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摻粉煤灰和引氣劑混凝土的碳化性能研究
2. 1 碳化與時間的關(guān)系 表4 列出了砼碳化深度隨時間的變化值,我們對測試的碳化深度和時間采用函數(shù)d =at1/ 2 形式進行了回歸,其中d 為碳化深度,a 為碳化速度,t 為碳化時間,r 為相關(guān)系數(shù)。從表4 可看出,除個別配比外,四種類型砼的碳化深度與時間存在較好的相關(guān)性,即摻加粉煤灰和引氣劑的砼的碳化,隨時間的變化規(guī)律基本符合碳化深度與時間的平方根成正比關(guān)系。但也可以看到普通砼與F 砼的a 值差別很小,這是因為影響砼碳化的因素很多,在碳化的不同階段,砼的一些特征參量如滲透性和堿含量均發(fā)生不同程度的變化,用單個變量a 并不能準確反映兩者在不同時期碳化深度的差異; 與普通砼相比,引氣砼的a 值顯著降低,a 僅為1.46~2.34 ,隨含氣量的增大,a 值有所增大; 同時摻加粉煤灰和引氣劑后砼的a 值與引氣砼的差別不大,a 值范圍在1.71~2.31 之間。2. 2 同強度不同類型砼的碳化性能 圖1 顯示了28d 時同強度不同類型砼的碳化深度隨時間變化的規(guī)律,可看到F 砼在前期的碳化深度較普通砼顯著提高,但隨著時間增長兩者差距減小,到90d后F 砼的碳化深度小于普通砼。砼引氣后(引氣砼和F 引氣砼) ,除F 引氣砼14d 碳化深度略高外,其余碳化深度均低于普通砼的碳化深度,且隨時間增長的趨勢更加明顯,碳化至125d 時,引氣砼和F 引氣砼的碳化深度僅為普通砼的1/ 2 左右,而引氣砼和F 引氣砼在同強度時的碳化深度差別不大,后者比前者略高。28d 時同強度的F砼與普通砼的碳化深度相比,先高后低,與F 砼本身的特性有關(guān),粉煤灰的摻入有正負兩方面的作用,一方面由于水泥用量的減少,水化產(chǎn)生的Ca(OH)2 減少,堿儲備降低,造成其吸收CO2 的能力降低,對抗碳化不利; 另外一方面,粉煤灰的火山灰效應(yīng)有利于砼長期抗?jié)B性的提高,砼進行碳化時,處于70 %左右的相對濕度環(huán)境下,水化在繼續(xù)進行,隨著齡期增長,粉煤灰的二次水化填充效應(yīng)可顯著改善砼的孔結(jié)構(gòu),使砼的抗?jié)B性顯著提高。而砼引氣后,大量微小的氣泡占據(jù)了砼中的自由空間,破壞了毛細管的連續(xù)性,這樣就使砼的抗?jié)B性得到改善,同強度引氣砼和F 引氣砼的氣體滲透系數(shù)僅為普通砼的1/2 和1/6 ,因此它們的抗碳化性能顯著提高。2. 3 含氣量對砼碳化性能的影響 砼引氣后其抗碳化性能有較大幅度的提高,但含氣量過大會導(dǎo)致砼的抗碳化性能降低,從圖2 、圖3 可看到在同水灰比(水膠比) 時,隨含氣量增大砼的碳化深度有所增大,當碳化時間為125d 時,引氣砼的含氣量從2.5 %提高到4.5 %和6.0 %時,碳化深度分別增加了24 %和53 %。F 引氣砼的含氣量從2.8 %提高到4.5 %和6.0 %時,碳化深度分別增加了18 %和27 %。在同水灰比(水膠比) 時,含氣量高到一定程度,總孔隙率增大,微小氣孔聚集形成較大的孔,使孔結(jié)構(gòu)劣化,孔易于形成連通,導(dǎo)致砼的抗?jié)B性下降。 2. 4 砼的氣體滲透性能與碳化的關(guān)系 碳化對氣體滲透性能的影響 碳化與氣體在砼中的滲透過程有密切關(guān)系,但碳化又不是一個純氣體滲透的物理過程,CO2 氣體滲入砼后與砼中組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使砼內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,影響氣體繼續(xù)向其中滲透的能力,因此,碳化是物理和化學(xué)相互作用的過程。隨著碳化的進行砼的氣體滲透性能也在發(fā)生變化,分別測試四種類型砼在碳化前后的氣滲系數(shù),見表5 ??梢钥吹狡胀藕鸵龤忭盘蓟髿鉂B系數(shù)有較大幅度的降低,而摻加粉煤灰的砼碳化后,氣滲系數(shù)則有不同程度的提高,這與不同類型砼碳化前后的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化有關(guān)。普通砼和引氣砼碳化后,CaCO3 填充于毛細孔中,使硬化水泥漿體和總孔隙率降低,孔徑也得到細化,有利于抗?jié)B性的提高; 而F砼及F 引氣砼碳化后,雖然CaCO3 填充部分毛細孔隙,總孔隙率降低,但硬化漿體內(nèi)孔徑有所粗化,毛細孔( > 30nm) 增加,其抗?jié)B反而降低了。 氣滲系數(shù)與碳化深度的相關(guān)性 滲透對砼的碳化有顯著影響,砼的碳化速度很大程度上是由CO2 在砼中擴散速度決定的,而擴散速度與砼的抗?jié)B性相關(guān),比起水滲透性能來,氣體滲透性能更能反映其碳化特性。Dhir 等人認為,砼的氣體滲透性系數(shù)與碳化深度存在指數(shù)關(guān)系,用氣體滲透系數(shù)可很好的反映砼的抗碳化性能。 經(jīng)對4 種類型砼在不同碳化時間下的碳化深度與氣體滲透系數(shù)進行了回歸分析。圖4 為砼碳化前的氣滲系數(shù)與砼14d 的碳化深度的關(guān)系。圖5 為砼碳化后氣滲系數(shù)與125d 碳化深度的關(guān)系。由圖可見4 種類型砼在不同碳化階段與氣體滲透性能的相關(guān)程度有很大的差別:在碳化前期,氣滲系數(shù)與碳化深度基本上不存在相關(guān)性,而碳化后期兩者具有一定的相關(guān)性。 因此,砼在碳化過程同時受物理及化學(xué)兩方面因素影響,對于普通砼來講,氣體滲透性能是影響碳化的主導(dǎo)因素; 而含大摻量混合材的砼,砼中的堿儲備對碳化的影響大,碳化受砼吸收CO2氣體的能力控制,化學(xué)作用可能成為主導(dǎo)因素。因而,不難理解不同類型砼在碳化前期,氣滲系數(shù)與碳化深度的相關(guān)性較差,而隨著碳化時間的延長,當砼中CaO 逐漸被碳化完后,砼的氣體滲透性能就能較好的反映它的碳化深度。3 結(jié) 論
①同強度粉煤灰砼90d 前的碳化深度大于普通砼,90d 后的碳化深度低于普通混凝土。 ②同強度的普通砼和粉煤灰砼,引氣后的碳化深度顯著降低。 ③在同水膠比下,隨含氣量的增大,引氣砼和粉煤灰引氣砼的抗碳化性能下降。 ④各種類型砼碳化前的氣體滲透系數(shù)與碳化深度不存在相關(guān)性,碳化后的氣體滲透系數(shù)與碳化深度存在一定的相關(guān)性。
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