復(fù)合外加劑對(duì)混凝土碳化性能的影響

張燕梅

（延安市榮祥公司吳起攪拌站，陜西 延安 710055）

1 緒論

目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)混凝土碳化性能做了很多研究工作，文獻(xiàn) [1] 中列舉了影響混凝土碳化的多種內(nèi)外因素，主要有：材料本身的因素，如水灰比/水泥品種與用量、骨料品種與粒徑、外加劑、養(yǎng)護(hù)方法與時(shí)間等；環(huán)境條件的因素，如 CO2濃度、相對(duì)濕度、溫度、裝修覆蓋層等[2]。

一方面，外加劑能夠影響混凝土的碳化性能。外加劑能夠改善混凝土拌合物施工時(shí)的和易性；提高混凝土的強(qiáng)度及其他物理力學(xué)性能；加速混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展；調(diào)節(jié)混凝土的含氣量；改善拌合物的泌水性；提高混凝土抗各種侵蝕性鹽類(lèi)的腐蝕性；改善混凝土或砂漿的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)該研究外加劑對(duì)混凝土碳化性能的影響。

另一方面，目前國(guó)內(nèi)對(duì)混凝土碳化的研究一般都只是從傳統(tǒng)角度研究混凝土碳化的影響因素，對(duì)于外加劑對(duì)混凝土碳化性能的影響研究還不夠充分。在研究外加劑對(duì)混凝土碳化性能的影響時(shí)，存在僅對(duì)某一種外加劑單獨(dú)使用對(duì)混凝土碳化影響進(jìn)行研究的局限性。沒(méi)有考慮多種外加劑綜合使用對(duì)碳化的影響。有些學(xué)者研究了高效減水劑對(duì)混凝土碳化的影響，有的研究了緩凝劑對(duì)碳化的影響，但是當(dāng)高效減水劑與緩凝劑復(fù)合對(duì)混凝土共同作用時(shí)，它對(duì)碳化的影響并非兩種因素的簡(jiǎn)單疊加，這使得在單一因素條件下研究所得的結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)公式具有一定的局限性。

本文針對(duì)外加劑復(fù)合使用對(duì)碳化的影響提出實(shí)驗(yàn)方案，并加以研究。筆者通過(guò)空白組及與四種常用高效減水劑復(fù)合緩凝劑的混凝土的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)碳化值進(jìn)行記錄與分析，從而得出高效減水劑與緩凝劑兩種外加劑復(fù)合使用時(shí)對(duì)混凝土碳化的影響規(guī)律。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)原材料、設(shè)備及試驗(yàn)方法

2.1.1 原材料

（1）水泥

采用西安雁塔水泥股份有限公司生產(chǎn)的雁塔牌P·O42.5 水泥。水泥的化學(xué)成分見(jiàn)表 1，物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表2。

（2）細(xì)集料

使用的細(xì)集料為西安灞河中砂，細(xì)度模數(shù) 2.84，含泥量2.3%，自然堆積密度 1500kg/m3，緊密堆積密度 1640kg/m3。

表 1 水泥化學(xué)成分 %

表 2 水泥物理力學(xué)性質(zhì)

（3）粗集料

本試驗(yàn)所采用的粗集料為 20～30mm 粒徑的碎石，含泥量 0.3%，針片狀顆粒含量 7.5%，壓碎指標(biāo) 8.1%。

（4）外加劑

氨基磺酸鹽高效減水劑：摻量 1%，固含量 30%，減水率 13%；聚羧酸高效減水劑：摻量 1%，固含量 20%，減水率 15% ；萘系高效減水劑：摻量 0.6%，固體粉末，減水率20.6%；脂肪族系高效減水劑：摻量1%，固含量30%，減水率22.3%；木鈣，糖鈣：摻量 0.025%。

2.1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備及操作方法

（1）碳化箱。本試驗(yàn)所使用的為上海建筑科學(xué)研究院研制的 CCB-70A 型混凝土碳化試驗(yàn)箱，符合 GB/T50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中碳化試驗(yàn)的要求，具備數(shù)字顯示功能。

CCB-70A 型混凝土碳化試驗(yàn)箱的主要技術(shù)參數(shù)為：

溫度控制：(20±5.0) oC；均勻性<1 oC，可調(diào)；

濕度控制：(70±5.0)%；測(cè)試精度±3.0%，可調(diào)；

CO2濃度：(20±3.0)%；測(cè)試精度±1.0%，可調(diào)；

加熱功率：600W；

制冷功率；250W；

去濕功率：140W；

電源：220V；(50±1)HZ；

外形尺寸：1240mm×800mm×1750mm（內(nèi)腔為：800mm×600mm×1530mm）。

2.1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)為人工室內(nèi)快速碳化試驗(yàn)[3-4]。試件尺寸為100mm×100mm×100mm，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期的前兩天從養(yǎng)護(hù)室中取出，置于 (60±5.0)℃ 烘箱中 48h，保留試件的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面，其余四個(gè)表面用加熱的石蠟予以密封。具體方法步驟：

（1）將經(jīng)過(guò)石蠟密封處理的試件放入碳化箱內(nèi)的鐵架上，各試件經(jīng)受碳化的表面之間至少應(yīng)保持 50mm 的間距。

（2）將碳化箱蓋嚴(yán)密封。啟動(dòng)碳化箱，調(diào)節(jié)其流量計(jì)，使碳化箱內(nèi)的CO2濃度保持在現(xiàn)定的濃度范圍內(nèi)。

（3）每隔一定時(shí)間對(duì)碳化箱內(nèi) CO2濃度溫度及相對(duì)濕度做一次測(cè)定。一般在第一、二天每隔 2h 測(cè)定一次，以后每隔 4h 測(cè)定一次。并根據(jù)測(cè)得的 CO2濃度，隨時(shí)調(diào)節(jié)其流量，去濕用的硅膠也應(yīng)經(jīng)常更換。

（4）碳化到 3d、7d、28d、50d 時(shí)，分別取出試件，破型，并測(cè)定其碳化深度。本試驗(yàn)采用的是正方體試件，操作為：將試件在壓力試驗(yàn)機(jī)上用劈裂法，每次切開(kāi)的厚度約為試件寬度的一半，破型后剩余的試件用石蠟將切斷面封好，再放入箱內(nèi)繼續(xù)碳化直到下一個(gè)試驗(yàn)齡期。

（5）將切開(kāi)所得的試件部分，除去斷面上的粉末，立即噴上濃度為 1% 的酚酞酒精溶液，約 30s 后，按每 10mm 一個(gè)測(cè)量點(diǎn)用游標(biāo)卡尺分別測(cè)出測(cè)點(diǎn)的碳化深度。如果測(cè)點(diǎn)處的碳化分界線剛好嵌有粗骨料顆粒，則可取該顆粒兩側(cè)碳化深度的平均值作為該點(diǎn)的深度值。

2.2 試驗(yàn)研究方案

2.2.1 混凝土配合比

本次試驗(yàn)采用固定的水灰比進(jìn)行研究。試驗(yàn)混凝土配合比見(jiàn)表 3。

表 3 混凝土配合比 kg/m3

2.2.2 試驗(yàn)方案

采取將萘系、氨基磺酸鹽系、脂肪族系及聚羧酸系高效減水劑單獨(dú)使用或?qū)⑵渑c糖鈣及木鈣緩凝劑復(fù)合使用配制混凝土試件，成型尺寸 100mm×100mm×100mm 試件，測(cè)其3d、7d、28d 和 50d 碳化深度和碳化速度的變化。

3 外加劑對(duì)混凝土碳化性能的影響

3.1 高效減水劑單獨(dú)使用對(duì)混凝土碳化性能的影響

本試驗(yàn)分別進(jìn)行了單獨(dú)使用萘系高效減水劑、氨基磺酸鹽系高效減水劑、脂肪族系高效減水劑、聚羧酸系高效減水劑對(duì)混凝土碳化深度影響的研究，結(jié)果如表 4 和圖 1 所示。

由圖 1 可知，在同水灰比條件下，單摻聚羧酸系高效減水劑 28d 后混凝土的碳化深度最大，甚至超過(guò)了不摻外加劑的混凝土空白組的 28d 碳化深度；單摻脂肪族系高效減水劑的混凝土 28d 碳化深度最小。加了氨基減水劑的混凝土 28d碳化略低于聚羧酸系混凝土的碳化深度；萘系高效減水劑混凝土碳化深度居于其它三種減水劑之間。

3.2 高效減水劑與緩凝劑復(fù)合使用對(duì)混凝土碳化性能的影響

表 4 同水灰比下減水劑單獨(dú)使用時(shí)混凝土的碳化

圖 1 減水劑單獨(dú)使用時(shí)對(duì)混凝土的碳化深度的影響

本試驗(yàn)分別進(jìn)行了聚羧酸系高效減水劑、萘系高效減水劑、氨基磺酸鹽系高效減水劑及脂肪族高效減水劑復(fù)摻一定糖鈣或木鈣（0.25%）后對(duì)混凝土各齡期碳化深度的影響研究。結(jié)果如表 5 和圖 2 所示。

表 5 高效減水劑與緩凝劑復(fù)合使用對(duì)混凝土碳化深度的影響

從圖 2 可看出，與緩凝劑復(fù)合后，聚羧酸系高效減水劑28d 后混凝土的碳化深度依然最深，超過(guò) 1.4cm，但深度要小于單摻聚羧酸系高效減水劑時(shí)的碳化深度；脂肪族減水劑的混凝土 28d 碳化深度依然最小，小于 1.0cm。加了氨基減水劑的混凝土 28d 碳化深度與摻入聚羧酸高效減水劑的試樣相比略有不同，氨基與糖鈣復(fù)合的試樣碳化深度小于聚羧酸與糖鈣復(fù)合的試樣，但氨基與木鈣復(fù)合的碳化深度則加大。萘系高效減水劑混凝土碳化深度居于其它三種減水劑之間；木鈣緩凝劑的加入使聚羧酸系混凝土碳化深度值減少了大約0.5cm，其余混凝土組的碳化深度也都減少了。

圖 2 高效減水劑與緩凝劑復(fù)合使用對(duì)混凝土碳化深度的影響

在同水灰比條件下，高效減水劑與緩凝劑復(fù)合后，四組混凝土的碳化深度都比單獨(dú)使用高效減水劑的混凝土要少，混凝土的抗碳化性能得到提高。并且從圖 2 還可以看出，各組混凝土中加入木鈣緩凝劑的混凝土的碳化深度小于糖鈣的碳化深度，可知木鈣緩凝劑比糖鈣緩凝劑更有利于混凝土抗碳化性能的提高。

在單摻高效減水劑或復(fù)合緩凝劑任何一種情況下，碳化初期，混凝土碳化深度增長(zhǎng)的速度較快；但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，混凝土碳化至一定齡期后，碳化深度增長(zhǎng)的速度逐漸變慢，并且漸趨穩(wěn)定。這主要是因?yàn)椋环矫妫珻O2向混凝土內(nèi)部不斷擴(kuò)散的同時(shí)，它與水泥石中的某些水化產(chǎn)物反應(yīng)形成的 CaCO3，屬非溶解性的鈣鹽，且其體積比原反應(yīng)物的體積膨脹約 17% 左右，因此，CaCO3將堵塞部分毛細(xì)孔道，進(jìn)而可以使混凝土碳化的速度降低；另一方面，隨著齡期的延長(zhǎng)，由于水泥石的不斷水化，混凝土的孔隙率逐漸降低，因此，也可使混凝土碳化的速度降低。

4 主要結(jié)論與展望

本文是為了解決高效減水劑與緩凝劑復(fù)合使用對(duì)碳化的影響研究不足這種局限性，提出試驗(yàn)方案，并加以研究。通過(guò)試驗(yàn)研究及數(shù)據(jù)綜合分析處理得出以下結(jié)論：

（1）在單摻高效減水劑或復(fù)合緩凝劑任何一種情況下，碳化初期，混凝土碳化深度增長(zhǎng)的速度較快；但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，混凝土碳化至一定齡期后，碳化深度增長(zhǎng)的速度逐漸變慢，并且漸趨穩(wěn)定。

（2）單獨(dú)使用四種常用高效減水劑時(shí)，在同水灰比條件下單摻聚羧酸系高效減水劑 28d 后混凝土的碳化深度最深，甚至超過(guò)了不摻外加劑的混凝土空白組的 28d 碳化深度；單摻脂肪族高效減水劑的混凝土 28d 碳化深度最小。由此可知在四種減水劑中，脂肪族高效減水劑抗碳化性能最好，聚羧酸抗碳化性能最差。

（3）與緩凝劑復(fù)合后，在同水灰比條件下，高效減水劑與緩凝劑復(fù)合使用后，四組混凝土的碳化深度都比單獨(dú)使用高效減水劑的混凝土要少，混凝土的抗碳化性能得到提高。

（4）木鈣和糖鈣兩種緩凝劑，在加入了木鈣緩凝劑的各組混凝土中混凝土的碳化深度小于糖鈣的碳化深度，因此可知木鈣緩凝劑比糖鈣緩凝劑更有利于混凝土抗碳化性能的提高。

[1] 楊利偉. 混凝土碳化的影響因素及其控制措施[J]. 建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2005 (2)：40.

[2] 盧木. 混凝土耐久性研究現(xiàn)狀和研究方向[J]. 工業(yè)建筑，1997，27(5)：1-6.

[3] 蔣利學(xué)，張譽(yù)，劉亞萍，等. 混凝土碳化深度的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[J].混凝土，1996 (4)：12-17.

[4] 周新剛. 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與損傷防治[M]. 中國(guó)建材工業(yè)出版社，1999，9.