【正文】 CO2 and SO2 in the groundwater, the growing concentration of carbon dioxide will be exacerbated by the carbonation of concrete structures, concrete structures the durability of a more unfavorable impact. The carbonation of concrete as an important part of the concrete durability research has drawn more and more attention. Researching the law of concrete Carbonation has important theoretical and practical significance to improve durability of reinforced concrete structures. This article created Highperformance concretes by replacing part of the cement with a plex admixture made from superfine steel slag powder, fly ash, mineral powder and wollastonite powder. Based on experiment and the analysis for carbonization of the High performance concrete, this article researched on various factors and microstucture of its carbonization, and has reached an proportion plan for concrete which has carbonation resistance requirements.Keywords: Compound mineral admixtures, High performance concrete, Carbonation 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目 錄 第1章 緒論 1 研究背景 1 國內(nèi)外的研究概況 2 研究的目的與意義 6 主要研究內(nèi)容 6第2章 混凝土碳化原理及試驗(yàn)方法 7 概述 7 基準(zhǔn)混凝土配合比設(shè)計(jì) 8 試驗(yàn)方法 9第3章 摻單一品種摻合料的混凝土碳化試驗(yàn) 10 試驗(yàn)方案 10 試驗(yàn)結(jié)果及分析 11第4章 摻二元復(fù)合摻合料混凝土的碳化試驗(yàn) 14 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述 14 試驗(yàn)結(jié)果及分析 15第5章 摻三元復(fù)合摻合料混凝土的碳化試驗(yàn) 22 摻磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和硅灰復(fù)合摻合料的混凝土碳化試驗(yàn) 22 摻磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和礦渣微粉復(fù)合摻合料的混凝土碳化試驗(yàn) 25 摻磨細(xì)鋼渣粉、礦渣微粉和硅灰復(fù)合摻合料的混凝土碳化試驗(yàn) 27結(jié)論 30參考文獻(xiàn) 31致謝 32 主要符號表 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第1章 緒論 研究背景混凝土可以追溯到古老的年代，自19世紀(jì)20年代出現(xiàn)了波特蘭水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的強(qiáng)度和耐久性，而且原料易得，造價(jià)較低，特別是能耗較低，因而用途極為廣泛。然而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并不是十全十美的，事實(shí)上從混凝土應(yīng)用于土木工程至今的150年間，大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種各樣的原因而提前失效達(dá)不到預(yù)定的服役年限。1988年，我國的一項(xiàng)抽樣調(diào)查結(jié)果表明，大約有40%混凝土碳化深度已達(dá)鋼筋表面，在潮濕環(huán)境下建筑物中90％構(gòu)件內(nèi)鋼筋已經(jīng)銹蝕，不僅嚴(yán)重影響交通和安全，而且造成巨大的浪費(fèi)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，混凝土的應(yīng)用范圍越來越廣泛。這樣，對混凝土的耐久性提出了更高要求，高性能混凝土應(yīng)運(yùn)而生。它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對不同用途要求，對下列性能重點(diǎn)予以保證:耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。近十多年來，高性能混凝土的研究與應(yīng)用獲得了顯著進(jìn)展，但目前我國高性能混凝土的研究與應(yīng)用仍處于發(fā)展階段，仍然有許多理論問題和應(yīng)用問題需要研究，因此積極開展高性能混凝土的研究與應(yīng)用是非常必要的。(2) 更多地采用廢渣，如磨細(xì)礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰和稻殼灰等作為活性摻合料以節(jié)約水泥，并在改善混凝土耐久性的同時(shí)保護(hù)環(huán)境。(4) 最大限度地發(fā)揮高性能混凝土的優(yōu)勢，減少結(jié)構(gòu)面積或結(jié)構(gòu)體積，節(jié)省混凝土用量，減輕自重。高性能混凝土在配制上的主要特點(diǎn)是水膠比低，必須摻加足夠數(shù)量的礦物摻和料和高效外加劑?，F(xiàn)在，應(yīng)用較為廣泛的礦物摻合料主要有礦渣微粉、硅灰、粉煤灰等，也有采用沸石凝灰?guī)r、頁巖灰、固硫渣、磨細(xì)石灰石粉等作為摻和料的情況。近年來，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對混凝土碳化問題的研究非常關(guān)注，僅1991～1998年期間，據(jù)美國工程索引（EI）和中文科技期刊文摘收錄的以“碳化”為主題發(fā)表的文章就有300多篇。目前，國內(nèi)外就混凝土碳化問題所做的碳化實(shí)驗(yàn)很多，一般碳化試驗(yàn)的推薦方法是以碳化深度為劣化指標(biāo)的直接測試法。另外，與自然環(huán)境中CO2的實(shí)際體積濃度(%)相比，我國標(biāo)準(zhǔn)加速碳化試驗(yàn)中CO2體積濃度為20%。隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，高效減水劑和高活性的混凝土摻和料不斷得到開發(fā)與應(yīng)用以及工程結(jié)構(gòu)向大跨度、高層、超高層及超大型發(fā)展的需要，要求混凝土具有高強(qiáng)、高體積穩(wěn)定性、高密實(shí)度、低滲透性、耐化學(xué)腐蝕性、高耐久性及高工作性等特性使高性能混凝土逐漸成為主要的工程結(jié)構(gòu)材料，而高性能混凝土的碳化問題也越來越得到大家的關(guān)注和研究。 國內(nèi)外的研究概況20 世紀(jì) 60 年代，國際上一些發(fā)達(dá)國家就開始重視混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題，在混凝土碳化方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究及理論分析。其次，對于混凝土碳化影響因素、人工加速碳化以及碳化深度檢測方面也有了全面的了解。我國在混凝土碳化方面的研究起步較晚，從20世紀(jì)80年代開始研究混凝土碳化與鋼筋的銹蝕問題，通過快速碳化試驗(yàn)、長期暴露試驗(yàn)以及實(shí)際工程調(diào)查，研究混凝土碳化的影響因素與碳化深度預(yù)測模型，并且取得了可喜的研究成果。影響混凝土碳化的因素主要分為三個(gè)方面：材料因素、環(huán)境因素和施工因素[4]。（1）水灰比的影響水灰比對混凝土碳化速度影響極大。碳化深度與水灰比并非呈線性正比關(guān)系，而是近似呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。因此水灰比對混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)影響極大，控制著混凝土的滲透性。（2）水泥品種與用量的影響水泥品種決定了單位體積混凝土中可碳化物質(zhì)的含量，因而對混凝土的碳化有重要的影響。研究結(jié)果顯示：早強(qiáng)水泥與同強(qiáng)度等其他水泥相比，抗碳化能力更高,礦渣水泥和火山灰配置的浮石混凝土比普通硅酸鹽水泥配制的混凝土碳化速度快。增加水泥用量不僅可改善混凝土和易性、提高混凝土密實(shí)性，還可增加混凝土的堿性儲備。（3）摻合料的影響礦物摻合料特別是磨細(xì)礦物摻合料，用作混凝土的摻合料能夠改善或提高混凝土的綜合性能，其作用機(jī)理在于磨細(xì)礦物摻合料在混凝土中具有微集料效應(yīng)、微晶核效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)。隨著粉煤灰摻量增加，混凝土抗碳化能力下降?；炷林袚饺敕勖夯矣姓?fù)兩方面作用：一方面由于水泥用量減少，水化反應(yīng)生成的可碳化物質(zhì)減少，堿儲備降低，抗碳化能力降低；另一方面，粉煤灰的二次水化填充效應(yīng)可顯著改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)性。（4）外加劑的影響外加劑對混凝土的抗碳化性能的影響與水泥品種有關(guān)?？姴牡妊芯堪l(fā)現(xiàn)[7]，摻新型聚羧酸系減水劑比同等條件下?lián)捷料禍p水劑的混凝土抗碳化能力強(qiáng)。在早期和后期，減水劑和引氣劑雙摻對混凝土抗碳化性能影響不同。（5）骨料品種與級配的影響骨料的品種和顆粒級配影響混凝土的密實(shí)度，從而影響到碳化速度。而輕骨料本身氣泡多，透氣性大。輕骨料和人造骨料本身孔隙較大，有利于CO2氣體擴(kuò)散，會加速碳化過程。（6）混凝土表面覆蓋層的影響混凝土覆蓋層的種類與厚度對混凝土的碳化有著不同程度的影響。文獻(xiàn)的研究發(fā)現(xiàn)：增大覆蓋層厚度和提高覆蓋層的密實(shí)度是有效地延緩碳化的手段。包括自然環(huán)境和使用環(huán)境兩個(gè)方面，自然環(huán)境包括環(huán)境相對濕度，溫度、應(yīng)力以及二氧化碳濃度等；使用環(huán)境主要指混凝土構(gòu)件的受力狀態(tài)及應(yīng)力水平，它們主要通過影響二氧化碳擴(kuò)散速度及碳化反應(yīng)速率來影響混凝土碳化速度。CO2溶于水后形成H2CO3方能和Ca(OH)2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，所以非常干燥時(shí)，混凝土碳化無法進(jìn)行，但由于混凝土的碳化本身既是一個(gè)釋放水的過程，環(huán)境相對濕度過大，生成的水無法釋放也會抑制碳化進(jìn)一步進(jìn)行。一般認(rèn)為碳化速度與相對濕度的關(guān)系呈拋物線狀，在相對濕度40%～60%時(shí)，碳化速度較快，50%時(shí)達(dá)到最大值。徐道富[9]的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境相對濕度和混凝土的碳化速度二者近似呈反比關(guān)系。（3）應(yīng)力的影響混凝土構(gòu)件在不同應(yīng)力狀態(tài)下碳化速度不同?；炷潦艿綁簯?yīng)力，內(nèi)部大量的微細(xì)裂縫閉合或是寬度減小，這抑制了二氧化碳的擴(kuò)散，碳化速度減慢。涂永明、呂志濤[10]對不同應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行碳化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：，拉應(yīng)力可促進(jìn)碳化，壓應(yīng)力可減緩碳化，且拉應(yīng)力越大，碳化速度越快，壓應(yīng)力越大，碳化速度越慢。根據(jù)Fick 第一擴(kuò)散定律可知：濃度梯度越大，二氧化碳越容易進(jìn)入混凝土，使得混凝土內(nèi)部的二氧化碳的濃度升高，從而碳化反應(yīng)速度增快。施工因素主要是指混凝土的攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)條件等，它們主要通過影響混凝土的密實(shí)性來影響混凝土的碳化速度。同樣，養(yǎng)護(hù)方法與齡期的不同也會造成密實(shí)性和可碳化物質(zhì)的不同，從而會對碳化速度產(chǎn)生不同的影響。礦物摻合料特別是磨細(xì)礦物摻合料，用作混凝土的摻合料能夠改善或提高混凝土的綜合性能，其作用機(jī)理在于磨細(xì)礦物摻合料在混凝土中具有微集料效應(yīng)、微晶核效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)[12]。按照Aim和Goff 模型理論，當(dāng)把摻有超細(xì)礦物摻合料的水泥基材料看作多元系統(tǒng)，則在該系統(tǒng)中存在一個(gè)最緊密堆積。例如磨細(xì)礦渣粉的細(xì)度比水泥顆粒細(xì)，在取代部分水泥以后，這些小顆粒填充在水泥顆粒間的空隙里，使膠凝材料具有更好的級配，形成了密實(shí)結(jié)構(gòu)和細(xì)觀層次的自緊密堆積體系。填充作用的另一好處是增加黏聚性，防止泌水離析，改善可泵性。混凝土中摻入磨細(xì)礦物摻合料，在混凝土內(nèi)部的堿環(huán)境中，磨細(xì)礦物摻合料吸收水泥水化時(shí)形成的氫氧化鈣，且能促進(jìn)水泥進(jìn)一步水化生成更多有利的CSH凝膠，使集料接口區(qū)的氫氧化鈣的晶粒變小，改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體的孔隙率明顯下降，強(qiáng)化了集料接口的粘結(jié)力，使得混凝土的物理力學(xué)性能大大提高。在礦物摻合料研究方面，發(fā)達(dá)國家的工業(yè)廢渣利用率雖較高，但大多用于回填和道路基層材料，對多種廢渣復(fù)合配制混凝土摻合料的研究較少，我國在這方面的研究處于領(lǐng)先地位，并且有一些利用復(fù)合型摻合料配制混凝土的文獻(xiàn)資料及工程報(bào)道。由于其細(xì)度很高，都表現(xiàn)出很高的火山灰質(zhì)效應(yīng)。材料科學(xué)的常識告訴我們，在同類材料中，凡是提高致密度、晶粒細(xì)化的措施，都可提高材料的強(qiáng)度和耐久性。這種復(fù)合礦物摻合料，主要是復(fù)合磨細(xì)粉煤灰、磨細(xì)礦粉等多種活性礦物摻合料再加入少量激發(fā)劑配制而成的一種復(fù)合活性礦物摻合料。近年來也有采用三種摻和料同時(shí)摻入高性能混凝土中的研究報(bào)道，如姚直書、程樺、宋海清[15]在鉆井井壁高強(qiáng)高性能混凝土的研制試驗(yàn)中，摻入了硅粉、磨細(xì)礦渣和粉煤灰的復(fù)合物，配制出C60～C70的高性能混凝土。李永鑫[17]研究了磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰及礦渣微粉復(fù)合對混凝土強(qiáng)度及工作性的影響，結(jié)果表明鋼渣粉與粉煤灰有良好的適應(yīng)性，它們二元或三元復(fù)合可得到強(qiáng)度發(fā)展協(xié)調(diào)且工作性優(yōu)異的混凝土。結(jié)果表明，隨著齡期的發(fā)展，各項(xiàng)力學(xué)性能都逐漸得到提高，并有相似的變化規(guī)律；復(fù)合型摻合料的取代量是影響混凝土性能的重要因素。研究表明，摻合料的摻量在30％～50％變化時(shí)，對抗氯離子滲透性、抗碳化性能、抗?jié)B性和耐腐蝕性能有不同程度的影響，抗氯離子滲透性能和抗?jié)B性能隨著取代量的提高有所增強(qiáng)，抗碳化性能反而下降，耐腐蝕性能在40％最優(yōu)。程宇科[11]研究了復(fù)合摻合料的取代量、摻料比例、水膠比和混凝土強(qiáng)度的關(guān)系，結(jié)果表明取代量建議控制在20%～40%范圍內(nèi)，水膠比次之， 為最優(yōu)，基準(zhǔn)混凝土的抗碳化性優(yōu)于摻復(fù)合型摻合料混凝土，碳化深度隨取代量增加而增加。程宇科[11]通過對比試驗(yàn)的方法主要研究了水膠比、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、礦物摻合料種類等因素對混凝土碳化的影響。 主要研究內(nèi)容本論文在前面所取得的研究成果基礎(chǔ)上，采用磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰、礦粉和硅灰配制復(fù)合型摻合料，進(jìn)一步研究復(fù)合型摻合料對混凝土性能的影響，主要內(nèi)容包括：(1) 采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以摻合料總?cè)〈?、摻合料比例、水膠比作為試驗(yàn)因素，研究上述因素對摻復(fù)合型摻合料混凝土不同齡期的抗碳化性能的影響。第2章 混凝土碳化原理及試驗(yàn)方法 概述混凝土的碳化又稱中性化，是指環(huán)境中的CO2和水與混凝土內(nèi)水泥石中氫氧化鈣反應(yīng)，生成碳酸鈣和水，從而使混凝土堿度降低的現(xiàn)象?；炷涟l(fā)生碳化的最直接結(jié)果就是降低了混凝土內(nèi)部的pH值，導(dǎo)致鋼筋因失去堿性保護(hù)而銹蝕，碳化收縮還會引起微細(xì)裂縫，使混凝土強(qiáng)度降低。但是繼續(xù)碳化會使碳酸鈣變成碳酸氫鈣，為微溶的化合物，溶出后使孔隙率增加，降低了混凝土抵抗其他化學(xué)侵蝕的能力[21]。SiO2)、硅酸二鈣(2CaOA12O3)、鐵鋁酸四鈣(4CaOFe2O3)及石膏等，其水化產(chǎn)物為高堿性水化硅酸鈣(約占60%)、氫氧化鈣(約占25%)、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣等，充分水化后，混凝土孔隙水溶液為Ca(OH)2的飽和溶液，其pH值約為12～13，呈強(qiáng)堿性。CaCO3溶解度低，沉積于毛細(xì)孔中，毛細(xì)孔中Ca(OH)2補(bǔ)充溶解為Ca2+和 OH，反向擴(kuò)散到孔隙液中，與繼續(xù)擴(kuò)散進(jìn)來的CO2反應(yīng)，一直到附近水泥石中的Ca(OH)2和水化硅酸鈣凝膠體均與CO2發(fā)生上述中和反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物將周圍毛細(xì)孔堵塞，表明這層混凝土的毛細(xì)孔中不再進(jìn)行上述中和反應(yīng)。當(dāng)該層混凝