四川地区中低强度等级商品混凝土抗碳化性能分析.pdf

1 98 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第3 8卷第 1 期 2 0 1 2年 2月 四川地区中低强度等级商品混凝土抗碳化性能分析 毛海勇， 彭泽杨， 欧 洋， 齐年平 ， 杨晓梅 ( 四川省建筑科学研究院， 四川 成都6 1 0 0 8 1 ) 摘要： 针对四川地区中低强度等级商品混凝土耐久性问题， 结合 G B J 8 2— 8 5 《 普通混凝土长期性能与耐久性能试 验方法》 中的相关规定 ， 试验分析了混凝土水胶比和掺合料对混凝土抗碳化性能的影响。分析结果可供修订国家 标准 J G J 5 5— 2 0 0 0 (( 普通混凝土配合比设计规程》 参考。 关键词： 四川地区中低强度等级； 商品混凝土； 碳化 中图分类号： T U 5 2 8 ． 1 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 8— 1 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 1 —1 9 8 — 0 4 0 引 言 混凝土在空气 中的碳化是中性化最常见 的一种 形式， 它是空气中二氧化碳与混凝土 中的碱性物质 相互作用的一种物理化学过程。碳化会降低混凝土 的碱度， 破坏钢筋表面的钝化膜， 使混凝土失去对钢 筋的保护作用 ， 给混凝土中钢筋锈蚀带来不利 的影 响。由此可见 ， 混凝土的碳化对钢筋混凝土结构的 耐久性有很大的影响。因此， 分析混凝土水胶比和 掺合料对混凝土抗碳化性能的影响 ， 并将按照强度 设计混凝土配合比和按照耐久性要求设计配合 比有 机结合起来 ， 才能真正实现建筑工程的可持续发展。 其他相关标准如： G B 5 0 0 1 0—2 0 0 2 { 混凝土结构设计 规范》 增加了混凝土耐久性章节 ， G B ／ T 5 0 0 8 2— 2 0 0 9 《 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 新增了耐久性内容， 由陈肇元院士主编制订中的 《 混凝土结构耐久性设计规范》 将对混凝土结构耐 久性作出新的要求。 为配合 J C J 5 5—2 0 0 0 《 普通混凝 土配合 比设计 规程》 的修订 ， 针对 四川 I 地区的气候条件 和地理环 境 ， 分析了中低强度等级商品混凝土水胶 比和掺合 料对混凝土抗碳化性能的影响。 1 试验方案 1 ． 1 原材料 1 ) 水泥： 采用都江堰拉法基水泥厂生产的拉法 基牌 P ． 0 4 2 ． 5 R水泥。 2 ) 粉煤灰： 采用博磊Ⅱ 级灰， 物理性能见表 1 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 3 — 1 1 作者简介 ： 毛海勇( 1 9 7 2一) ， 男 ， 四川仁寿人 ， 高级工程师 ， 主要从 事 混凝土检测工作。 表 1 粉煤灰 物理性能 样品名称 检测项 目 塑壁 鱼 量 量 量 垩 堡塑 l 7 ． 1 O ． 2 1 0 4 8 7 粉煤灰 3 ) 矿粉 ： 采用龙泉阳光建材厂生产的 $ 7 5级矿 粉 ， 物理性能见表 2 。 表 2 矿粉物理性能 碰 旦 坌 型 旦 鞣 ／ ， 流 比 2 指 8 矿粉 2 ． 8 8 4 3 2 0 ． 1 9 8 5 1 ． 6 5 4 ) 细集料 ： 机制砂 ， 物理性能见表 3 。 表 3 机制砂物理性能 5 ) 粗集料 ： 碎石 ， 物理性能见表 4 。 表 4 碎石物理性能 检测项 目 样品名称 表面密度 堆积密度 空隙率 最大粒径 ( ) ( ) 碎石 2 7 2 0 1 4 9 0 4 5 2 6 ． 5 6 ) 泵送剂： 采用 四川科帅外加剂公司生产的 K S 型泵送剂。 7 ) 水 ： 采用普通 自来水。 1 ． 2配合比的选定 作者对四川省各地、 市商品混凝土公司进行了 调研 、 收集 、 整理和统计生产的各强度等级混凝土的 水胶 比范围、 胶凝材料用量和水泥用量以及所对应 的混凝土试块强度( 均值、 标准差、 变异系数、 保证 率) 等相关数据资料。然后， 根据收集的四川地区 具有代表性数据的整理和统计 ， 筛选并确定 了对应 的最佳配合比参数。选定配合比见表5 。 2 0 1 2 N o ． 1 毛海勇， 等： Ni t { 地区中低强度等级商品混凝土抗碳化性能分析 1 9 9 1 ． 3 混凝土碳化试验方法 本试验按照 G B J 8 2— 8 5 { 普通混凝土长期性能 与耐久性能试验方法》 ， 采用快速碳化的方法进行 混凝土碳化试验。 采用棱柱体试件， 尺寸为 1 0 0 m m 1 0 0 m ln 4 0 0 m m 。试件成型后2 4 h 拆模， 经标准养护后置于 6 0 ℃烘箱中烘 4 8 h ， 试样保留两个对侧面， 其余表面 用石蜡密封 ， 按要求放入混凝土碳化试验箱 中。然 后 ， 分别测试经标准养护 2 8 d ， 5 6 d和 9 0 d龄期混 凝土试件 ， 放人碳化箱 中碳化 3 d ， 7 d ， 1 4 d和 2 8 d 的混凝土试件碳化深度。 2混凝土碳化试验结果 试验测得 2 8 d ， 5 6 d和 9 0 d龄期 的混凝土 ， 碳 化 3 d ， 7 d ， 1 4 d和 2 8 d的碳化深度。试验数据见 表 6— 8 。 表 6 2 8 d龄期混凝土碳化深度 i n m 表 7 5 6 d龄期混凝土碳化深度 m m 表 8 9 0 d龄期混凝土碳化深度 m m 3 混凝土抗碳化性能的影响因素分 析 3 ． 1 水胶 比对混凝土碳化深度的影响 影响混凝土碳化深度的因素很多， 但主要 的因 素是混凝土 的密实度 ， 混凝土愈密实， 抵挡 C O 从 混凝土表面向内部渗透的速度越慢， 能对混凝土结 构中的钢筋形成有效保护 ， 从而提高混凝土的耐久 性 ， 增加建筑物 的寿命 。影 响混凝土密实度的因素 有： 混凝土的水胶比、 掺合料、 施工质量及养护方法， 图 1— 6是 2 8 d ， 5 6 d和 9 0 d龄期混凝土碳化深度 与龄期的关系。 图1 2 8 d龄期混凝土碳化深度与碳化龄期关系 从图 1 — 6中可以看出， 无论是双掺粉煤灰矿 粉， 还是单掺粉煤灰的混凝土碳化深度都与水胶 比 成正 比， 即： 水胶 比越大 ， 相应 的混凝土碳化深度越 大 ； z k 胶比越小 ， 混凝土碳化深度越小。S Y 4和 S Y 8 四川建筑科学研究 第 3 8卷 图2 2 8 d龄期混凝土碳化深度与碳化龄期关系 图3 5 6 d龄期混凝土碳化深度与碳化龄期关系 图4 5 6 d龄期混凝土碳化深度与碳化龄期关系 i 、 髓 聪 篷 图 5 9 0 d龄期混凝土碳化深度与碳化龄期关系 水胶 比均为最低的 0 ． 4 2 ， 在 8组混凝土试件中的抗 碳化性能是最强的。分析原因主要是 ： 水胶 比越大， 自由水蒸发后混凝土内部的毛细孔越多越大， c O g 、 毯 送 崔 图6 9 0 d龄期混凝土碳化深度与碳化龄期关系 有效扩散系数越大， C O 渗入速度越快， 因而混凝土 的碳化速度也越快， 导致抗碳化性能降低。 一 般来说 ， 混凝土结构物 中钢筋的保护层厚度 为 2 5～ 3 5 m i l l ， 也就是说 ， 实际工程中允许混凝土有 一 定的碳化， 当然碳化深度不允许超过保护层厚度。 碳化会降低混凝土的碱度， 破坏钢筋表面的钝化膜， 使混凝土失去对钢筋 的保护作用 ， 给混凝土中钢筋 锈蚀带来不利的影响。同时 ， 混凝土碳化还会加剧 混凝土的收缩 ， 这些都可能导致混凝土的裂缝 和结 构的破坏。在二氧化碳浓度为2 0 ％、 温度 2 0 ℃、 湿 度7 0 ％的碳化箱中碳化 2 8 d ， 大致相当于自然环境 中5 O年的碳化深度。 3 ． 2 掺合料对混凝土抗碳化性能的影响 在相同水灰比条件下， 无论 2 8 d ， 5 6 d和 9 0 d 龄期混凝土， 单掺粉煤灰的混凝土碳化深度比双掺 粉煤灰矿粉的混凝土碳化深度低 3～ 5 m m。说明单 掺粉煤灰的混凝土有较好的抗碳化性能。分析原因 主要是 ： 随着龄期 的增长， 粉煤灰的二次反应 ( 火 山 灰效应) 开始发挥作用 ， 粉煤灰 中的活性 S i O 开始 与 c a ( o I - I ) 生成水化硅酸钙 ， 水化产物填充原有孔 隙， 逐步使得混凝土趋于密实， 从而碳化速率减缓。 双掺粉煤灰矿粉的混凝土 比单掺粉煤灰的混凝土中 粉煤灰用量相对低， 相应粉煤灰所起的作用也较弱。 J G J ／ T 1 9 3—2 0 0 9《 混 凝 土耐 久性 检验 评定 标 准》 中： 在快速碳化试验中， 碳化深度小于 2 0 mm的 混凝土， 其抗碳化性能较好， 一般认为可满足大气环 境下 5 0年耐久性要求。 目前众多商品混凝土公 司 大量使用矿粉， 但是由于单掺矿粉， 容易导致混凝土 发黏板结， 而通过与粉煤灰复配， 可以改善? 昆 凝土的 泵送性能， 同时降低了} 昆 凝土 的生产成本。虽然双 掺粉煤灰矿粉混凝土抗碳化性能低于单掺粉煤灰混 凝土 ， 但是仍能满足 T一Ⅲ级 ( 2 0 ≤d<3 0 ) ， 甚至能 达到 T一Ⅳ级 ( 1 0 ≤d< 2 0 ) ， 说明双掺粉煤灰矿粉的 混凝土， 抗碳化性能良好 ， 见表 9 。 4 2 O 8 6 4 2 0 毛海勇， 等： I~J J l 地区中低强度等级商品混凝土抗碳化性能分析 2 0 1 表9 混凝土抗碳化性能的等级划分 等级 T—I T一Ⅱ T一Ⅲ T一Ⅳ T—V 碳化深度d ≥ ≤< ≤< ．≤< <．J／ w-- -- 3 0 2 0 d 3 0 1 0 d 2 0 0 1 d 1 0 d 0 1 m m 4 结论 1 ) 从实验室快速碳化试验数据来看 ， 在混凝土 强度基本满足设计等级的情况下， 采用四J t l 地区常 用原材料配制的强度等级 C 2 5 ( 含) 以上混凝土抗碳 化性能满足 相 当于 自然环境 中 5 0年 的碳 化深 度 ( ≤2 5～ 3 5 m m) 的要求。而按照混凝土抗碳化性能 的等级划分 ， 其 5 6 d龄期混凝土至少可满 足 T一Ⅲ 级( 1 0 ≤d<2 0 ) 要求。 2 ) 无论是双掺粉煤灰和矿粉， 还是单掺粉煤灰 的混凝土抗碳化性能都与水胶 比成反 比， 即： 水胶 比 越大 ， 相应的混凝土抗碳化性能越差 ； 水胶 比越小 ， 相应的混凝土抗碳化性能越好。 3 ) 无论是双掺粉煤灰和矿粉， 还是单掺粉煤灰 的混凝土抗碳化性能都随混凝土龄期的增长而提 高。而本课题所 做试 验试件均处于标准养护条件 下 ， 因此 ， 在施工过程中， 更应注重现场混凝 土的养 护。 参 考 文 献 ： [ 1 ] G B ／ T 5 0 0 8 2 — 2 0 0 9 普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法 [ S ] ． [ 2 ] J G J ／ T 1 9 3— 2 0 0 9混凝土耐久性检验评定标准[ s ] ． [ 3 ] 朱艳芳 ， 王培铭． 大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能研究[ J ] ． 建筑材料学报， 1 9 9 9 ( 1 ) ． [ 4 ] 宋少民， 邢锋， 李红辉． 中低等级大掺量粉煤灰混凝土性能 研究[ J ] ． 武汉理工大学学报， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 6 ) ． [ 5 ] 陈伟， 田亚坡， 周紫晨． 粉煤灰混凝土抗碳化性能及显微硬 度分析[ J ] ． 武汉理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 1 ( I 1 ) ． [ 6 ] 牛荻涛． 混凝土结构耐久性与寿命预测[ M ]．北京： 科学出版 社 。 2 0 0 3 ． ( 上接 第 1 7 4页) 2 ) 通过室内小梁模拟测试装置测得的上、 下梁 的应变值， 计算出结合系数 作为判断该夹层材料 好坏的依据， 它比用夹层材料的法向劲度系数和切 向劲度系数简洁 ， 且与现有 《 军用机场水泥混凝土 道面设计规范》 中规定的设计方法对上、 下板间的 结合系数是相一致 的， 在计算部分结合式双层道面 时 ， 可以采用按本文所建立 的室内小梁模拟测试装 置应变实测值计算出结合系数 K。 3 ) 本文对塑料薄膜、 卷材、 无纺布、 一布一膜、 两布一膜作为夹层材料的测试结果， 可为今后工程 中对夹层材料的选取提供参考 。 参 考 文 献 ： [ 1 ] 翁兴中． 机场道面加铺沥青面层的荷载应力分析[ J ] ． 中国公 路学报 ， 1 9 9 4， 4 ( 7 ) ： 2 0 - 2 5 ． [ 2 ] 余定选． 部分结合式双层水泥混凝土道面板的计算[ J ] ． 工程 力学 ， 1 9 8 5 ( 2 ) ． [ 3 ] Zt ．J l l 锋． 混凝土路面超薄罩面层的配合比及性能研究[ D ]． 重 庆 ： 重庆交通 大学 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 陆涛， 陈小琪． 沪宁高速公路( 上海段) 拓宽工程夹层材料防 治反射裂缝的力学机理分析[ J ] ． 上海公路 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ． [ 5 ] 冷培义， 余定选． 双层水泥混凝土道面的试验研究[ D ] ． 西安： 空军工程学院 ， 1 9 8 8 ． [ 6 ] 土工合成材料工程应用手册编写组． 土工合成材料工程应用 手册[ M ] ． 2 版． 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 0 ．