【正文】 表 47 磨細(xì)鋼渣粉與粉煤灰復(fù)合摻合料混凝土碳化試驗結(jié)果 試驗編號 不同碳化時間的碳化深度 (mm) 3 天 7 天 14 天 28 天 A1 A2 A3 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 。 表 45 磨細(xì)鋼渣粉和 粉煤灰 正交試驗因素水平列表 因素 A B C 取代量 (%) 磨細(xì)鋼渣與 粉煤灰 比例 水膠比 水平 1 20 1:1 2 30 1:2 3 40 1:3 根據(jù)正交 方案 , 計算出每立方米混凝土所需的各種試驗材料用量 , 見表 46。 (2) 磨細(xì)鋼渣粉和粉煤灰復(fù)合 正交試驗的因素和水平見表 45，采用 L9(33)正交表，各組配比和材料用量見表46。 (c) 因為本次試驗所設(shè)水膠比差異較小，極差分析顯示影響抗碳化性能的最大影響因素為取代量，水灰比次之，比例對其影響較小。 表 43 磨細(xì)鋼渣粉與硅灰復(fù)合摻合料混凝土碳化試驗結(jié)果 試驗編號 不同碳化時間的碳化深度 (mm) 3 天 7 天 14 天 28 天 A1 A2 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 A3 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 表 44 磨細(xì)鋼渣粉和硅 灰復(fù)合摻合料混凝土的碳化深度極差分析 碳化時間 (d) 取代量 A 比例 B 水膠比 C 3d 碳化深度平均值(mm) K1 K2 K3 極差 R 7d 碳化深度平均值(mm) K1 K2 K3 極差 R 14d 碳化深度平均值(mm) K1 K2 K3 極差 R 28d 碳化深度平均值(mm) K1 K2 K3 極差 R 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 由 上表 可得出如下結(jié)論 : (a) 水膠比相同時，雖然摻加磨細(xì)鋼渣粉和硅灰復(fù)合摻合料混凝土的碳化深度比基準(zhǔn)混凝土大，但比單摻摻合料時明顯減小，碳化 28d 的碳化深度減小 ～ 。 表 41 磨細(xì)鋼渣粉和硅灰正交試驗因素水平列表 因素 A B C 取代量 (%) 磨細(xì)鋼渣與硅灰比例 水膠比 水平 1 20 2:1 2 30 3:1 3 40 4:1 根據(jù)正交 方案 , 計算出每立方米混凝土所需的各種試驗材料用量 , 見表 42。 (1) 磨細(xì)鋼渣粉和硅灰復(fù)合 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 正交試驗的因素和水平見表 41，采用 L9(33)正交表，各組配比和材 料用量見表 42。 試驗結(jié)果與分析 由程宇科 [11]的研究可知，磨細(xì)鋼渣粉的活性較好，在與其它礦物摻合料一起復(fù)合使用時所產(chǎn)生的疊加效應(yīng)明顯 [11]，因此本節(jié)主要研究磨細(xì)鋼渣粉與其它礦物摻合料進行二元復(fù)合后對混凝土抗碳化性能的影響。極差大的因素，意味著該因素的不同水平對指標(biāo)所造成的影響較大，通常是主要因素；極差小的因素， 意味著該因素的不同水平對指標(biāo)所造成的影響較小，通常是次要因素。極差分析法主要通過極差 R 的大小來確定各影響因素的主次順序，第 i 列因素的極差： Ri＝ max(Ⅰ i,Ⅱ i,Ⅲ i)min(Ⅰ i,Ⅱi,Ⅲ i)。正交試驗設(shè)計的均衡分散性和整齊可比性都是由正交表的特性所決定的，這些特性在數(shù)學(xué)上叫 “ 正交性 ” ，這就是 “ 正交表 ” 、 “ 正交試驗設(shè)計 ” 中 “ 正交 ” 二字的由來。這樣，試驗條件對各因素處于完全相似的狀態(tài)，就具備了可比性。 A 因素的各個水平 A A A3 在試驗中都重復(fù)了三次，且在 A 因素的某一水平下， B 因素的三個水平 B B B3， C 因素的三個水平 C CC3 都變到了。而正交試驗設(shè)計是 按照正交表選點，只要做 9 組試驗就可以全面反映整個情況，所選取的 9 個點是均衡分散的，因此有很強的代表性。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 正交試驗設(shè)計具有兩大特點 [26]： (1) 均衡分散性：以一個三因素三水平的試驗為例，如果要求各個因素的所有水平之間都在試驗中相遇，就有 27 個試驗條件，這種試驗方法成為全面試驗。影響摻有礦物摻合料的混凝土碳化性能的因素很多，對不同品種摻合料混凝土的抗壓強度與抗碳化性之間的關(guān)系，還有待進一步研究。在四種摻合料中硅灰的比表面積大，有較強的吸附作用，火山灰活性很高，而且水化反應(yīng)很快，并生成強度更高的低堿水化硅酸鈣 ，水泥石強度得到提高的同時，由于吸附作用減少自由水在集料面上的聚集，也提高了界面區(qū)的結(jié)構(gòu)密實性，從而提高了混凝土強度。由文獻(xiàn)資料及程宇科 [11]的研究可知，摻有礦物摻合料的混凝土抗壓強度早期普遍較低（如粉煤灰、礦渣微粉、磨細(xì)鋼渣粉），這是因為上述摻合料早期的火山灰效應(yīng)不明顯，在混凝土中主要起填充作用，而早期混凝土的力學(xué)性能主要與混凝土中水泥的水化程度有關(guān)，所以摻合料摻量越大，往往強度越低。 表 34 養(yǎng)護 28 天摻不同品種摻合料混凝土抗壓強度及碳化深度試驗結(jié)果 摻合料 試驗編號 取代量 (%) 28天抗壓強度 (MPa) 碳化 28天的碳化深度 (mm) A2 0 粉煤灰 F1 5 F2 10 F3 15 硅灰 H1 5 H2 10 H3 15 礦渣微粉 K1 5 K2 10 K3 15 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 磨細(xì)鋼渣粉 G1 5 G2 10 G3 15 由表 34 可以看出： (a) 摻粉煤灰和磨細(xì)鋼渣粉時，混凝土 28d 抗壓強度基本上都比基準(zhǔn)混凝土低；摻硅灰混凝土強度均高于基準(zhǔn)混凝土；摻礦渣微粉時，摻量 ≤ 10%時，強度大于基準(zhǔn)混凝土；硅灰摻量為 10%時，混凝土強度最高。如果在工程工期允許的范圍內(nèi)，增加混凝土濕養(yǎng)時間，待混凝土硬化之后，二氧化碳?xì)怏w侵入混凝土內(nèi)部就愈加困難，對提高混凝土的抗碳化性有利。 表 33 養(yǎng)護 56 天混凝土碳化試驗結(jié)果 摻合料 試驗編號 取代量 (%) 不同碳化時間的碳 化深度 (mm) 3天 7天 14天 28天 A2 0 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 粉煤灰 F1 5 F2 10 F3 15 硅灰 H1 5 H2 10 H3 15 礦渣微粉 K1 5 K2 10 K3 15 磨細(xì)鋼渣粉 G1 5 G2 10 G3 15 由表 32 和表 33 對比可以看出，養(yǎng)護齡期延長 28d，碳化 28 天的混凝土碳化深度平均下降 1mm 左右。 圖 31 碳化 14 天的碳化深度對比曲線 圖 32 碳化 28 天的碳化深度對比曲線 由圖 31 和圖 32 可以看出：在碳化時間為 14d 和 28d，且摻量為 5%時，摻不同品種摻合料混凝土的碳化深度都較小，與基準(zhǔn)混凝土的碳化深度相接近，隨著摻合料摻量的增大混凝土碳化 深度也相應(yīng)增大，在碳化 14d 時，增大的幅度不明顯，但在碳化 28d時，增大的幅度比較明顯。由于摻合料的二次水化反應(yīng)需要消耗 Ca(OH)2，一方面摻合料摻量越大，水泥水化形成的 Ca(OH)2就越少；另一方面摻合料摻量越大，摻合料二次水 化消耗的 Ca(OH)2就越多，所以兩方面的原因造成摻量越大，混凝土中 Ca(OH)2含量越低，漿體中氫氧化鈣儲備越少，混凝土就越容易被碳化。摻單一品種礦物摻合料的混凝土抗碳化性能較基準(zhǔn)混凝土都降低了；由表 32 可見，加速碳化 7d 以前，摻合料摻量不同的混凝土，碳化深度不同，但總體相差不大，而在加速碳化 7d 之后，隨著摻量的增大，碳化發(fā)展就越快，碳化深度也越大。 表 31 每立 方米混凝土的材料用量 (Kg) 實驗號 水泥 摻合料品種 取代量 (%) 摻合料用量 水 砂 石子 減水劑 F1 粉煤灰 5 F2 10 F3 15 H1 硅灰 5 H2 10 H3 15 K1 礦渣微粉 5 K2 10 K3 15 G1 磨細(xì)鋼渣粉 5 G2 10 G3 15 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 試驗結(jié)果及分析 (1) 摻合料品種和摻量對混凝土碳化的影響 本試驗先將砂率為 ，水膠比為 的基準(zhǔn)混凝土 A2，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室分別養(yǎng)護28 天和 56 天后，碳化至規(guī)定時間 3d、 7d、 14d、 28d，測定碳化深度；然后將表 31 中各組混凝土在標(biāo) 準(zhǔn)養(yǎng)護條件下分別養(yǎng)護 28 天和 56 天后，碳化至規(guī)定時間 3d、 7d、 14d、28d，測定碳化深度，并與基準(zhǔn)混凝土進行對比研究，具體結(jié)果見表 32。本次試驗共制作了如表 31 所示的 12 組實驗。如果測點處的碳化分界線上剛好嵌有粗骨料顆粒，則可取該顆粒兩側(cè)處碳化深度的平均值作為該點的深度值。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 (5) 將切除所得的試件部分刮去斷面上殘存的粉末，隨即噴上 (或滴上 )濃度為 1%的酚酞酒精溶液 (含 20%的蒸餾水 )。采用立方體試件 ,則在試件中部劈開。去濕用的硅膠應(yīng) 經(jīng)常更換。一般在第一、二天每隔兩小時測定一次，以后隔 4 小時測定一次。 5℃的溫度下進行。 5%的范圍內(nèi)。 3%。密封可采用機械辦法或油封，但不得采用水封以免影響箱內(nèi)的濕度調(diào)節(jié)。 混凝土碳化試驗應(yīng)按下列步驟進行 [25]： (1) 將經(jīng)過處理的試件放入碳化箱內(nèi)的鐵架上，各試件經(jīng)受碳化的表面之間的間距至少 50 毫米。經(jīng)烘干處理后的試件，除留下相對的兩個側(cè)面外，其余表面用加熱的石臘予以密封。試件一般應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護至 28 天進行碳化，采用摻合料的混凝土可根據(jù)其特性決定碳化前的養(yǎng)護齡期。本文以碳化深 度為其評價指標(biāo)。 表 21 基準(zhǔn) 混凝土 設(shè)計配合比 試驗材料 每立方米混凝土的用量 (Kg) 膠凝材料 水 沙子 石子 減水劑 % 試驗方法 目前，評價混凝土抗碳化能力大小的指標(biāo)主要有兩個：碳化深度及抗碳化系數(shù)。本試驗以 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 抗壓強度 C40 作為設(shè)計值，通過全 計算方法進行混凝土配合比設(shè)計。同時，以全計算方法為基礎(chǔ)的 “ 現(xiàn)代混凝土配合比全計算法軟件 ” 的開發(fā)，使得混凝土配合比設(shè)計走向了數(shù)字化道路的發(fā)展方向。因此，提高高性能混凝土的耐久性，不僅可以延長建筑物的使用壽命，提高經(jīng)濟效益；同時也是節(jié)約資源保護環(huán)境的有力舉措。同時，要在滿足材料性能要求的前提下，節(jié)約水泥，降低成本。 基準(zhǔn) 混凝土 配合比設(shè)計 混凝土配合比設(shè)計的任務(wù)，就是根據(jù)原材料的技術(shù)性能及施工條件，合理選擇原材料 ，并確定出能滿足工程需要的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的各項組成材料的用量。而 CO2的擴散速度主要受混凝土的密實度、環(huán)境中 CO2的濃度、環(huán)境溫濕度等條件的影響，這些影響因素可以歸納為內(nèi)部因素和外部因素兩個方面。由于空氣中的 CO2濃度較低，實際碳化速度很慢，碳化收縮本身引起混凝土收縮開裂的可能性不大，通常在一 年以后才會使混凝土表面產(chǎn)生很細(xì)微的裂縫。 碳化對混凝土產(chǎn)生的負(fù)面影響還會使混凝土產(chǎn)生不可逆收縮，相關(guān)研究表明 [24]碳化引起的收縮值與環(huán)境濕度密切相關(guān)；一般認(rèn)為在相對濕度 50％的環(huán)境中，碳化收縮最大。3H2O+3 H2CO3→ 3CaCO3+2 SiO2+6H2O 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 CaCO3+ CO2+H2O→ Ca(HCO3)2 (2) 碳化對 混凝土 的影響 混凝土發(fā)生碳化最直接的影響就是導(dǎo)致混凝土堿度的降低， Taylor[22]指出已碳化混凝土的 pH 低于 ，低于鋼筋表面 鈍化膜穩(wěn)定存在的 pH=。 混凝土 碳化的主要化學(xué)反應(yīng)如下：