聚羧酸高效减水剂对混凝土抗碳化性能的影响

张 勇

(广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 概述

混凝土碳化会导致混凝土的碱度降低，使混凝土对钢筋的保护作用失效，导致混凝土结构中钢筋锈蚀和结构破坏，已成为影响混凝土结构耐久性的重要问题之一[1]。近年来随着气候变暖、CO2浓度升高等环境变化以及混凝土原材料的变化，混凝土碳化加快的问题越加突出。减水剂作为混凝土第五种重要组分，能明显改善混凝土的性能，例如改善工作性、提高混凝土的力学性能以及耐久性等，给混凝土技术带来质的飞跃。聚羧酸高效减水剂具有绿色环保、用量少、减水率高、分散性好、引气等优点一直备受青睐，成为应用研究最广的一类减水剂[2]。聚羧酸高效减水剂能够有效改善混凝土内部的孔结构[3]，形成独立分散的微孔，提升混凝土内部微孔所占的体积比，进而提高混凝土的抗渗性和抗碳化性。

目前，有关减水剂对混凝土抗碳化性能的影响，大多数研究都是以控制混凝土和易性满足要求的前提下进行的，因此在保证和易性不变的条件下减水剂的掺入必然会降低水胶比，使得混凝土内部结构更加密实，孔隙率降低，进而提升混凝土的抗碳化性能。在水胶比和强度不变的情况下，减水剂对混凝土的抗碳化性能是否产生影响尚不明确。现场施工过程中，混凝土由于长距离、长时间运输造成坍落度损失，运到现场的混凝土经常需要二次掺加减水剂快速搅拌以满足入模坍落度的要求，这种以改善和易性而掺入减水剂对砼抗碳化性能的研究甚少。因此，本文研究在保证水胶比不变的情况下，聚羧酸高效减水剂对混凝土抗碳化性能的影响。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料及配合比

考虑到水泥中混合材对试验结果的不利影响，水泥采用基准水泥P·I42.5，其化学成分和物理性能分别见表1和表2。试验用水采用蒸馏水，消除杂质离子影响。粗骨料采用5～31.5mm连续级配花岗岩碎石；细集料采用细度模数为2.7的天然河砂。减水剂采用江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，固含量28%，减水率29%，推荐掺量0.6%～0.8%。试验所用的混凝土配合比如表3所示，在同一水胶比下，分别采用不同减水剂掺量0.4%、0.6%和0.8%配制混凝土试件，成型尺寸为100mm×100mm×100mm，测其28d碳化深度的变化。

表1 水泥的主要化学成分 (单位：%)

表2 水泥的物理力学性能

表3混凝土配合比(单位：kg/m3)

水胶比W/CWCSGSp/(%)0.501763526921 130380.451763916601 123370.401764406241 11036

1.2试验方法

本试验中试件成型及养护依照《普通混凝土力学性能试验方法》(GB 50081)进行，混凝土碳化性能试验依照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB 50082)进行。二氧化碳浓度20±3%，相对湿度分别采用75%、54%，碳化28d取出试件测定碳化深度。碳化深度测定：相关研究表明[2]酚酞指示剂法精确度低，并且不能显示部分碳化区，因此本文采用化学分析法[4]。将碳化之后的试件由表及里分层切取不同深度的薄片，烘干研磨并通过0.16mm的方孔筛，采用碳酸盐定量测定装置测定每片试件中CaCO3含量，通过绘制CaCO3含量—深度曲线，区分混凝土碳化试验后的完全碳化区、部分碳化区和未碳化区[4-6]。

2 聚羧酸减水剂对混凝土碳化性能的影响

2.1 相对湿度75%下减水剂掺量对混凝土抗碳化性能的影响

图1表明：水胶比为0.40时，掺入减水剂的混凝土表层产生的CaCO3含量略高于空白组，最大CaCO3仅有9%左右，混凝土碳化程度很低，基本上未发生碳化，减水剂的掺入对混凝土的抗碳化性能影响不明显。这主要是由于水胶比低混凝土内部结构密实；同时碳化湿度较高，CO2向内部扩散较困难所致。

图1 减水剂掺量对混凝土碳化的影响(W/C 0.40 RH75%)

图2表明：水胶比0.45时，表层CaCO3含量相对于水胶比0.40时明显升高，但只在混凝土的表层生成少量CaCO3，碳化程度仍然较低，发生部分碳化。掺入减水剂的混凝土表层产生的CaCO3含量和空白组基本相等，不能看出减水剂对混凝土的碳化产生影响。这可能与水胶比对混凝土碳化性能影响有关。

图2 减水剂掺量对混凝土碳化的影响(W/C 0.45 RH75%)

图3表明：水胶比为0.50时，减水剂对混凝土的碳化性能产生影响作用，但所有试件都没有完全碳化区，这可能与湿度较高以及碳化时间不够有关。减水剂掺量为0.8%时，与其他组相比CaCO3明显升高，碳化程度有所增加。但掺量为0.4%和0.6%与空白组相比未见明显差别。减水剂具有一定的分散作用，在适量掺量范围内能够增加混凝土的流动性，但对混凝土的碳化性能不会产生明显影响。当水胶比较高时，由于减水剂的掺量过大，减水剂的分散作用加强，会导致混凝土有轻微泌水，影响混凝土内部微孔结构，对混凝土的抗碳化性能不利。

图3 减水剂掺量对混凝土碳化的影响(W/C 0.50 RH75%)

2.2 相对湿度54%下减水剂掺量对混凝土抗碳化的影响

从图4～图6可以看出：湿度54%时，水胶比0.40的混凝土碳化程度很低，基本没有碳化。水胶比为0.45时，碳化程度依然较低，所有试件均未出现完全碳化区。但是同湿度75%相比，0.4%掺量和空白组混凝土的最大CaCO3含量明显增大。掺量分别提高到0.6%、0.8%时，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。这可能与湿度变化有关，湿度降低混凝土的碳化速率加快，但减水剂掺量增大，分散作用会释放更多的自由水进入内部微孔，造成内部微孔环境湿度增加，进而碳化速率降低。水胶比增加到0.50时，与湿度75%相比图6中出现了完全碳化区，这与湿度变化有关。同空白组相比，掺量为0.4%和0.6%混凝土的完全碳化区和部分碳化区宽度基本未发生变化，掺量为0.8%混凝土其完全碳化区和部分碳化区宽度均大于空白组，这与减水剂掺量过大有关。

试验结果表明，本试验虽然采用了两种不同湿度条件75%和54%，且54%湿度下碳化程度略高，但其碳化趋势基本一致。

图4 减水剂掺量对混凝土碳化的影响(W/C 0.40 RH54%)

图5 减水剂掺量对混凝土碳化的影响(W/C 0.45 RH54%)

图6 减水剂掺量对混凝土碳化的影响(W/C 0.50 RH54%)

在低水胶比下，聚羧酸高效减水剂的分散作用虽然会改善混凝土的流动性，但对孔结构的改善无明显作用，混凝土的碳化性能主要受水胶比的影响。当水胶比较大时，聚羧酸高效减水剂的掺入对混凝土的碳化性能并无明显改善，甚至在掺量过大时对混凝土的碳化性能造成不利影响。减水剂掺量较高时其对水泥的分散作用加强，会释放大量的自由水，多余的水会在混凝土内部形成更多的孔，甚至造成混凝土泌水形成连通的孔道，增加混凝土的碳化速率。

通过改善混凝土的和易性进而降低水胶比，这是减水剂能够改善混凝土抗碳化性能的基础。本试验结果表明，单纯掺加减水剂并不会提高混凝土的抗碳化性能，反而在水胶比较大、外加剂掺量较大的情况下会对混凝土的抗碳化性能造成不利影响。

3 结论

(1)当水胶比≤0.45时，减水剂的掺入能够增加混凝土的流动性，同空白组相比，混凝土碳化程度并未发生明显差异，聚羧酸高效减水剂对混凝土的抗碳化性能基本没有影响。

(2)当水胶比为0.50，较低掺量减水剂对混凝土的碳化作用不显著，但掺量较高时(0.8%)，对混凝土的抗碳化性能不利。

(3)减水剂对混凝土抗碳化性能提高是在降低水胶比的基础上产生的，若单纯增加流动性，聚羧酸高效减水剂的掺入对混凝土的碳化性能没有任何提升，甚至会造成不利影响。