三级粉煤灰和石粉单掺或复掺对高性能混凝土抗碳化性能的影响

张秀叶

（山东鲁碧建材有限公司，山东 日照 271100）

1 引言

在建筑业中，粉煤灰作为一种胶凝材料，主要表现为形态效应、火山灰效应和微骨料效应，广泛应用于混凝土和砂浆中。但随着基础建设的大规模展开，粉煤灰产量逐渐减少。这就需要一种新的材料替代粉煤灰应用于混凝土中。随着我国工业化的快速发展，石粉应用于混凝土、砂浆或水泥制品，一方面可节约水泥用量，另一方面对混凝土、砂浆或水泥制品的工作性、致密性等性能也有一定的改善。在一般大气环境下，混凝土碳化是钢筋锈蚀的主要原因。钢筋锈蚀使混凝土保护层开裂，产生沿筋裂缝和剥落，进而导致黏结力下降、钢筋受力面积减少、结构耐久性和承载力降低等一系列不良后果。本文主要研究石粉和三级粉煤灰单掺或复掺对高性能混凝土抗碳化性能的影响。

2 试验原材料、试验仪器、试验方法、试验方案

2.1 试验原材料

（1）水泥：P·O42.5，山东省济南市鲁碧水泥厂生产，其性能指标见表1。

表1 水泥性能指标试验结果

（2）粉煤灰：F类三级灰，山东省日照市华能电厂生产，其性能指标见表2。

表2 三级粉煤灰性能指标试验结果

（3）石粉：细度4.6%（200目筛），亚甲蓝值1.15，比表面积372m2/kg，氧化钙49.5%，二氧化硅2.08%，山东省日照市五莲某石料厂生产。

（4）细骨料：机制砂，细度模数3.15，石粉含量11.2%，亚甲蓝值1.40，压碎值10.6%。

（5）粗骨料：玄武岩碎石，5～16mm和16～31.5mm两种，比例为4∶6，连续级配，总含泥量0.5%，泥块含量0.1%，针片状含量8.5%。

（6）外加剂：聚羧酸高性能减水剂，中铁四局安徽中铁工程材料科技有限公司生产；引气剂、消泡剂和缓凝剂均为山东省济南市某化工市场生产。

（7）水：饮用自来水。

2.2 试验仪器

J-60混凝土搅拌机、混凝土振动台、混凝土含气量测定仪、万能压力试验机、混凝土全自动碳化试验仪、坍落度筒、捣棒等。

2.3 试验方法

混凝土含气量与坍落度性能试验测试按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2016）进行。

混凝土试件制作与养护测试按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）进行。

混凝土碳化试验：

使用l00mm×l00mm×l00mm的试模成型，在温度（20±5）℃、相对湿度（90±2）%标准的养护室中养护，养护至24h后脱模，放入（20±3）℃标准养护室中养护至规定碳化龄期后取出，再放入温度（60±5）℃的干燥箱中烘干48h，然后留成型的两个上下面，其余的各面用石蜡密封完好，放入标准碳化箱中进行碳化，碳化至3d、7d、14d、28d，从碳化箱中取出，用压力机将试块沿未涂石蜡的侧面从中间劈开，滴加1%酒精酚酞溶液，20s后以每10mm读取碳化深度，三个试块取平均值作为碳化深度试验结果。

2.4 试验方案

本文分三个试验方案进行，第一种方案是粉煤灰单掺分别为0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，试件标准养护龄期为7d，试验序号为A；第二种方案是石粉单掺分别为0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，试 件标准养护龄期为7d，试验序号为B；第三种方案是石粉与三级粉煤灰复掺，复掺掺量为20%，石粉与粉煤灰复掺比例分别为0∶100、20∶80、40∶60、50∶50、60∶40、80∶20、100∶0，试件标准养护龄期为7d，试验序号为C。各组高性能混凝土配合比见表3。

表3 石粉与三级粉煤灰单掺或复掺对高性能混凝土抗碳化性能影响配合比设计

3 试验结果与分析

通过调整聚羧酸高性能减水剂母液中减水成分与保坍成分的比例，使各组高性能混凝土的初始坍落度都控制在220～240mm之间；适当调整外加剂中的引气剂或消泡剂用量，使高性能混凝土初始含气量控制在2.0%～4.0%之间；将混凝土成型养护至规定龄期后进行混凝土碳化试验。

3.1 三级粉煤灰单掺对高性能混凝土抗碳化性能影响

三级粉煤灰单掺对高性能混凝土抗碳化性能影响的试验结果见表4。

表4 三级粉煤灰对高性能混凝土碳化深度影响的试验结果

从表4可以看出，随着三级粉煤灰掺量的增加，高性能混凝土的碳化深度逐渐降低；随着碳化龄期的延长，高性能混凝土的碳化深度增大，即三级粉煤灰掺量越大，高性能混凝土的抗碳化能力越强，而碳化时间越长，高性能混凝土的碳化深度越大。另外，当三级粉煤灰掺量达到30%时，再增加粉煤灰掺量，高性能混凝土碳化深度变化不大。

3.2 石粉单掺对高性能混凝土抗碳化性能影响

石粉单掺对高性能混凝土抗碳化性能影响的试验结果见表5。

表5 石粉对高性能混凝土碳化深度影响的试验结果

从表5可以看出，随着石粉掺量的增加，高性能混凝土的碳化深度先降低后增加，当石粉掺量为15%时，高性能混凝土的碳化深度最小，但与基准（0#试样）相比，两者相差不大；石粉掺量越高，高性能混凝土的碳化深度增加越明显。可见，少量石粉（20%以内）等量替代水泥，石粉掺量对高性能混凝土的碳化深度影响不大。

3.3 三级粉煤灰与石粉复掺对高性能混凝土抗碳化性能影响

三级粉煤灰与石粉复掺对高性能混凝土抗碳化性能影响的试验结果见表6。

从表6可以看出，三级粉煤灰与石粉复掺后，高性能混凝土的碳化深度都比基准（0#试样）低，也比三级粉煤灰或石粉单掺较低。另外，随着复掺掺合料中石粉掺量的不断增加，高性能混凝土的碳化深度先下降后增加，当三级粉煤灰与石粉复掺比例为60∶40（3∶2）时，高性能混凝土的碳化深度达到最低值，即高性能混凝土抗碳化性能最佳。

表6 三级粉煤灰与石粉复掺对高性能混凝土碳化深度影响的试验结果

4 结语

对试验结果进行综合分析，得出结论：

（1）当三级粉煤灰单掺时，随着三级粉煤灰掺量的增加，高性能混凝土抗碳化性能逐渐提高。当三级粉煤灰掺量达到30%后，再增加三级粉煤灰掺量，高性能混凝土抗碳化性能增加不明显。

（2）当石粉单掺时，随着石粉掺量的增加，高性能混凝土抗碳化性能先提高而后逐渐减弱，而石粉掺量越大，减弱效果越明显。

（3）当三级粉煤灰与石粉复掺时，随着复合掺合料中石粉掺量的增加，高性能混凝土抗碳化性能先提高而后降低，复掺的效果均优于单掺。当三级粉煤灰与石粉复掺比例为3∶2时，高性能混凝土抗碳化性能最佳。