性，化合能力较强。粉煤灰的密度为水泥的2／3，因此采用大掺量的粉煤灰混凝土可以降低水胶比。因此，不必为碳化深度大小而担心混凝土的强度。