摘要：粉煤灰進行磨細和增加適量熟石灰,在不降低粉煤灰混凝土強 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粉煤灰類活性摻合料在混凝土中應用進行了探討。

　　關鍵詞：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文獻標識碼： A 文章編號：

　　人們希望混凝土有好的抗碳化性能, 因為混凝土碳化后收縮將增大, 可能形成不可恢復的碳化收縮裂紋,并降低混凝土的強度,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,最終導致結構破壞。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, 一般不會因保護層碳化而導致鋼筋銹蝕。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,很容易因碳化導致鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕,最后造成結構破壞。因此改善大摻量粉煤灰混凝土抗碳化性能是促進粉煤灰類活性摻合料在混凝土中應用的保證。

　　1 粉煤灰混凝土碳化的特點與改善措施

　　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,上述過程反復進行,結果使液相堿度及堿儲備降低。當pH值或Ca(OH)2 降低到一定程度時,周圍其它含鈣水化產物還會分解、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,也就導致粉煤灰混凝土抗碳化性能的降低試驗表明,隨著粉煤灰摻量的增加,粉煤灰混凝土碳化速度增加,當粉煤灰摻量高于50 %時,碳化速度迅速增加。從二氧化碳的擴散及水分滲透來看, 其速度取決于孔隙結構及孔隙率。若想使粉煤灰混凝土

　　和普通混凝土具有相同強度及滲透性,需要較長的養護期。試驗結果表明,28 天等強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。

　　從內部化學因素來看,能與CO2 反應的物質主要是氫氧化鈣。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量是很少的,NaOH、KOH等堿性物質也相應較少。如果在混凝土中這些堿性物質的濃度特別是氫氧化鈣的濃度越少,混凝土碳化越快。試驗表明,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度條件下,應該說對抗碳化性能是有利的。適當的提高堿儲備,一方面可增加CO2 的反應物,另一方面可以補充后期粉煤灰的火山灰反應而造成的氫氧化鈣不足,提高混凝土的密實性,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,從內部的物理及物理化學因素來看,如果能阻止或延緩CO2 等介質在混凝土中由表及里擴散過程,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散及抗滲性能的基礎上, 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滲性能的途徑也能提高粉煤灰的抗碳化能力。混凝土中連續慣通的毛細孔,在硬化過程中,可以自行封閉起來,降低水灰比,可以將毛細孔封閉的時間提前。將粉煤灰磨細,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間提前, 從而達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散控制的化學反應,存在一個臨界孔隙即為rc = 320 ,如毛細孔隙的孔徑小于rc 時,則擴散系數有較大降低。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粉煤灰,既促進粉煤灰的二次反應,又可以提高水泥的水化反應。這樣可以提高水化產物及二次反應的產物, 來彌補由于水泥用量的減少而減少水化產物的數量, 增大膠空比,提高粉煤灰混凝土的抗碳化性能。

　　綜上所述,適當提高堿儲備,再利用磨細粉煤灰的減水、活性、微集料效應的優勢,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

　　提高粉煤灰混凝土的堿儲備, 最為經濟的是摻加石灰, 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度發展。本文試驗首先確定在不影響混凝土強度指標的前提下摻加石灰的可行性以及種類與摻量,然后考察粉煤灰的細度和水泥品種對碳化性能的影響。

　　試驗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、磨細灰、超細灰三種類型,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。實驗中采用的生石灰磨細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,細集料采用細度模數0. 9 的特細砂。

　　2. 1 石灰的摻量及類型

　　從粉煤灰活性激發角度對粉煤灰吸收氫氧化鈣的量進行了分析, 認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的是氫氧化鈣, 本文試驗中采用生石灰與熟石灰等當量對比,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,碳化箱內的CO2 濃度、溫度、濕度均未恒定控制,但CO2 的濃度抽檢均大于20 % ,超過規范的規定。

　　2. 3 粉煤灰混凝土碳化深度測試結果

　　試驗結果規律性非常明顯。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, 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,粉煤灰磨細的細度對碳化深度影響較大, 但摻加石灰后粉煤灰磨細的細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。

　　經過長時間養護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 結論

　　1) 補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, 在適當的摻量范圍內, 對混凝土強度有所提高。

　　2) 采用磨細粉煤灰,也可提高大摻量粉煤灰混凝土的抗碳化性能。

　　3) 雖然補充石灰和采用磨細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用,但大摻量粉煤灰混凝土的抗碳化性能改善研究還應深入。