三級粉煤灰和石粉單摻或復摻對高性能混凝土抗碳化性能的影響

張秀葉

（山東魯碧建材有限公司，山東 日照 271100）

1 引言

在建筑業中，粉煤灰作為一種膠凝材料，主要表現為形態效應、火山灰效應和微骨料效應，廣泛應用于混凝土和砂漿中。但隨著基礎建設的大規模展開，粉煤灰產量逐漸減少。這就需要一種新的材料替代粉煤灰應用于混凝土中。隨著我國工業化的快速發展，石粉應用于混凝土、砂漿或水泥制品，一方面可節約水泥用量，另一方面對混凝土、砂漿或水泥制品的工作性、致密性等性能也有一定的改善。在一般大氣環境下，混凝土碳化是鋼筋銹蝕的主要原因。鋼筋銹蝕使混凝土保護層開裂，產生沿筋裂縫和剝落，進而導致黏結力下降、鋼筋受力面積減少、結構耐久性和承載力降低等一系列不良后果。本文主要研究石粉和三級粉煤灰單摻或復摻對高性能混凝土抗碳化性能的影響。

2 試驗原材料、試驗儀器、試驗方法、試驗方案

2.1 試驗原材料

（1）水泥：P·O42.5，山東省濟南市魯碧水泥廠生產，其性能指標見表1。

表1 水泥性能指標試驗結果

（2）粉煤灰：F類三級灰，山東省日照市華能電廠生產，其性能指標見表2。

表2 三級粉煤灰性能指標試驗結果

（3）石粉：細度4.6%（200目篩），亞甲藍值1.15，比表面積372m2/kg，氧化鈣49.5%，二氧化硅2.08%，山東省日照市五蓮某石料廠生產。

（4）細骨料：機制砂，細度模數3.15，石粉含量11.2%，亞甲藍值1.40，壓碎值10.6%。

（5）粗骨料：玄武巖碎石，5～16mm和16～31.5mm兩種，比例為4∶6，連續級配，總含泥量0.5%，泥塊含量0.1%，針片狀含量8.5%。

（6）外加劑：聚羧酸高性能減水劑，中鐵四局安徽中鐵工程材料科技有限公司生產；引氣劑、消泡劑和緩凝劑均為山東省濟南市某化工市場生產。

（7）水：飲用自來水。

2.2 試驗儀器

J-60混凝土攪拌機、混凝土振動臺、混凝土含氣量測定儀、萬能壓力試驗機、混凝土全自動碳化試驗儀、坍落度筒、搗棒等。

2.3 試驗方法

混凝土含氣量與坍落度性能試驗測試按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080-2016）進行。

混凝土試件制作與養護測試按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）進行。

混凝土碳化試驗：

使用l00mm×l00mm×l00mm的試模成型，在溫度（20±5）℃、相對濕度（90±2）%標準的養護室中養護，養護至24h后脫模，放入（20±3）℃標準養護室中養護至規定碳化齡期后取出，再放入溫度（60±5）℃的干燥箱中烘干48h，然后留成型的兩個上下面，其余的各面用石蠟密封完好，放入標準碳化箱中進行碳化，碳化至3d、7d、14d、28d，從碳化箱中取出，用壓力機將試塊沿未涂石蠟的側面從中間劈開，滴加1%酒精酚酞溶液，20s后以每10mm讀取碳化深度，三個試塊取平均值作為碳化深度試驗結果。

2.4 試驗方案

本文分三個試驗方案進行，第一種方案是粉煤灰單摻分別為0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，試件標準養護齡期為7d，試驗序號為A；第二種方案是石粉單摻分別為0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，試 件標準養護齡期為7d，試驗序號為B；第三種方案是石粉與三級粉煤灰復摻，復摻摻量為20%，石粉與粉煤灰復摻比例分別為0∶100、20∶80、40∶60、50∶50、60∶40、80∶20、100∶0，試件標準養護齡期為7d，試驗序號為C。各組高性能混凝土配合比見表3。

表3 石粉與三級粉煤灰單摻或復摻對高性能混凝土抗碳化性能影響配合比設計

3 試驗結果與分析

通過調整聚羧酸高性能減水劑母液中減水成分與保坍成分的比例，使各組高性能混凝土的初始坍落度都控制在220～240mm之間；適當調整外加劑中的引氣劑或消泡劑用量，使高性能混凝土初始含氣量控制在2.0%～4.0%之間；將混凝土成型養護至規定齡期后進行混凝土碳化試驗。

3.1 三級粉煤灰單摻對高性能混凝土抗碳化性能影響

三級粉煤灰單摻對高性能混凝土抗碳化性能影響的試驗結果見表4。

表4 三級粉煤灰對高性能混凝土碳化深度影響的試驗結果

從表4可以看出，隨著三級粉煤灰摻量的增加，高性能混凝土的碳化深度逐漸降低；隨著碳化齡期的延長，高性能混凝土的碳化深度增大，即三級粉煤灰摻量越大，高性能混凝土的抗碳化能力越強，而碳化時間越長，高性能混凝土的碳化深度越大。另外，當三級粉煤灰摻量達到30%時，再增加粉煤灰摻量，高性能混凝土碳化深度變化不大。

3.2 石粉單摻對高性能混凝土抗碳化性能影響

石粉單摻對高性能混凝土抗碳化性能影響的試驗結果見表5。

表5 石粉對高性能混凝土碳化深度影響的試驗結果

從表5可以看出，隨著石粉摻量的增加，高性能混凝土的碳化深度先降低后增加，當石粉摻量為15%時，高性能混凝土的碳化深度最小，但與基準（0#試樣）相比，兩者相差不大；石粉摻量越高，高性能混凝土的碳化深度增加越明顯。可見，少量石粉（20%以內）等量替代水泥，石粉摻量對高性能混凝土的碳化深度影響不大。

3.3 三級粉煤灰與石粉復摻對高性能混凝土抗碳化性能影響

三級粉煤灰與石粉復摻對高性能混凝土抗碳化性能影響的試驗結果見表6。

從表6可以看出，三級粉煤灰與石粉復摻后，高性能混凝土的碳化深度都比基準（0#試樣）低，也比三級粉煤灰或石粉單摻較低。另外，隨著復摻摻合料中石粉摻量的不斷增加，高性能混凝土的碳化深度先下降后增加，當三級粉煤灰與石粉復摻比例為60∶40（3∶2）時，高性能混凝土的碳化深度達到最低值，即高性能混凝土抗碳化性能最佳。

表6 三級粉煤灰與石粉復摻對高性能混凝土碳化深度影響的試驗結果

4 結語

對試驗結果進行綜合分析，得出結論：

（1）當三級粉煤灰單摻時，隨著三級粉煤灰摻量的增加，高性能混凝土抗碳化性能逐漸提高。當三級粉煤灰摻量達到30%后，再增加三級粉煤灰摻量，高性能混凝土抗碳化性能增加不明顯。

（2）當石粉單摻時，隨著石粉摻量的增加，高性能混凝土抗碳化性能先提高而后逐漸減弱，而石粉摻量越大，減弱效果越明顯。

（3）當三級粉煤灰與石粉復摻時，隨著復合摻合料中石粉摻量的增加，高性能混凝土抗碳化性能先提高而后降低，復摻的效果均優于單摻。當三級粉煤灰與石粉復摻比例為3∶2時，高性能混凝土抗碳化性能最佳。