淺談?chuàng)椒勖夯一炷撂蓟铀倥c強(qiáng)度的關(guān)系

陳橋梁 張志龍

中交第四公路工程局有限公司

淺談?chuàng)椒勖夯一炷撂蓟铀倥c強(qiáng)度的關(guān)系

陳橋梁 張志龍

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談?wù)摰哪康氖翘蓟瘜炷恋挠绊懼饕⒉皇菑?qiáng)度，因?yàn)橹灰阉z比降低到一定程度，摻了粉煤灰的混凝土28天抗壓強(qiáng)度是會滿足設(shè)計(jì)要求的，再由于摻了粉煤灰的混凝土受到現(xiàn)場溫度的影響，澆筑的混凝土實(shí)際強(qiáng)度會比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的相同的混凝土試件強(qiáng)度高，且與碳化無關(guān)。

粉煤灰；水灰比；強(qiáng)度；碳化深度

1 混凝土中摻加粉煤灰的意義與作用

傳統(tǒng)上認(rèn)為，在混凝土中摻入粉煤灰后碳化加速是因?yàn)榉勖夯蚁♂屃怂嘀械腃a(OH)2，那么，為什么摻用同樣比例礦渣粉的混凝土碳化加速的程度會低得多呢？當(dāng)然有人會認(rèn)為礦渣粉中含較多CaO原因。從礦相分析看，礦渣粉中CaO主要為化合物，不會增加混凝土中Ca(OH)2的含量，似乎摻入礦渣粉也會稀釋Ca(OH)2的濃度。一般碳化速度和環(huán)境中CO2度有關(guān)，混凝土中Ca(OH)2濃度減小時，相當(dāng)于大氣中CO2濃度相對增加。這是概念的轉(zhuǎn)移：按照一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)與其濃度有關(guān)，也就是，CO2初始濃度影響其Ca(OH)2擴(kuò)散速率，但不等于影響碳化的速率和深度。不管Ca(OH)2的濃度多大，在合適的濕度下，總會和CO2碳化反應(yīng)的。按照現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，混凝土碳化性能的試驗(yàn)方法是：將試件養(yǎng)護(hù)到28天，在CO2濃度為20%、溫度20℃、相對濕度60±5%的碳化箱中碳化28天。這種試驗(yàn)方法對工程實(shí)際毫無意義，因?yàn)樵趯?shí)際工程中不會養(yǎng)護(hù)到28天。也就是說，現(xiàn)場混凝土的碳化不會從28天才開始，而是停止?jié)耩B(yǎng)后，混凝土表面層相對濕度下降到70%以下時，碳化就會開始了。對于純硅酸鹽水泥的混凝土，碳化深度隨水灰比的增加而增加，“（水灰比0.4的混凝土碳化深度是水灰比為0.6的一半，水灰比為0.5的混凝土在一般條件下暴露10年，碳化深度為5～10mm）”；“（水灰比為0.6的混凝土15年后碳化深度為15mm而水灰比為0.45的混凝土，碳化深度為15mm時需要100年）”。（見表1）

表1 粉煤灰的技術(shù)要求

表2 混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量(kg/m3)

也就是說，影響混凝土碳化性質(zhì)的主要因素是混凝土的水灰比，水灰比是決定混凝土密實(shí)度的主要因素。而當(dāng)摻用粉煤灰時，即使配制混凝土?xí)r能降低水膠比，使該混凝土28天強(qiáng)度保持與不摻粉煤灰時的一致，而其初期(例如3天、7天)強(qiáng)度還是低于不摻粉煤灰時的同齡期強(qiáng)度。無論是摻粉煤灰還是磨細(xì)礦粉，對混凝土強(qiáng)度有影響的是漿體孔隙率，特別是100nm以上的孔。用壓力測孔法試驗(yàn)，與實(shí)際混凝土相比試件尺寸太小，試驗(yàn)結(jié)果可能會忽略了一些孔，尤其是大一些的孔。對氣體或離子來說，100nm以下的孔中也能在濃度差的驅(qū)使下進(jìn)行擴(kuò)散；混凝土水化齡期是指在有水存在的情況下所經(jīng)過的齡期，即認(rèn)為相同于濕養(yǎng)護(hù)的齡期。因此，一定水膠比下，濕養(yǎng)護(hù)齡期越短，粉煤灰摻量越大的試件孔隙率越大；不同摻量的粉煤灰試件之間孔隙率的差別隨濕養(yǎng)護(hù)齡期的增長而縮小；不同摻量的粉煤灰試件之間孔隙率相同時濕養(yǎng)護(hù)齡期與水膠比有關(guān)，（如水膠比為0.35時，該齡期約在28天，水膠比為0.3時，則該齡期約為22天）。在這樣低的水膠比下，對于純硅酸鹽水泥混凝土來說，濕養(yǎng)護(hù)2天就足夠，而對于摻粉煤灰的混凝土，盡管必須降低水膠比，但實(shí)際工程中混凝土濕養(yǎng)護(hù)齡期一般不會超過7天，那么大摻量粉煤灰混凝土實(shí)際碳化深空隙率較大而較大。(見表2)

2 碳化深度與強(qiáng)度的關(guān)系

碳化不會造成混凝土劣化，但是Ca(OH)2碳化后分子體積大約可收縮20%，如果先產(chǎn)生干燥收縮，隨后再加上碳化收縮，可能在受約束條件下會產(chǎn)生開裂；重要的是，鋼筋在堿性環(huán)境下的穩(wěn)定性會因堿度降低而受到破壞，引起銹蝕。對于混凝土的強(qiáng)度，碳化前后并不會有太大差別，反而會因碳化而提高。對于保護(hù)層厚度很小、強(qiáng)度等級低的混凝土，當(dāng)無有效措施時，應(yīng)考慮大摻量粉煤灰混凝土早期孔隙率大而發(fā)生的碳化對可能引起鋼筋銹蝕的影響，碳化后的混凝土不僅堿度下降，且因碳化收縮，尤其是先產(chǎn)生干縮再與相繼產(chǎn)生的碳化收縮，會使混凝土孔隙增多、增大造成表面開裂。

例：水泥：150Kg／m3粉煤灰：200Kg／m3摻加引氣劑，水膠比0.32—0.35

抗壓強(qiáng)度：3d 30Mpa

28d 50Mpa

1Y 80Mpa

3 結(jié)束語

粉煤灰中含有較多的SiO2和AI2O3，兩者總含量可達(dá)60%以上，具有較高的活性，化合能力較強(qiáng)。粉煤灰的密度為水泥的2／3，因此采用大摻量的粉煤灰混凝土可以降低水膠比。因此，不必為碳化深度大小而擔(dān)心混凝土的強(qiáng)度。