摘要：粉煤灰進(jìn)行磨細(xì)和增加適量熟石灰,在不降低粉煤灰混凝土強(qiáng) 度前提下,可改善混凝土抗碳化性能。本文就改善大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能是促進(jìn)粉煤灰類活性摻合料在混凝土中應(yīng)用進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：混凝土; 碳化; 石灰

　　Abstract: Pulverizing and adding right amount of hydrated lime into the coal ash can improve the carbonation resistance of concrete under the premise of not reducing the strength of the coal ash concrete. This paper discusses that improving the carbonation resistance of large mixing amount coal ash can promote the application of coal ash active admixture in concrete.

　　Key words: concrete; carbonation; lime

　　中圖分類號 : TU528.571文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

　　人們希望混凝土有好的抗碳化性能, 因?yàn)榛炷撂蓟笫湛s將增大, 可能形成不可恢復(fù)的碳化收縮裂紋,并降低混凝土的強(qiáng)度,特別對于鋼筋混凝土碳化最不利的影響就是使堿度降低,使鋼筋的鈍化膜遭到破壞而引起鋼筋銹蝕,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。對于普通混凝土, 由于含有一定的堿儲備和較小的滲透性, 混凝土的碳化很慢, 一般不會因保護(hù)層碳化而導(dǎo)致鋼筋銹蝕。但對于粉煤灰混凝土特別是大摻量粉煤灰混凝土, 由于堿儲備的大量降低,特別在早期的滲透性較大,碳化速度非常快,很容易因碳化導(dǎo)致鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕,最后造成結(jié)構(gòu)破壞。因此改善大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能是促進(jìn)粉煤灰類活性摻合料在混凝土中應(yīng)用的保證。

　　1 粉煤灰混凝土碳化的特點(diǎn)與改善措施

　　混凝土的碳化通常是指空氣中二氧化碳與水泥石中氫氧化鈣作用在有水存在的條件下生成碳酸鈣與水。隨碳化過程,混凝土中Ca +2 的濃度降低,為了維持平衡,氫氧化鈣就會不斷溶解,上述過程反復(fù)進(jìn)行,結(jié)果使液相堿度及堿儲備降低。當(dāng)pH值或Ca(OH)2 降低到一定程度時(shí),周圍其它含鈣水化產(chǎn)物還會分解、碳化而影響混凝土的性能。

　　粉煤灰取代部分水泥后, 首先水泥熟料水化, 生成Ca(OH)2 , pH值到達(dá)一定值后(pH= 12. 2、12. 3) ,Ca(OH)2 將與粉煤灰玻璃體中的活性SiO2 、Al2O3 反應(yīng)生成水化硅酸鈣及水化鋁酸鈣。因此粉煤灰混凝土特別是大摻量粉煤灰混凝土的二次反應(yīng)將消耗大量的Ca(OH)2 ,將使堿儲備、液相堿度降低。很顯然,粉煤灰混凝土的堿儲備減少,碳化中和作用的過程縮短,也就導(dǎo)致粉煤灰混凝土抗碳化性能的降低試驗(yàn)表明,隨著粉煤灰摻量的增加,粉煤灰混凝土碳化速度增加,當(dāng)粉煤灰摻量高于50 %時(shí),碳化速度迅速增加。從二氧化碳的擴(kuò)散及水分滲透來看, 其速度取決于孔隙結(jié)構(gòu)及孔隙率。若想使粉煤灰混凝土

　　和普通混凝土具有相同強(qiáng)度及滲透性,需要較長的養(yǎng)護(hù)期。試驗(yàn)結(jié)果表明,28 天等強(qiáng)度的粉煤灰混凝土與普通混凝土相比, 摻粉煤灰混凝土的試樣較粗孔隙數(shù)量及透氣率比普通混凝土的試樣增加明顯 。隨著粉煤灰摻量的增加,粉煤灰混凝土總孔隙體積是增加的,特別是粉煤灰摻量超過50 %滲透性能迅速增加。

　　從內(nèi)部化學(xué)因素來看,能與CO2 反應(yīng)的物質(zhì)主要是氫氧化鈣。由于粉煤灰混凝土中粉煤灰的二次水化,混凝土中氫氧化鈣的數(shù)量是很少的,NaOH、KOH等堿性物質(zhì)也相應(yīng)較少。如果在混凝土中這些堿性物質(zhì)的濃度特別是氫氧化鈣的濃度越少,混凝土碳化越快。試驗(yàn)表明,在相同透氧率的條件下,摻50%粉煤灰混凝土的碳化深度比普通混凝土高出5mm左右。因此,在粉煤灰混凝土中適量增加堿儲備,在不影響粉煤灰混凝土的強(qiáng)度條件下,應(yīng)該說對抗碳化性能是有利的。適當(dāng)?shù)奶岣邏A儲備,一方面可增加CO2 的反應(yīng)物,另一方面可以補(bǔ)充后期粉煤灰的火山灰反應(yīng)而造成的氫氧化鈣不足,提高混凝土的密實(shí)性,是能夠有效的降低碳化速度的。但是,大氣中的CO2是無限的,而混凝土中的堿儲備是有限的,如果只提高混凝土的堿儲備,而混凝土擴(kuò)散性能較差,將不能很好的改善粉煤灰混凝土的抗碳化性能。因此,從內(nèi)部的物理及物理化學(xué)因素來看,如果能阻止或延緩CO2 等介質(zhì)在混凝土中由表及里擴(kuò)散過程,就能更有效提高混凝土抗碳化性能,也只有在改善粉煤灰混凝土的擴(kuò)散及抗?jié)B性能的基礎(chǔ)上, 才能較長期提高混凝土抗碳化性能。可以說所有提高混凝土抗?jié)B性能的途徑也能提高粉煤灰的抗碳化能力。混凝土中連續(xù)慣通的毛細(xì)孔,在硬化過程中,可以自行封閉起來,降低水灰比,可以將毛細(xì)孔封閉的時(shí)間提前。將粉煤灰磨細(xì),也可降低粉煤灰的需水量, 因此降低粉煤灰混凝土的水灰比, 使粉煤灰混凝土中的連通孔隙封閉的時(shí)間提前, 從而達(dá)到提高粉煤灰混凝土的抗碳化性能的目的。粉煤灰混凝土的碳化是受擴(kuò)散控制的化學(xué)反應(yīng),存在一個臨界孔隙即為rc = 320 ,如毛細(xì)孔隙的孔徑小于rc 時(shí),則擴(kuò)散系數(shù)有較大降低。如果其它條件不變,只要能減小總的孔隙率及細(xì)化孔隙,就利于抗碳化性能的提高。在水泥混凝土中摻入磨細(xì)粉煤灰,既促進(jìn)粉煤灰的二次反應(yīng),又可以提高水泥的水化反應(yīng)。這樣可以提高水化產(chǎn)物及二次反應(yīng)的產(chǎn)物, 來彌補(bǔ)由于水泥用量的減少而減少水化產(chǎn)物的數(shù)量, 增大膠空比,提高粉煤灰混凝土的抗碳化性能。

　　綜上所述,適當(dāng)提高堿儲備,再利用磨細(xì)粉煤灰的減水、活性、微集料效應(yīng)的優(yōu)勢,提高粉煤灰混凝土特別是大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能是比較可行的。

　　2 大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能的試驗(yàn)

　　提高粉煤灰混凝土的堿儲備, 最為經(jīng)濟(jì)的是摻加石灰, 從粉煤灰的水化來看, 摻加石灰也有利于粉煤灰的水化和混凝土的強(qiáng)度發(fā)展。本文試驗(yàn)首先確定在不影響混凝土強(qiáng)度指標(biāo)的前提下?lián)郊邮业目尚行砸约胺N類與摻量,然后考察粉煤灰的細(xì)度和水泥品種對碳化性能的影響。

　　試驗(yàn)中采用徐州棗莊水泥廠的425號普通硅酸鹽水泥與徐州海螺水泥廠的525號普通硅酸鹽水泥。粉煤灰采用原狀灰、磨細(xì)灰、超細(xì)灰三種類型,密度分別為2. 33、2. 56 和2. 70 g/ cm3 ,比表面積分別為440、690 和1 210 m2 / kg。實(shí)驗(yàn)中采用的生石灰磨細(xì)60 min ,消石灰是自然熟化后過0. 08 mm方孔篩。混凝土的粗集料采用5～20 mm石灰石碎石,細(xì)集料采用細(xì)度模數(shù)0. 9 的特細(xì)砂。

　　2. 1 石灰的摻量及類型

　　從粉煤灰活性激發(fā)角度對粉煤灰吸收氫氧化鈣的量進(jìn)行了分析, 認(rèn)為粉煤灰吸收氫氧化鈣的最大量約為粉煤灰重的15 %～30 %。因最終參與火山灰反應(yīng)的是氫氧化鈣, 本文試驗(yàn)中采用生石灰與熟石灰等當(dāng)量對比,摻量為粉煤灰的25%。

　　2. 2 粉煤灰混凝土抗碳化性能的測定

　　混凝土的抗碳化性能以碳化深度來表示。同樣條件下,碳化深度越小,則抗碳化性能越好。

　　試驗(yàn)還考慮到水泥品種、粉煤灰類型和熟石灰摻量等因素的影響。石灰摻量分別為0 %、5 %、10 %(占膠凝材料重量) 。粗集料采用5～10 mm單粒級石灰石碎石。由于只作為對比試驗(yàn),碳化箱內(nèi)的CO2 濃度、溫度、濕度均未恒定控制,但CO2 的濃度抽檢均大于20 % ,超過規(guī)范的規(guī)定。

　　2. 3 粉煤灰混凝土碳化深度測試結(jié)果

　　試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律性非常明顯。隨石灰摻量增加,粉煤灰混凝土抗碳化性能得到明顯改善。熟石灰摻量10 %時(shí), 抗碳化能力比未摻石灰的粉煤灰混凝土可提高一倍以上。采用525號的水泥粉煤灰混凝土的抗碳化性能明顯比采用425 號水泥的粉煤灰混凝土要好,隨粉煤灰細(xì)度增加,粉煤灰混凝土的抗碳化性能也有比較大的提高, 這表明提高混凝土的密實(shí)性也是改善粉煤灰混凝土抗碳化性能的影響措施。

　　在不摻石灰的情況下,粉煤灰磨細(xì)的細(xì)度對碳化深度影響較大, 但摻加石灰后粉煤灰磨細(xì)的細(xì)度對粉煤灰混凝土碳化深度影響不大,這一定程度上可說明摻加石灰對粉煤灰混凝土抗碳化性能作用更為明顯。

　　經(jīng)過長時(shí)間養(yǎng)護(hù)的粉煤灰混凝土在摻加石灰后的抗碳化能力是比較高的。

　　3 結(jié)論

　　1) 補(bǔ)充石灰可以比較顯著提高大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能, 在適當(dāng)?shù)膿搅糠秶鷥?nèi), 對混凝土強(qiáng)度有所提高。

　　2) 采用磨細(xì)粉煤灰,也可提高大摻量粉煤灰混凝土的抗碳化性能。

　　3) 雖然補(bǔ)充石灰和采用磨細(xì)粉煤灰兩種措施而言, 摻加石灰對大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能的提高更為明顯和實(shí)用,但大摻量粉煤灰混凝土的抗碳化性能改善研究還應(yīng)深入。