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序言

自然界CO?在一定溫溫度下與未水化的C?S和C?S及水化產(chǎn)物氫氧化鈣和水化碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)的過程為炭化過程。該過程會加快箍筋破損，不利水泥耐久性。炭化過程是復(fù)雜的物理反應(yīng)過程，混凝土水化產(chǎn)物各組分和管徑就會發(fā)生變化。初期漿體不密實，二氧化碳滲透快，則炭化快，而后期漿體密實后，炭化速率弄成擴(kuò)散控制。因而漿體密實度和初期硬度會直接影響水泥炭化速率和深度。同時孔隙氨水中K+和Na+會起催化作用并推動炭化進(jìn)程。在水泥機(jī)制中，石灰爐渣除了具備微晶核效應(yīng)來優(yōu)化界面過渡區(qū)且微量參與反應(yīng)生成單碳水化鋁酸鈣用品有微膨脹效應(yīng)，但會增加水泥密實度，使其抗CO?、Cl-或SO?2-侵蝕能力減低。

基于此，思考石灰爐渣比表面積、礦物摻合料、早強(qiáng)劑、防水物質(zhì)及CO?捕收劑對混凝土一石灰爐渣機(jī)制硬度和炭化的影響，為提升混凝土一石灰爐渣水泥機(jī)制抗炭化能力和推動石灰爐渣高效運(yùn)用夯實基礎(chǔ)。

01

材料與技巧

1.1試驗材料

富皇P·O42.5混凝土，比表面積380m2/kg，3d和28d抗拉硬度分別為26.5MPa和50.5MPa；其物理組成見表1。

表1混凝土的物理成份剖析（％）

龍電II級粉爐渣水泥比表面積，45μm篩余19％，需水委比97％，7d活性63％，28d活性76％；鈺宏S95煤泥，45μm篩余2.5％，7d活性78％，28d活性98％；三遠(yuǎn)硅灰，SiO，濃度94％，燒失量為4.5％。

乙酸鐵(FN)，AR，西隴焦化；硝酸鈣(CN)，AR，西隴焦化；防水石蠟面膜(FEP)，工業(yè)級，拓達(dá)防水；一乙醚胺(MEA，99％)，AR，西隴焦化；三丁二烯四胺(TETA，99％)，AR，西隴焦化；N一烷基二甲酸胺(NDEA，99％)，AR，西隴焦化。

1.2不環(huán)比表面積石灰爐渣的純化

稱量5k石灰石質(zhì)砂，加入0.02％的三乙醇胺作為助磨劑，于0500mm×500mm標(biāo)準(zhǔn)混凝土實驗?zāi)ブ蟹勰ゲ煌瑫r間，甩料時間為3min。出料為不環(huán)比表面積石灰爐渣過0.6mm標(biāo)準(zhǔn)篩。粉磨時間與比表面積的關(guān)系見表2。

表2粉磨時間與比表面積的關(guān)系

1.3功耗檢測方式

水泥硬度測量：標(biāo)養(yǎng)條件下，檢測水泥7d和28d抗拉硬度。其中C30水泥配合比為：膠材：砂：石：水=390：815：994：165。依照GB/T50081-2002(普通水泥電學(xué)功耗實驗方式標(biāo)準(zhǔn)》，純化100mm×100mm×100mm的多面體試件。

水泥炭化深度檢測：根據(jù)GB/T50082-2009《普通水泥常年功耗和耐久功耗實驗方式》中炭化實驗的要求進(jìn)行檢測。試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)26d后取出于60℃下烘48h，干燥后留面石蠟密封進(jìn)行7d炭化試驗。

1.4水泥配合比

試驗考慮不環(huán)比表面積石灰爐渣機(jī)制、硅灰、礦粉和粉礦渣等摻合料機(jī)制及不同外加劑對水泥硬度和炭化深度的影響。其中機(jī)制水泥配合比設(shè)計及編號見表3。

表3水泥配合比（kg/m3）

02

試驗結(jié)果與討論

2.1不環(huán)比表面積石灰爐渣的影響

不環(huán)比表面積石灰爐渣對混凝土一石灰爐渣水泥機(jī)制28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響由圖1所示。

圖1不同石灰爐渣對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖1可知，隨石灰爐渣取代混凝土比列降低，抗拉硬度漸漸減少，炭化深度漸漸提高。當(dāng)石灰爐渣取代比列為40％時，隨石灰爐渣比表面積的提高：抗拉硬度先降低后增加，炭化深度先減少后降低，當(dāng)石灰爐渣比表面積為750m2/kg時，抗拉硬度達(dá)37MPa，炭化深度為14mm，比摻比表為400m2/kg的石灰爐渣(1-2)硬度高4MPa，炭化深度增加9mm。

適度增加石灰爐渣比表面積能減少水泥抗拉硬度并增加炭化深度，或許與高比表面積物質(zhì)的填充密實作用有關(guān)，但炭化深度仍然較深，或許是水泥密實度仍然不夠引致。

2.2不同礦物摻合料的影響

以1-2為基準(zhǔn)，分別選用粉爐渣、礦粉和硅灰三種礦物摻合料代替石灰爐渣，闡述其對28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響，其結(jié)果由圖2所示。

圖2不同礦物摻合料對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖2可知，礦物摻合料種類和摻量對水泥硬度和炭化影響不同，硅灰和煤粉可有效減少抗拉硬度并適度增加炭化深度，粉礦渣摻入會降低炭化深度，當(dāng)硅灰取代20kg時，28d抗拉硬度為40MPa，比基準(zhǔn)減少6MPa，炭化深度為18mm，比基準(zhǔn)減少5mm。礦物摻合料的潛在火山灰活性會消耗部份氫氧化鈣，使機(jī)制酸性增加，更易炭化，但煤泥和硅灰能適度增加炭化與其比表面積較高機(jī)制密實度高有關(guān)。

2.3不同無機(jī)抗?jié)B劑的影響

以1-2為基準(zhǔn)，思考不同無機(jī)抗?jié)B劑(硝酸鈣和乙酸鐵)及摻量(0.3％、0.5％和0.8％)對其對28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響，結(jié)果由圖3所示。

圖3不同無機(jī)物對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖3可知水泥比表面積，隨乙酸鐵藥量的降低，28d抗拉硬度適度提高，炭化深度增加顯著，摻量為0.8％時，炭化深度為13mm，比空白增加11mm；隨硝酸鈣摻量的提高，水泥28d硬度呈減少趨勢，炭化深度漸漸提高。引進(jìn)鐵離子后機(jī)制炭化深度增加或許是鐵離子通過產(chǎn)生氫氧化鐵乳膏堵塞氣孔并優(yōu)化界面薄弱區(qū)來實現(xiàn)適度提高水泥密實度。

2.4防水石蠟面膜的影響

以1-2為基準(zhǔn)，闡述防水物質(zhì)的藥量(0.1％、0.3％、0.5％和0.8％)對其28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響，其結(jié)果見圖4。

圖4防水石蠟面膜對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖4可知，隨防水石蠟面膜摻量的提高，水泥28d抗拉硬度漸漸減少，7d炭化深度呈先減少后降低趨勢，摻量為0.3％時，炭化深度最低，達(dá)11mm，比空白增加12mm。機(jī)制加入防水性物質(zhì)后水泥硬度會增加，但會適度提高水泥抗炭化功耗。摻入較差防水物質(zhì)后炭化深度提高或許與水泥硬度增加嚴(yán)重有關(guān)。

2.5氣體捕收劑的影響

依據(jù)文獻(xiàn)，將MEA、NDEA和TETA按質(zhì)委比1：2：0.2混和即為氣體捕收劑(CH)。以1-2為基礎(chǔ)，闡述捕收劑摻量(0.01％、0.03％、0.05％和0.08％)對其28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響，其結(jié)果見圖5。

圖5碳捕收劑對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖5可知，隨碳補(bǔ)收劑摻量的提高，水泥28d硬度漸漸減少，炭化深度先減少后降低，當(dāng)摻量為0.05％時，炭化深度最低達(dá)11mm，比空白增加12mm，摻入較差捕收劑后炭化深度提高或許與超摻后，凝結(jié)時間延長，硬度增加嚴(yán)重引致。

03

推論

對于混凝土一石灰爐渣水泥機(jī)制，隨石灰爐渣取代混凝土比列降低，水泥硬度和抗炭化功耗漸漸減少。當(dāng)石灰爐渣取代混凝土比列為40％時，水泥硬度方面：硅灰取代20kg石灰爐渣時硬度達(dá)最高，為40MPa，比空白高6MPa，高比表面積(750m2/kg)石灰爐渣次之，為37MPa，比空白高4MPa，防水物質(zhì)和適量硝酸鈣會影響水泥硬度；水泥抗炭化方面：摻入0.3％防水石蠟面膜可使機(jī)制炭化深度降至最低，達(dá)11mm，比空白增加13mm，摻入0.8％硫酸鐵次之，炭化深度為13mm，比空白增加11mm，礦物摻合料代替石灰爐渣不會有效減少炭化深度。適度引進(jìn)鐵離子、防水組分或較高比表面積石灰爐渣來提高機(jī)制密實度和防水功耗可增加混凝土一石灰爐渣機(jī)制水泥抗炭化功耗。