对部分粉煤灰混凝土的碳化及钢筋锈蚀的调研

对部分粉煤灰混凝土的碳化及钢筋锈蚀的调研

粉煤灰作为混凝土的混合材料，自1938年头批在国外工程中使用开始，由于专业工程技术人员对掺粉煤灰混凝土的耐久性极为关注。粉煤灰磨机是粉煤灰粉磨设备的一种。现以黄河上早期建设的某大型水利枢纽工程为例（该工程掺用粉煤灰的混凝土量约为130万m3，粉煤灰用量达35400t，节约水泥26600t)，从混凝土抗碳化能力和钢筋的镑蚀作用两方面，调查了混凝土掺粉煤灰后对其碳化深度的影响以及是否会因此减弱或失去对钢筋的保护作用而导致钢筋的镑蚀？降低混凝土的使用寿命等问题。

混凝土的碳化

1.混凝土的碳化

混凝土的碳化之所以不仅成为其耐久性的一项重要指标而且使工程技术人员感到不安，主要由于三个问题：

（1）混凝土碳化后在其表面发现网状发丝裂纹；

（2）碳化收缩作用可高达混凝土总收缩量的1/3，使混凝土表面产生拉应力，而出现微裂纹，降低混凝土抗拉、抗折强度及抗渗能力；

（3）混凝土碳化作用，降低水泥浆体胶孔溶液的碱度，当混凝土中pH值即氢离子指数降低到一定程度后，钢筋钝化膜失去了存在的条件，也就失去了抵抗锈蚀的屏障。前两个问题虽然很重要，但不如第三个问题――钢筋锈蚀那样令人棘手。而粉煤灰的作用会造成水泥浆体碱度降低，加快混凝土的碳化速度。

2.碳化深度的调查结果

（1）同一结构物混凝土，在水泥品种一定，环境条件和施工水平大体相同的情况下，碳化深度随水灰比以及粉煤灰掺量的增加而有所增加。

（2）当水灰比较小，粉煤灰掺量较少，而混凝土环境条件和施工质量都较好时，碳化深度甚微。

（3）在矿渣水泥中，采用大水灰比和大掺量粉煤灰，而施工质量和混凝土环境条件又较差的混凝土，其碳化深度较大。

（4）在水灰比为0.5〜0.55，粉煤灰掺量不大于30%和一般施工水平的情况下，使用了15～17a左右的混凝土结构物，其混凝土的平均碳化深度约为20mm左右。

3、混凝土的碳化速度

从混凝土结构物实测碳化深度结果可以看出，影响碳化深度的因素：水灰比、粉煤灰掺量、水泥品种、混凝土的施工质量、表面处理情况和环境条件，这与国内外对碳化的试验及研究结果是基本一致的。在不利的情况下，即粉煤灰掺量40%，水灰比0.80的序号10混凝土，其平均碳化深度为32.4mm，以上结构物仅使用了20a左右，50a乃至100a以后，结构物混凝土的碳化深度有多大？国内外许多学者对碳化速度，即碳化深度随时间的变化规律进行了大量的试验研究，提出了碳化深度d与时间f的关系式，一般认为碳化深度d是时间t的幂函数，且幂指数小于1，即“d=Kt0.5，其中d为平均碳化深度；t为混凝土结构物暴露时间，K为取决于混凝土质量（如水灰比、粉煤灰掺量、施工质量）和环境条件有关的系数。利用该公式进行推算表明，20a的混凝土碳化深度为33.1mm，混凝土碳化深度增加2〜3倍的时间需100〜200a，换句话说，即使以序号10的混凝土作为基点，碳化深度接近或达到8～15cm(水工钢筋混凝土的保护层厚度），亦需要200a以上，在其他条件下，达到上述碳化深度则需要吏长的时间，就碳化而言，本工程混凝土还保持着青春的活力。

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