掺膨胀剂粉煤灰混凝土的碳化性能与微观机理.pdf

2 0 1 1年 第 2 期 (总 第2 5 6 期) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 5 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERL AND ADM l CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 2 0 1 6 掺膨胀剂粉煤灰混凝土的碳化性能与微观机理 水 中和 ，屠柳青 ， ( 1 武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ；2 徐文冰 。马军涛 中交武汉港湾工程设计研究 院有限公司 ，湖北 武汉 4 3 0 0 7 1 ) 摘要 ： 混 凝土 的抗 碳化性 能是其 耐久性研 究的重 要 内容 。研究 了复掺膨 胀剂和 粉煤灰对 混凝土 抗碳化 能力 的影响规 律 ， 并 通过 压汞分析、 热重一 差示扫描量热( T G D S C ) 分析等微观分析方法研究碳化反应前后混凝土微结构的改变。 研究结果表明 ： 大掺量粉煤 灰将 降低混凝 土 内部 Ca ( O H) 含量 ， 加速 混凝土 的碳 化 ， 掺人膨胀 剂加速 粉煤灰 混凝土 的碳化速 率 。 掺 人粉煤 灰能减小 混凝 土大孔 的分 布 ， 转 化成 为小孔 ， 对 混凝土 的孔 结构分 布具有 明显 的改善 作用 。 膨胀 剂 的掺入 会增加 粉煤 灰混 凝土 的孔 隙率及 大孔 分 布 ， 并 加 速碳 化速率 。 混凝 土的 C a ( 0H) 含量是影 响粉煤灰 混凝土碳 化速率 的主要 因素 。 膨胀 剂引起粉 煤灰混凝 土 的孔 结构 改变 ， 进 而影 响其抗碳 化性能 。 关键词： 膨胀剂 ；粉煤灰混凝 土；碳化 ；热重一 差示扫描量热分析 ；压汞分析 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 4 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 0 0 0 0 Car b ona t i on of f l y as h c on c r e t e wi t h e xpa ns i ve a dm i x t ur e s S HUI Z ho n g- h e ， TU L i u q i n g r 一， X U W e n b i n g , M A J u n t a o ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， Wu h a n Un i v e r s i t y a n d T e c h n o l o g y ， Wu h an 4 3 0 0 7 0 ， C h in a ； 2 CC C CWu h a nHa r b o u r E n g i n e e r i n gDe s i g n a n d Re s e a r c hC o ， L t d ， Wu h an 4 3 0 0 7 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ca r b o na t i o n r e s i s t a nc e o f c o n c r e t e i s a n i mp o r t a n t p a r t o f c o n c r e t e d u r a bi l i t yTh i s pa p e r ma i n l y s tud i e s t h e c o mp l e x mi x e d wi t h e x p a n s i v e a g e n t a nd fly a s h o n t h e c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e of c o n c r e t e d i s c i p l i ne ， a n d a n a l y z e s mi c r o s t r u c tur e c h a n g e s o fc o n c r e t e b e f o r e and a Re r c a r - b o n a t i o n b y me r c u r y i n t r u s i o n ana l y s i s ， t h e r mo g r a v i me t r i c d i ff e r e n t i a l t h e r ma l s c a n n i n g ( T G DS C) c o u p l e d a n a l y s i s me t h o d s T h e r e s u l s h o w t h a t h i g h v o l u me fl ya 鸯 h c o n c r e t e wi l l r e d u c e t h e i n t e ma l C a ( O H) 2 c o n t e n t ， and a c c e l e rat e c a r b o n a t i o n o f c o n c r e t e ， me a n w h i l e ， e x p a n s i v e a d mi x t u r e wi l l a c c e l e r a t e c a r b o n a t i o n o f fl y a s h c o n c r e t e Fl y a s h c a n r e d u c e t h e l arg e p o r e d i s t ri b u t i o n of c o n c r e t e， an d t r a n s l a t e d i n t o s ma l l h o l e s ， wh i c h ma r ke d l y i mp r o v e s t h e p o r e s t r u c t u r e d i s t r i b u t i o n o f c o nc r e t e E x pa n s i v e a g e n t wi l l i n c r e a s e t h e p o r o s i ty of fly ash c o n c r e t e a n d l a r g e p o r e d i s t db u t i o n ， and s p e e d u pt h e c ar b o n a t i o n r a t e T h e C a ( OH) 2 c o n t e n t o f c o n c r e t ei s t h e ma i nf a c t o r o nc o n t r o l l i n g c a r b o n a t i o n r a t e E x p a n s i v ea g e n t wil l c a u s e t h e p o r e s t r u c t u r e c han g e s an d a ffe c t t h e c arb o n a t i o n a b i l i t y o f fly a s h c o n c r e t e f u r t h e r Ke yw o r ds ： e x p a n s i v e a d mi x t u r e ； fl ya s h c o n c r e t e； c a r b o n a t i o n； TG DS C； me r c a r yi n t r u s i o n a n a l y s i s 0 引言 混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳( C O ) 渗透到混凝土 内部， 与水泥水化产物发生化学反应而使混凝土碱度降低的过 程。 它使混凝土失去对钢筋的保护作用， 引起钢筋生锈。 由于混 凝土的碳化是一 个长期而缓慢 的过程 ， 在混凝土耐久性评估过 程中容易被忽视。 在一些地下空间( 如停车场 、 办公区、 购物区、 餐厅等) 中， 空气中的 C O 含量较大气高出数倍l 1 。 混凝土长期 暴露在这种高 C O 浓度的环境中， 碳化反应加速 ， 混凝土结构 的钢筋锈蚀问题更为突出， 严重影响了结构安全和使用寿命目 。 现代混凝土工程广泛使用各种高性能的矿物掺合料 ， 如磨 细矿渣微粉和粉煤灰。 这些矿物掺合料一方面可以大幅降低混 凝土的成本 ， 另一方面也可以改善混凝土的各种性能， 提高混 凝土的性价比。 尤其是优质粉煤灰的使用，不仅可以改善新拌 混凝土的工作性 ， 还可 以提高混凝 土的某些长期性能。 但是 ， 由于粉煤灰的二次水化作用将消耗水泥熟料水化产 生的氢氧化钙( C a ( OH) ) ， 降低混凝土内部溶液的碱度 ， 加速混 凝土的碳化速率， 对钢筋混凝土耐久性造成不利影响 。 膨胀剂由于具有补偿收缩的特性， 在现在的混凝土工程中 的应用越来越广泛 1 0 - 12 】 。 膨胀剂也常被用来改善粉煤灰混凝土 的体积变形 ， 减少粉煤灰混凝土的收缩， 保证混凝土工程的结 构稳定 l 3 _3 m 。 既有研究中， 关于掺膨胀剂粉煤灰混凝土的抗碳化 性能研究还少见报道， 赵顺增【 等人的对此的研究表明在掺粉 煤灰的混凝土中加入适量膨胀剂 ， 能够显著提高混凝土的抗碳 化能力， 其原因主要是膨胀剂密实了混凝土结构和增加了体系 中 Ca ( OH) 2 的 含量 。 本试验主要针对掺膨胀剂粉煤灰混凝土碳化过程中微观 结构的变化规律进行了研究， 利用热重一 差热耦合分析( T G D S C ) 技术测试碳化前后不同龄期混凝土内部 C a ( O H) ： 含量的变化 ， 通过压汞分析( M1 P) iJ 试掺膨胀剂粉煤灰混凝土碳化前后孔隙 结构的改变规律， 探讨和分析了掺膨胀剂粉煤灰混凝土的抗碳 化性能改变的机理。 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 9 1 9 基金项目：国家 自然科学基金 ( 5 0 8 0 2 0 6 7 ) ； 中央高校基本科研业务费专项资金资助( 2 0 1 0 V I O I 1 ) 5 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 试验方案 1 1 原 材料 水泥为华新水泥股份有 限公 司生产 的 P I 5 2 5级水 泥 ， 密 度为 3 1 1 g c m3 , 勃氏比表面积为 3 3 6 1T I g 。 粉煤灰为武汉青山 电厂生产的级粉煤灰， 密度为 2 1 1 g c m3 ， 勃氏比表面积为 3 2 6 mV k g 。 膨胀剂为天津豹鸣股份有限公司生产的HC S A型高 性能膨胀剂。 水泥， 粉煤灰和膨胀剂的化学成分见表 1 。 减水剂 采用武汉港湾新材料公司生产的 L N S P型聚羧酸高效减水剂， 减水率为 2 9 1 。 表 1 水 泥、 粉 煤灰和膨胀剂 的化学成分分析 材料Na 2 0 Mg O A 1 203 S i O 2 P 2 O5 S O3 K20 C a O T i O2 F e 2 03 L o s s 水泥0 1 3 1 6 1 3 9 2 1 9 3 7 0 0 5 0 8 1 0 5 9 6 8 3 0 3 2 3 6 9 1 0 9 粉煤灰 0 3 5 0 3 7 3 0 1 8 5 4 3 8 0 1 2 0 4 9 1 6 5 2 -3 9 1 4 1 4 9 2 3 4 4 膨胀剂 0 0 9 2 5 6 1 5 2 2 1 8 8 7 0 1 0 7 7 1 0 5 7 4 8 3 8 0 6 1 1 7 7 3 9 6 细集 料为 巴河黄砂 ， 细度模数 为 2 3 0 ， 属 中砂 。 粗集 料为 5 2 5 mm连续级配区阳新碎石。 拌合水为洁净 自来水。 1 2混凝 土 配合 比 设计 8组不同配合比的 昆 凝土， 分别用不同的粉煤灰和膨 胀剂掺量来取代等质量的水泥， 其配合比见表2 。 表 2混凝土配合比及 拌合物 工作性能 注 ： 各组混凝土配合 比水灰 比均 为 O 4 5 。 1 3 试件制备及养护 新拌混凝土拌合物丁作性能按照 G B T 5 o o 8 o -2 o o 2 ( 普通 混凝土拌合物性能试验方法标准 进行测试 ， 试验结果见表 2 。 各龄期力学性能按照 GB T 5 0 0 8 1 2 o 0 2 普通混凝土力学性能 试验方法标准 进行测试 ， 试验结果见表 3 。 混凝土加速碳化速率 试验按照 G B J 8 2 8 5 普通混凝土长期性 能和耐久性能试验 方 法 的规定进行 ， 具体试验方法如下。 混凝土加速碳化试验采用棱柱体试件， 尺寸为 1 0 0 mmx 1 0 0 m mx 4 0 0 IT I1 T I 。试件成型后 2 4 h 拆模 ， 经标准条件( 日9 0 ， T - ( 2 0 3 ) ) 养护 2 6 d 后置于 6 0烘箱中烘干 4 8 h 。试样保 留 两相对侧 面 ， 其余 表面用石 蜡密封 ， 按要求 放入混凝 土快速碳 化试验箱 ( 尺 日 = ( 7 0 5 ) ， ( 2 0 3 ) ， C = ( 2 0 3 ) ) 中 ， 并在 碳化龄期达到 3 、 7 、 2 8 d时， 分别测试各龄期混凝土的碳化深度。 混凝土试样破型成小颗粒后在 1 0 5烘干 2 4 h后进行 T G D S C 分析和 MI P分析。 2 试验 结果与分析 2 1 抗压 强度 分析 混凝土抗压强度试验结果见表 3 。 通过试 验数据 可以得 出， 掺人大量粉煤灰对混凝土 的抗压强度有 比较 明显 的影 响 ， 尤 其 掺入 5 0 的粉煤灰时 ， 抗压强度较没掺粉煤灰的相 比下降较多 ， 3 、 2 8 d抗压强度下降幅度分别达到 3 2 8 和 3 4 1 ， 但随着水化 龄期的延长 ， 掺人大量粉煤灰对混凝 土的抗 压强度影响逐渐减 小， 强度损失逐渐减小。 掺人膨胀剂会略微减小混凝土的 3 d 抗 压强度 ， 并 随着膨胀剂掺量的增加 ， 3 d抗压强度的损失也增加 ， 表 3不同龄期的混凝 土抗压 强度试验结果 MP a 组别F O E 0 F 3 0 E 0 F 5 0 E 0 F 3 0 E 2 7 d 3 4 5 31 4 2 3 2 3 O8 28 d 4 40 3 7 6 2 90 3 7 4 5 6 d 48 5 41 5 3 65 4 0 2 1 1 8 d 48 4 4 6 7 4 58 5 0 2 F3 0 E 4 F 3 0 E6 F 3 O E8 F3 0 El 0 3 0 4 3 6 8 43 8 48 7 2 7 - 2 3 7 2 4 0 3 4 8 1 2 9 5 3 7 4 4 3 7 5 2 1 2 8 5 3 6 7 41 0 46 5 但膨胀剂 的掺入对混凝 土的 2 8 、 5 6 d抗压强度并没有 明显 的影 响， 与没掺粉煤灰的试样相比抗压强度接近， 在 l l 8 d时甚至更大。 2 2碳化 深度 分析 对 F O E 0 F 3 0 E1 0各组试件进 行加 速碳化试验 ， 碳化龄期分 别为 3 、 7 、 2 8 d后用酚酞指示剂法测 量碳化深度 ， 测试结果见 表 4和图 1 。 由此试验结果可知， 掺人大掺量的粉煤灰会加速混 凝土的碳化 ， 并且 随着粉煤灰掺量 的增加 ， 混凝土加速碳化速率 也相应大幅增大。 另外， 在含 3 0 粉煤灰的混凝土中掺人膨胀剂 也会增 大混凝土 的 3 、 7 、 2 8 d的碳化 速率 。 从 图 1中可知 ， 在含 3 o 0 灰的混凝土 中再掺人 2 0 0 的膨胀剂时， 其 3 d的碳化深度 要低于未掺膨胀剂的 ， 而 7 d的碳化深度与之接 近 ， 2 8 d的碳化 深度则是明显高于未掺膨胀剂的试样。 而掺人 4 的膨胀剂， 各 龄期的碳化深度与未掺膨胀剂的相比均要大。 掺人 6 、 8 和 1 0 的膨胀剂时 ， 碳化 3 d龄期 的碳 化深度均 大于未掺膨胀 剂 的试样， 但随着碳化龄期的延长， 在碳化 2 8 d时， 与未掺膨胀剂 的相比各组碳化深度基本相当 ， 只有掺 8 的略大。 表 4不 同碳化龄期的混凝土碳化深度 mm 碳化 龄期 ， d 图 1 不 同膨胀剂掺量对掺 3 0 粉煤灰 混凝 土碳化深度的影响 5 3 4 2 O 8 6 4 2 0 g叫 隧 崔 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 - 3 TG DS C 分 析 T G D S C分析是一种通过分析物质在不同温度下的质量变 化来鉴别和定量测试物质化学组成及含量的方法。 水泥石随着 温度升高 ， 自由水在 1 0 0脱去 ， 在 1 0 0 , - 4 0 0时脱去孔隙水 和层间水 ， C a ( O H) 将在 4 0 0 -6 0 0时分解 ， 而 C a C O 将在 7 0 0分解。 本试验对 F O E 0 、 F 3 0 E 0 、 F 5 0 E 0 、 F 3 0 E 2 、 F 3 0 E 6 、 F 3 0 E1 0碳化 前 和碳化 2 8 d后的混凝 土试件碳化 区取净浆进行热重分析 ， 其 C a ( O H) 2 和 C a C O 3 含量见表 5 。 根据碳化反应式( 1 ) ， 由 C a ( O H) ： 碳化生成 的理论 C a C O 含量通过式( 2 ) 计算。 C a ( OH) 2 + C O2 - - C a C Oa + H 2 O ( 1 ) m 1 3 5 m 。 ( 2 ) 式中 ： m 一 氢氧化钙 质量 ； m 一 氢氧化钙碳化反应生成的碳酸钙的质量。 由表 5中数据可以看出， 混凝土在标准养护 2 8 d 后 ， 随着 粉煤灰掺量的增加( 分别掺人 3 0 和 5 0 的粉煤灰) ， 水泥浆中 C a ( O H) 含量逐渐降低。 而在掺入 3 0 粉煤灰混凝土中在掺入 膨胀剂时， 随着膨胀剂掺量的增加， 水泥浆中C a ( O H) 含量逐 渐上升。 对比理论计算和试验测得的 C a C O 含量可以得出， 在碳 化 2 8d 后， C a C O 不仅仅来源于C a ( O H) ： 和 C O ： 的碳化反应 ， 还可能来源于其他水化产物( 如C S H和钙矾石) 的碳化反应 2 O l 。 表 5 碳化前和碳化 2 8 d后混凝土中 C a ( OH) 和 Ca CO3 的含量 组别 F O E 0 F 3 0 E 0 F S O E 0 F 3 0 E 2 F 3 0 E 6 F 3 0 E 1 0 C a ( OH) 2 ， ( 0 d ) 7 9 3 5 7 1 4 1 1 9 8 4 1 0 1 3 1 0 3 7 C a ( OH) 2 ， ( 2 8 d ) 6 5 8 0 0 0 0 0 C a CO 3 ， ( 0 d ) 9 9 1 9 1 7 5 8 0 2 7 3 3 6 6 6 8 7 理论 Ca c 03 含量( 2 8 d ) 1 1 7 3 1 6 2 9 1 1 3 5 1 6 0 3 1 7 3 5 2 0 8 8 实测 Ca C O3 含量( 2 8 d ) 1 3 0 4 1 8 9 1 1 9 5 0 3 2 5 3 2 0 2 0 2 3 0 3 2 4 孔 结构 分析 利用压汞试验 ( M ) 测试 F O E 0碳化前和加速碳化 2 8 d后 碳化 区域的孔隙结构 ， 其孑 L 隙分布见图 2 。 从 图可以看出 ， 累计孔 隙率在碳化 2 8 d后从 0 0 7 8 4 mL g下降到 0 0 5 6 6 mL g ， 在碳 化 2 8 d后， 分布在 2 0 0 3 0 0 0 n i n孔径内的孔要明显多于碳化 前的试样， 碳化前试验的孔径主要分布在 t 0 - 2 0 0 a m。一方面， 葡 吕 咖 一 ： 砥 O 0 4 _ |一 。 L 誊 孔径 n m ( b ) 分 计进 汞量 图 2 F O E O在碳化前和碳化 2 8 d后混凝土孔结构的变化 5 4 碳化 反应降低 了混凝土的孑 L 隙率 ； 另一方面 ， 碳化试样 的最 可 计孔 径大于未碳化 试样 ， 说明经过碳 化反应 ， 混凝土 中的小孔 相互连通变成了大孔 。 掺人3 咖5 灰的混凝土在碳化前后的孔结构如图3 所示。由图3中可以得出， 碳化反应对混凝土存在密实效应。 在碳 化 2 8 d后， F 3 0 E 0 和 F 5 0 E 0 试样总孔体积分别从 0 0 8 0 5m L g下 降到 0 0 7 3 8 mL g和 0 1 0 7 2 m ug下降到 0 0 8 5 0 mL g 。 而且 1 0 2 0 0 n m的孔比例明显减少， 而 2 0 0 5 0 0 0 n I n的孔体积比例显 著增加 ， 如图 3 ( b ) 、 ( d ) 所示。 g 删 一 型 士 蹦； 量 咖 宣 ： 噼 奇 g 删 孔 径 n m ( a ) 累计孔 隙率 孔 径 n m ( b ) 分计 进汞量 孔径 n m ( c ) 累计孔隙率 孔 径 n m ( d ) 分计进 汞量 图 3 F 3 O E O 、 F 5 O E O试样碳化前和碳化 2 8 d后孔结构变化 在混凝土中掺入 3 0 o 煤灰和 6 膨胀剂， 在碳化 2 8 d后混 凝土的总孔隙率和总孔体积分别从 2 0 0 5 6 和 0 0 9 9 4 mL g 下 降到 1 4 2 9 7 2 和 0 0 6 9 0 mL g 。同时， 1 0 - - -2 0 0 n m的孔径分布明显 向 2 0 0 5 0 0 0 n i n孔径分布转化 ， 如图 4 所示。 3 试验 结果分析 与讨论 3 1 粉煤灰和碳化对混凝土孔结构的影响 掺入粉煤灰对混凝土的孔结构分布的改善作用主要是由 于粉煤灰的二次水化作用 ， 与 C a ( O H) ： 作用生成 C _ S - H凝胶， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吕 鲫 ： 嘴 旦 孔径 n m ( a ) 累计孔 隙率 孔 径 n m ( b ) 分 计进汞 量 图 4 F 3 0 E 6在碳化前和碳 化 2 8 d后混凝土孔结构的变化 大量定向排列的C H晶体转化成 c S H和 C A H及其他相， 减 少了内部具有取向性的 C H数量 ， 减小 了连通孔隙率 ， 减小了 大尺寸孔隙增加了小尺寸孑 L 隙。 而碳化作用对混凝土 内部 的孔 隙结构的密实作用主要是 由于在碳化 2 8 d 过程 中 ， 混凝土 中未 水化完全 的 C ， S和 C S进 一步水 化生成新 的大颗 粒结 晶态 的 C a ( O H) ： 颗粒 ， 增加了连通孑 L 的数量 。 另一方面 ， 碳化反应将大 颗粒结 晶态 的 C a ( OH) ： 颗粒 向较小颗粒方解石 的转变 ， 又会填 充混凝 土内部的孔 隙 ， 减少 了连通孔 ， 增加 了独立孔的数量 ， 改 善大孑 L 结构， 这与陈伟2 1 等人的研究结果相符， 他研究了碳化反 应对粉煤灰混凝土显微结构的影响， 并提出碳化反应可以引起 大颗粒结晶态的 C a ( OH) 晶体向晶粒 较小 的方解石转变 ， 从而 可以填充水泥浆体内部 的孔隙 ， 使 得水 泥浆体更为密实 。因此 ， 在碳化 2 8 d的过程 中 ， 两种 因素相互 作用 ， 最 后导致混凝 土 中 的大尺 寸孑 L 径 的独 立孑 L 分布增 加 ， 但 连通孔 数量减少 ， 混凝 土 内部的总孑 L 隙率减小 ， 混凝土孔径分布更加均匀， 混凝土结构 也变得更为密实 。 3 2 膨胀剂对粉煤灰混凝土孔结构和碳化速率的影响 当在掺人 3 0 粉煤灰 的混凝土再掺人 6 膨胀 剂 ， 在标准 养护的 2 8 d后 ， 导致其总孑 L 隙率和连通孔数量增加， 并且与没 有掺膨胀剂的相比还加快了混凝土的碳化速率。 而赵顺增的 研 究也 表明掺膨胀剂 的混凝 土 ， 在膨胀剂掺量较大 时会 导致膨 胀率增大， 孑 L 隙率增加， 抗压强度降低， 碳化加速。同时， 这点也 与表 3和图 l 中试验结果相吻合。 分析其原因是由于 C O 更容 易的从连通孔向混凝土内部侵蚀， 其结果导致掺膨胀剂的混凝 土碳化反应和程度更为剧烈 ， 这也是加速碳化 3 、 7 d 混凝土的碳 化深度较未掺膨胀剂的试样相 比更大 的原 因。 这说 明孔结构是 控制混凝土碳化速率 的主要因素 。 在逐渐碳化的过程中， 大量小 颗粒形态 的方解石生成 ， 填 补 了大尺 寸的孔 隙和连通孑 L ， 使得 总孔隙减小， 孔结构分布也更均匀， 最终导致在碳化 2 8 d 后 ， 掺 6 膨胀剂的粉煤灰混凝土较未掺的粉煤灰混凝土的孔隙率和 孔总体积要小， 这其中碳化反应是推动混凝土内部孑 L 隙变化的 主要 因素 。 3 3 膨胀剂、 粉煤灰 、 碱度和碳化速率的相互影响 随着粉煤灰掺量的增加， 混凝土水泥浆中的 C a ( O H) 含量 逐渐降低， 碳化速率也相应加快， 如表 4 、 5所示， 即对于粉煤灰 混凝土而言 ， 混凝土 内部 C a ( OH) ： 的含量是控制碳化速率的主 要因素 。 而随着膨胀剂掺量 的增加 ， 膨胀剂 中所含 的 C a O也逐 渐水化生成 C a ( O H) ： ， 增加了C a ( OH) ： 的储备， 如表 5中所示。 但是膨胀剂的掺人进一步加大了粉煤灰混凝土的孔隙率以及 连通孔 的数量 ， 导致碳 化反应加速 ， 并且碳化 2 8 d后所生 成的 C a C O 除了来源于 C a ( O H) 与 C O 反应所生成的外， 还存在 来 自于 C S H和钙矾石的碳化作用 ， 所以 C a ( OH) ： 含量的增 加并未有效抑制碳化作用 。 而赵顺增 等人 的研究却表 明， H C S A 膨胀剂在 密实混凝 土的同时 ， 能够增 加体 系中可碳化 的物质 ， 具有较好 的抗碳化性 能 ， 这与本试验 的结果并 不完全相 符 ， 分 析其原因主要 还是 由于试验条件 的不 同所致 。 赵顺增等人的研 究是在限制膨胀的条件下进行， 膨胀剂的掺人有效密实了混凝 土的结构 ， 而本试 验则是 在 自由膨胀 的条件下进 行 ， 从压汞测 试的结果( 如图4所示) 可知， 掺人膨胀剂在自由膨胀的条件下 会增加混凝土的孔隙率 ， 增加了连通孔的数量 ， 从而导致碳化 加速 。即对于膨胀剂掺 人到粉煤灰混 凝土 中而言 ， 粉煤灰混凝 土 的 C a ( OH) ： 含量增 加 ， 但 也增 加 了孔 隙率 ， 在两者 的相互影 响中， C a ( O H) 含量的变化并不是控制碳化速度的主要因素， 而是混凝 土孔 隙结构 的改变直接 影响 了混凝土的碳化进程 。 而 鲁统卫 2 2 1 等人的研究也表 明 ， 混凝 土的密实度对碳化 的影响程 度会远大于碱度的影 响。 4结 论 ( 1 ) 掺人大掺量的粉煤灰会降低混凝土内部的 C a ( OH) ： 含 量， 加速混凝土的碳化 ， 并且随着粉煤灰掺量的增加， C a ( O H) 含量逐渐降低 ， 混凝土碳化速率也相应大幅增大。 ( 2 ) 膨胀剂的掺人加大了含 3 0 粉煤灰混凝土的 3 、 7 d的 碳化速率 ， 但随着碳化龄期的延长 ， 膨胀剂对碳化速率的影响 逐渐减小 ， 对碳化 2 8 d的碳化速率并没有十分明显的加快作用。 ( 3 ) 在混凝土碳化过程中， 碳化产物 C a C O ， 不仅仅来 自 C a ( O H) ： 与 C O ： 的作用， 还存在其他水化产物的碳化作用。 ( 4 ) 掺人粉煤灰能减小混凝土大孑 L 的分 布进 而转化成为小 孔 ， 对混凝土的孑 L 结构分布具有明显 的改善作用 。 膨胀剂的掺入 会增加粉煤灰混凝土的孔隙率及大孔分布， 并加速碳化速率。 ( 5 ) 对于粉煤灰 昆 凝土而言， 混凝土内部的C a ( OH) 含量是控 制碳化速率的主要因素。 而对于掺膨胀剂 的粉煤灰混凝土而言 ， 孑 L 4 的粉煤灰混凝土碳化速率的主要因素。 参考文献 ： 1 杨晓燕 ， 翁俊 城市地下空间 C O z 浓度的测试研究f J 地下空间与工 程学报， 2 0 0 6 ， 2 ( 2 ) ： 3 5 3 8 2 】B A S HE E R L， K R OP P J ， C L E L A N D D J A s s e s s me n t o f t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e f r o m i t s p e r m e a t i o n p r o p e r t i e s ： a r e v i e w 【 J J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 1 ， 1 5 ( 2 3 ) ： 9 3 1 0 3 3 C AS T E L L O T E M， e t a 1 A c c e l e r a t e d c a r b o n a t i o n o f c e m e n t p a s t e s i n s i t u m o n i t o r e d b y n e u t r o n d i f f r a c t i o n J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 o o 8 3 8 ( 1 2 ) ： 1 3 6 5 1 3 7 3 4 S I S OMP HO N K， F R A NK E L C a r b o n a t i o n r a t e s o f c o n c r e t e s c o n t a i n i n g h i g h v o l u me o f p o z z o l a n i e m a t e ri a l s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 1 2 )： 1 6 4 7 1 6 5 3 5 J I A NG L， L I U Z ， YE Y D u r a b i l i t y o f e o n e r e t e i n c o r p o r a t i n g l a r g e v o l u me s of l o w q u a l i t y fl y a s h 【 J J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 下转第 5 9页 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 应的发挥； 分子量过大， 则容易产生絮凝现象， 导致水泥净浆黏 度增大， 流动l生降低。 综上所述， 引发剂占单体总质量的 1 0 时， 合 成减水剂的分散效果最好 ， 水 泥净浆初始流动度达 2 8 4 n l n l 。 2 8混 凝 土 试 验 设计混凝土配合比m( 水泥) ： m ( 粉煤灰) ：m( 砂) ：m( 石) ： m( 水) 为3 2 0 ： 1 2 0 ： 7 2 5 ： 1 0 6 5 ： 1 7 5 。 采用本试验自制共聚物减水剂， 以0 3 3 掺量( 质量分数) 应用在混凝土中， 表 l 为混凝土的试验结果。 从表 1可以看出， 自制共聚物减水剂对混凝土的综合性能 良好。 当自制共聚物减水剂的掺量为 0 3 3 时， 混凝土减水率为 2 5 3 ， 含气量是 1 9 ， 满足标准要求( 3 ) ， 并且气泡小 、 致 密， 在混凝土中分布均匀， 有利于增强混凝土的强度 、 抗冻融性 和耐久性 ， 2 8 d 混凝土强度达到 4 5 8 MP a 。 表 1 混凝土的试 验结果 3结 论 ( 1 ) 试验先采用无溶剂酯化法合成马来酸单聚乙二醇单甲 醚酯， 反应后无须进行溶剂分离， 再将马来酸单聚乙二醇单 甲 醚酯 ( MP E GMA) 、 马来酸 酐( MA) 和 甲基丙烯 磺酸钠 ( S MAS ) 共聚制备得到 MP E G MA MA。 S MAS三元共聚物高效减水剂。 ( 2 ) 通过单因素变化试验 ， 获得 了最佳的合成工艺参数 ： n ( MP E G) ： n ( MA) ： n ( S MA S ) = l ： 4 ： 0 9 ， 催化 剂用量 为 MP E G 和 MA 总质量的 5 ， 酯化反应温度为 1 0 5 ， 酯化反应时间为 2 h ， 聚合反应温度为 8 5， 聚合反应时间为 5 h ， 引发剂用量为单 体总质量的 1 0 。 ( 3 ) 采用最佳 工艺制得 的 MP E G MA MA S MAS三元共 聚 物高效土减水剂 ， 当其掺量 为 0 3 3 时 ， 具有较好 的分 散性 ， 水 泥净浆初始流动度达 2 8 4 iT l r n 。 混凝 土试 验结果表明 ， 当 自制共 聚物减水剂 的掺量 为 0 3 3 时 ， 混凝土减水率 为 2 5 3 ， 含气量 是 1 9 ， 满足标准要求( 3 ) ， 并且气泡小、 致密， 在混凝土中 分布均匀， 有利于增强混凝土的强度、 抗冻融性和耐久性 ， 2 8 d 混凝土强度达到 4 5 8 MP a 。 上接第 5 5页 ( 8 ) ： 1 4 6 7 1 4 6 9 6 P AP A D AK I S V G E f f e c t o f s u p p l e m e n t a r y c e me n t i n g m a t e ri a l s o n c o n - c r e t e r e s i s t a n c e a g a i n s t c a r b o n a t i o n a n d c h l o r i d e i n g r e s s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 2 ) ： 2 9 1 2 9 9 7 A T I S C D A c c e l e r a t e d c a r b o n a t i o n a n d t e s t i n g o f c o n c r e t e ma d e w i t h fl y a s h J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 o 3 ， 1 7 ( 3 ) ： 1 4 7 1 5 2 8 】S I D E R I S K K， S A VV A A E， P A P A Y I A N NI J S u l f a t e r e s i s t a n c e a n d c arb o n a t i o n o f p l a i n a n d b l e n d e d c e me n t s J 1 C e me n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 1 ) ： 4 7 5 6 【 9 】MAL A MI C， e t a 1 C a r b o n a t i o n a n d p o r o s i t y o f mo r t a r s p e c i m e n s w i t h p o z z o l a