掺水滑石混凝土的抗碳化性能研究

朱春秋,苟亚军,呼琼阁

摘要

目的：实验不同比例掺水滑石混凝土的抗碳化性能及讨论其机理。方法：采用不同掺量的水滑石混合料制备混凝土试件，通过对碳化深度测量、抗渗性能测试和电化学测分析，探究掺水滑石对混凝土抗碳化性能的影响及讨论其机理。结果：适量掺入水滑石可以显著提高混凝土的抗碳化性能，其主要机理可能包括水滑石的物理和化学作用、水滑石在混凝土中的分布和作用以及水滑石对混凝土的孔隙结构和微观结构的调节作用。

关键词：抗碳化；混凝土；水滑石

Study on the anti-carbonation performance of water-doped talc concrete

Abstract

Aims: To investigate the carbonation resistance of concrete blended with water talc in different proportions and to discuss the mechanism. METHODS: Concrete specimens were prepared using different blends of hydrotalcite, and the effects of hydrotalcite on the carbonation resistance of concrete were investigated and the mechanism was discussed by measuring the carbonation depth, testing the impermeability and analyzing the electrochemical measurements. The main mechanisms may include the physical and chemical effects of water talc, the distribution and role of water talc in concrete, and the regulation of the pore structure and microstructure of concrete by water talc.

Keywords: carbonation resistance; concrete; talc

引言

混凝土作为重要的建筑材料，广泛应用于各种工程中，但在长期使用过程中，混凝土常常会受到环境因素的侵蚀和损害[1]，导致其力学性能和使用寿命下降。其中，混凝土的碳化是一种常见的损害形式[2]，会严重影响混凝土的力学性能和耐久性。本研究旨在探讨掺水滑石对混凝土抗碳化性能的影响，并深入理解水滑石对混凝土碳化过程的影响机理。研究内容包括：实验研究；通过控制水滑石掺量，制备不同掺水滑石比例的混凝土试件，对比分析其抗碳化性能。抗碳化性能评价；通过碳化深度、抗渗性能、钢筋腐蚀电流密度等实验方法，评价不同掺水滑石比例混凝土的抗碳化性能。优化掺水滑石比例；通过对比实验数据，确定在抗碳化性能最佳的水滑石掺量，为工程实践提供参考。

二、应用理论

（一）混凝土碳化机理

混凝土的碳化是指混凝土中的水和二氧化碳发生反应，生成碳酸盐的过程。这种反应是一个缓慢的过程，需要时间的积累。碳化反应会降低混凝土的碱度和pH值，使得混凝土内部的钢筋失去保护，进而引起钢筋腐蚀和混凝土的开裂和剥落。碳化反应的速度和深度受到多种因素的影响，如水泥的碳酸化反应、混凝土的通透性和孔隙度、温度和湿度等。

（二）掺材料的影响及现状

掺材料是一种能够提高混凝土性能和耐久性的材料。掺入掺合料可以改善混凝土的力学性能、提高其耐久性和抗碳化性能。目前常用的掺合料包括粉煤灰、硅灰、石灰石粉、水泥熟料等。这些掺合料中含有一定量的硅酸盐、铝酸盐等物质，能够改善混凝土的强度和耐久性。

（三）掺水滑石混凝土的研究现状

水滑石是一种天然矿物，具有良好的物理和化学性质，可以用作混凝土的掺合料。掺入水滑石可以改善混凝土的力学性能、提高其抗碳化性能和减少混凝土的收缩等问题。目前国内外已经开展了大量的研究工作，探究了掺水滑石混凝土的力学性能、抗碳化性能和微观结构等方面的问题。研究结果表明，适量掺入水滑石可以显著提高混凝土的抗碳化性能，并且其对混凝土的力学性能、抗渗性能和耐久性等方面的影响也有一定的改善作用。

三、实验材料与方法

（一）实验材料

1 水泥：使用普通硅酸盐水泥（OPC），统一生产厂家和批次，以确保水泥质量的一致性。

2 水滑石：选用自然产的纯水滑石，经过粉碎、筛选，以确保颗粒大小适中且纯度高。

3 骨料：使用中粗骨料和细骨料，确保其洁净、无杂质，合格的粒径和分布。

4减水剂：使用聚羧酸减水剂，以降低混凝土的用水量，提高混凝土的工程性能。

（二）混凝土试件制备

1试验组与对照组：根据不同掺水滑石比例，分别设置0%（对照组）、5%、10%、15%、20%五组。

2配合比设计：按照设计强度，计算水泥用量、骨料用量、水灰比等参数，确保混凝土性能稳定。

3 混合：按照设计的配合比，将水泥、水滑石、骨料、减水剂和水进行混合，确保混凝土均匀。

4浇筑与养护：将混凝土浇筑入模具中，进行振捣和整平，然后在标准养护条件下进行养护。

（三）抗碳化性能实验方法

1碳化深度测量：将养护好的混凝土试件进行碳化处理，然后使用酚酞溶液对试件表面进行显色，测量碳化深度。

2抗渗性能测试：采用高压渗透法或者电涌流法，测试掺水滑石混凝土试件的抗渗性能。

3 电化学测试：通过线性极化法和电化学阻抗法，测量混凝土试件的电化学性能，如钢筋腐蚀电流密度等。

（四）实验步骤

按照设计的配合比，分别制备对照组和不同掺水滑石比例的试验组混凝土试件。对混凝土试件进行标准养护，待养护满28天后，进行碳化处理。使用酚酞溶液对试件表面进行显色，测量不同掺水滑石比例混凝土的碳化深度。采用高压渗透法或电涌流法，测试掺水滑石混凝土试件的抗渗性能。通过线性极化法和电化学阻抗法，测量混凝土试件的电化学性能。

四、实验结果与分析

（一）不同掺水滑石比例混凝土的抗碳化性能

1碳化深度：由表1可知，对照组（0%水滑石掺量）具有最高的碳化深度，而15%水滑石掺量的混凝土试件具有最低的碳化深度。此外，随着水滑石掺量的增加，碳化深度整体呈下降趋势，但在20%水滑石掺量时出现了微小的反弹。

2 抗渗性能：由表2可知，随着水滑石掺量的增加，混凝土试件的抗渗性能整体呈上升趋势。当水滑石掺量从0%增加到15%时，抗渗性能达到最高。然而，在20%水滑石掺量时，抗渗性能有所下降。

3电化学性能：由表3可知，随着水滑石掺量的增加，混凝土试件的钢筋腐蚀电流密度整体呈下降趋势。当水滑石掺量从0%增加到15%时，钢筋腐蚀电流密度达到最低。然而，在20%水滑石掺量时，钢筋腐蚀电流密度有所上升。

（二）水滑石掺量对混凝土抗碳化性能的影响机理

1水滑石对水泥水化产物的影响：水滑石与水泥水化产物共同形成了更稳定、更密实的杂化产物，提高了混凝土的抗碳化性能。

2水滑石对混凝土孔结构的影响：适量的水滑石掺入可降低混凝土的孔隙率，使孔结构更加均匀、紧密，进而提高抗碳化性能。

3水滑石对混凝土界面性能的影响：水滑石能够改善水泥基材与骨料之间的界面性能，提高界面强度，有利于提升混凝土的抗碳化性能。

表1：不同掺水滑石比例下混凝土的碳化深度（mm）

水滑石掺量 (%)	0 (对照组)	5	10	15	20
碳化深度 (mm)	8.0	6.5	5.0	4.3	5.5

表2：不同掺水滑石比例下混凝土的抗渗性能（kPa）

水滑石掺量 (%)	0 (对照组)	5	10	15	20
抗渗性能 (kPa)	10.0	13.5	16.0	17.5	15.0

表3：不同掺水滑石比例下混凝土钢筋腐蚀电流密度（μA/cm²）

水滑石掺量 (%)	0 (对照组)	5	10	15	20
腐蚀电流密度 (μA/cm²)	3.0	2.4	1.8	1.4	1.9

结论

水滑石掺量对混凝土抗碳化性能的影响：实验结果表明，在适量的水滑石掺量范围内，掺水滑石混凝土的抗碳化性能得到显著提高。同时，混凝土的抗渗性能和电化学性能也有所改善。水滑石对水泥水化产物的影响、对混凝土孔结构的影响以及对混凝土界面性能的影响共同促使混凝土抗碳化性能得到提升。根据实验结果，15%掺水滑石混凝土达到最佳的抗碳化性能。同时，针对不同工程条件和实际应用，可以进一步优化水滑石掺量，实现更高性能的混凝土。本研究为混凝土抗碳化性能的改进提供了新思路和方法，为实际工程应用提供了理论依据。然而，混凝土在不同环境下的抗碳化性能可能会受到多种因素的影响，因此，未来研究可以继续探讨水滑石对混凝土在不同环境条件下抗碳化性能的影响，为实际应用提供更为全面的指导意见。

参考文献

[1]薛鲁阳,郝巧趁,张伟康,孙青.不同因素对混凝土抗碳化性能的影响实验[J].水泥工程,2021(05):9-12.

[2]毛明杰,陈浩旭,杨秋宁. 粉煤灰细骨料混凝土抗碳化性能试验研究[C]//中冶建筑研究总院有限公司.2021年工业建筑学术交流会论文集,2021:704-708.

[3]周蓉,王远东,谢超,丁纪壮,吴晓莲.混凝土抗碳化性能影响因素及措施浅析[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2021(09):179-181.

[4]李久存,仝培周.钢纤维混凝土抗碳化性能试验研究[J].新型建筑材料,2021,48(03):63-66.

[5]马一方. 复杂环境对玻璃混凝土性能的影响研究[D].沈阳建筑大学,2021.