大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能研究

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发布时间：2021-09-08

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大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能研究
张小艳，许建民2，杜应吉
(1．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100； 2．杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100)
摘要：采用快速碳化试验方法研究了粉煤灰超量取代水泥量分别为0、20％、40％、60％、80％的粉煤灰混凝土
在不同水胶比情况下的碳化性能。试验研究表明：粉煤灰掺量和水胶比是大掺量粉煤灰混凝土抗碳化的重要
因素，其中水胶比是关键因素。在保证低水胶比的情况下，大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能可以满足工程
要求；大掺量粉煤灰混凝土的碳化深度随龄期的延长而增加。
关键词：粉煤灰掺量；水胶比；抗碳化性能；碳化深度
中图分类号：TV42．3 文献标识码：A
混凝土是当今世界上最主要的建筑材料，我国是
目前混凝土用量最大的国家。然而，国内外众多实例
表明，混凝土材料并不像期望的那样耐久，很多工程未
达到设计寿命就出现耐久性劣化的现象，发生严重的
工程事故，造成巨大的社会和经济损失¨J。混凝土的
强度和耐久性是混凝土结构质量的两个重要因素，混
凝土的耐久性劣化主要由两方面原因造成：① 混凝土
的劣化，包括热处理，化学和生物反应对性能的影响；
② 钢筋的锈蚀，混凝土的抗碳化性能是混凝土耐久性
的重要组成部分 J。特别是对于钢筋混凝土，其碳化
最不利的影响就是使碱度降低，并使钢筋的钝化膜遭
到破坏而引起钢筋锈蚀，最终导致结构破坏。
用粉煤灰部分代替水泥，不仅降低了工程造价，而
且改善和提高了混凝土的性能，也可节约水泥和处理
电厂废弃物，是高性能混凝土的理想掺和料。中国
是世界上最丰富的煤资源国家之一，火力发电是我国
发电厂的主体，随着经济的发展，粉煤灰的排放量，利
用量，利用率在同步增长。但目前对粉煤灰掺加到}昆
凝土后对其抗碳化性能的影响争议颇多，有些试验结
论则是截然相反的，这对工程中大量使用粉煤灰有很
大影响 J。本文针对目前大掺量粉煤灰混凝土的研
究现状，采用快速碳化方法，试验分析大掺量粉煤灰混
凝土的碳化性能。
1 混凝土的碳化机理
混凝土的碳化是指：水泥石中的水化产物与环境
中的CO 相互作用，生成碳酸盐或其他物质，降低pH
值，改变混凝土内部组成结构，影响混凝土性能的一个
复杂的物理化学过程。混凝土是一个多孔体，在其内
部存在大小不同的毛细管、空隙、气泡，甚至缺陷。形
成了一个含固相、液相和气相的非均匀体。碳化是一
个由表及里，缓慢向内部发展的过程，所以碳化反应是
呈阶梯状进行的。混凝土的碳化可以用下列化学方程
式表示；
Ca(OH)2+CO2_÷CaC03+H2O
C —S—H +CO2—}CaC03+H2O
从理论上说，未碳化混凝土的pH值约为12．5，完
全碳化的混凝土的pH值为7，而7≤pH≤12．5的为部
分碳化区。
影响混凝土碳化的因素有：① 外界环境CO 的浓
度。环境中的CO 浓度越高，碳化越严重。② 环境的
湿度。环境的湿度对混凝土的碳化影响很大，当相对
湿度为55％时，碳化收缩达到最大值。③ 内部的化
学因素。水泥石中ca(OH) 数量越多，它与CO 反
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