高性能混凝土的研究與發(fā)展現(xiàn)狀畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　設(shè)計（論文）題目： 高性能混凝土的研究與發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　二○一三 年 五 月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一部分 過程管理資料

2、</p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告4</p><p>　　二、畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告6</p><p>　　三、畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評閱表7</p><p>　　四、畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯評審表8</p><p>　　第二部分 畢業(yè)論文</p><p><b&

3、gt;　　五、畢業(yè)論文10</b></p><p><b>　　2013 屆</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）資料</p><p>　　第一部分 過程管理資料</p><p>　　**畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　助學(xué)點(diǎn)： **繼續(xù)教育學(xué)院

4、 專業(yè)： 交通土建工程 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來，混凝土結(jié)構(gòu)抗炭化性研究已進(jìn)入了一個嶄新的階段。影響混凝土結(jié)構(gòu)抗炭化性的因素很多，其中混凝土碳化是一個重要的因素。隨著空氣中二氧化碳的濃度呈

5、現(xiàn)出逐年上升的趨勢；同時，工廠排泄的廢液和廢渣使地下水中的CO2和SO2的濃度增加，不斷增長的二氧化碳濃度將加劇混凝土結(jié)構(gòu)的碳化，對混凝土結(jié)構(gòu)的抗炭化性帶來更為不利的影響。混凝土碳化作為混凝土抗炭化性研究的重要內(nèi)容越來越得到關(guān)注，研究混凝土的碳化規(guī)律對提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗炭化性具有重要的理論和實(shí)際意義。本文通過將磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰、礦渣微粉和硅灰配制成復(fù)合型摻合料，取代部分水泥配制成高性能混凝土，以摻復(fù)合型摻合料混凝土的抗碳化性能為主

6、要內(nèi)容，研究了影響高性能混凝土碳化的因素及微觀孔結(jié)構(gòu)等，得出對于有抗碳化要求混凝土的配合比方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞：復(fù)合型摻合料，高性能混凝土，碳化</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In recent years, the durability of concrete structures h

7、as entered a new stage. Many factors affecting the durability of concrete structures, concrete carbonation is an important factor. With the concentration of carbon dioxide in the air showing an increasing trend; factory

8、excretion of waste and residue increase in the concentration of CO2 and SO2 in the groundwater, the growing concentration of carbon dioxide will be exacerbated by the carbonation of concrete structures, concrete structur

9、es t</p><p>　　Keywords: Compound mineral admixtures, High performance concrete, </p><p>　　Carbonation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</

10、b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外的研究概況2</p><p>　　1.3 研究的目的與意義6</p><p>　　1.4 主要研究內(nèi)容6</p><p>　　第2章 混凝土碳化原理及試驗方法7</p><p><b&

11、gt;　　2.1 概述7</b></p><p>　　2.2 基準(zhǔn)混凝土配合比設(shè)計8</p><p>　　2.3 試驗方法9</p><p>　　第3章 摻單一品種摻合料的混凝土碳化試驗10</p><p>　　3.1 試驗方案10</p><p>　　3.2 試驗結(jié)果及分析11&

12、lt;/p><p>　　第4章 摻二元復(fù)合摻合料混凝土的碳化試驗14</p><p>　　4.1 正交試驗設(shè)計概述14</p><p>　　4.2 試驗結(jié)果及分析15</p><p>　　第5章 摻三元復(fù)合摻合料混凝土的碳化試驗22</p><p>　　5.1 摻磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和硅灰復(fù)合摻合料的混凝

13、土碳化試驗22</p><p>　　5.2 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25</p><p>　　5.3 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27</p><p><b>　　結(jié)論30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b>

14、;</p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　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

15、的強(qiáng)度和耐久性，而且原料易得，造價較低，特別是能耗較低，因而用途極為廣泛。1900年，萬國博覽會上展示了鋼筋混凝土在很多方面的使用，在建材領(lǐng)域引起了一場革命，鋼筋混凝土開始成為改變這個世界景觀的重要材料。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。這其中有的是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗力不足導(dǎo)致的，有的則是由于使用荷載的不利變化而造成的，但

16、更多的是由于結(jié)構(gòu)的耐久性不足而造成的失效。1988年，我國的一項抽樣調(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)。眾多工程實(shí)例證明，有些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生過早破壞，其原因不是由于強(qiáng)度不足，而主要是混凝土的耐久性不夠[1]。</p><p>　　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。在未來的

17、幾十年里，海底隧道、海上采油平臺、污水管道、核反應(yīng)堆外殼、有害化學(xué)物的容器等惡劣環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)物，對混凝土要求的使用壽命不再是普通混凝土的50年左右，而是將要達(dá)到上百年至幾百年。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。</p><p>　　高性能混凝土（High performance concrete,簡稱HPC）是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土

18、技術(shù)制作的混凝土。它以耐久性作為設(shè)計的主要指標(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。為此，高性能混凝土在配置上的特點(diǎn)是采用低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，且必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。</p><p>　　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

19、極開展高性能混凝土的研究與應(yīng)用是非常必要的。</p><p>　　高性能混凝土一般應(yīng)具有以下特征[2]：</p><p>　　(1) 盡可能多地使用綠色水泥，最大限度地減少水泥熟料用量，代之以工業(yè)廢渣為主的礦物外加劑，從而減少水泥生產(chǎn)過程中的CO2、SO2及NO等氣體的排放量，降低對天然資源與能源的消耗。</p><p>　　(2) 更多地采用廢渣，如磨細(xì)礦渣、優(yōu)質(zhì)

20、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保護(hù)環(huán)境。</p><p>　　(3) 采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝，對大量建筑垃圾進(jìn)行資源化處理，使之成為可利用的再生混凝土骨料，減少對天然砂石的開采。</p><p>　　(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。通過大幅度提高混凝土耐久性，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，使材料和工程充

21、分發(fā)揮其功能。</p><p>　　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。根據(jù)國內(nèi)外高性能混凝土的研究與應(yīng)用的資料可知，目前配制高性能混凝土?xí)r，一般只摻加一種（單摻）或兩種礦物摻合料（雙摻），對于摻加兩種以上的復(fù)合型礦物摻合料應(yīng)用還相對較少。現(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

22、。由于各種摻和料的細(xì)度和特性有明顯差別，所以采用不同品種、不同摻量的摻合料配制高性能混凝土?xí)r，其性能就會明顯不同。</p><p>　　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。這些研究，對認(rèn)識碳化的機(jī)理、延緩碳化的發(fā)展、評估碳化的危害以及對碳化結(jié)構(gòu)的維修等方面都具有積極意義。目前，國內(nèi)外

23、就混凝土碳化問題所做的碳化實(shí)驗很多，一般碳化試驗的推薦方法是以碳化深度為劣化指標(biāo)的直接測試法。其中，自然碳化法過程緩慢且耗時長；加速碳化法對于CO2濃度的設(shè)定，我國國家標(biāo)準(zhǔn)與歐洲目前流行的方法有較大差別。另外，與自然環(huán)境中CO2的實(shí)際體積濃度(一般0.03%)相比，我國標(biāo)準(zhǔn)加速碳化試驗中CO2體積濃度為20%。進(jìn)行加速碳化試驗時，一方面應(yīng)盡量減少自然條件下所沒有的碳化相，使試驗盡可能正確地反映混凝土自然碳化的規(guī)律；另一方面還要盡可能增大

24、碳化深度，從而確保讀數(shù)的準(zhǔn)確性并縮短碳化所需要的時間[3]。</p><p>　　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。研究高性能混凝土

25、的碳化機(jī)理，提高高性能混凝土的抗碳化性能，對提高高性能混凝土的耐久性，推廣高性能混凝土在各種環(huán)境下的應(yīng)用局有戰(zhàn)略意義，也符合我國可持續(xù)發(fā)展要求。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外的研究概況</p><p>　　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)行了大量的試驗研究及理論分析。首先，在混凝土碳化機(jī)理方面已經(jīng)取得了比較統(tǒng)一完整的認(rèn)識。

26、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?；谶@些研究成果，各國工程界相繼都把碳化作為混凝土耐久性的一個主要方面納入了設(shè)計規(guī)范，國際混凝土學(xué)術(shù)界已舉辦過多次有關(guān)混凝土碳化的學(xué)術(shù)討論會，國際水泥化學(xué)會議也報導(dǎo)了混凝土碳化研究的進(jìn)展，并且每次都有相當(dāng)數(shù)量關(guān)于混凝土碳化的論文發(fā)表，并從不同角度提出了碳化深度的計算模型。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

27、，通過快速碳化試驗、長期暴露試驗以及實(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。</p><p>　　從混凝土碳化的機(jī)理可知，影響碳化的最主要因素，是混凝土本身的密實(shí)性和堿性儲備的大小，即混凝土的滲透性及其Ca(OH)2等堿性物質(zhì)的含量。影響混凝土碳化的因素主要分為三個方面：材料因素、環(huán)境因素和施工因素[4]。</p><p><b>　　

28、1.材料因素</b></p><p>　　材料因素包括水灰比、水泥品種、摻合料品種和摻量、外加劑類型、骨料品種與級配、混凝土表面覆蓋層等，它們主要通過影響混凝土的堿度和密實(shí)性來影響混凝土碳化速度。</p><p><b>　　（1）水灰比的影響</b></p><p>　　水灰比對混凝土碳化速度影響極大。水泥用量不變的情況下，水灰比

29、越大，混凝土內(nèi)部的孔隙率也越大，從而促進(jìn)了二氧化碳的擴(kuò)散，加速了混凝土的碳化。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。在混凝土拌和過程中，水占據(jù)一定的空間，即使振搗比較密實(shí)，隨著混凝土的凝固，水占據(jù)的空間也會變成微孔或毛細(xì)管等。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。在水泥用量一定的條件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密實(shí)度降低，滲透性增大，碳化速度增大。</p><p&g

30、t;　?。?）水泥品種與用量的影響</p><p>　　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。在同一試驗條件下，不同水泥配制的混凝土的碳化速度大小順序為：硅酸鹽水泥<普通硅酸鹽水泥<其他品種的水泥。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。水泥用量也直接影響到混凝土中可

31、碳化物質(zhì)的含量。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。一般情況下，水泥用量越大，碳化速度越慢[5]。</p><p><b>　　（3）摻合料的影響</b></p><p>　　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

32、山灰效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)?；炷林袚饺氲姆勖夯?、礦渣等活性摻合料，與水泥水化后的Ca(OH)2結(jié)合，混凝土堿性降低，使混凝土抗碳化能力減弱。隨著粉煤灰摻量增加，混凝土抗碳化能力下降。文獻(xiàn)[6]認(rèn)為：粉煤灰混凝土的早期抗碳化能力低于不摻粉煤灰的混凝土，但是后期的抗碳化能力有所提高?；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

33、土的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)性。粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度低，二次水化填充效應(yīng)未充分發(fā)揮，孔結(jié)構(gòu)差，加速了二氧化碳擴(kuò)散速度，使碳化速度加快。</p><p><b>　?。?）外加劑的影響</b></p><p>　　外加劑對混凝土的抗碳化性能的影響與水泥品種有關(guān)。高效減水劑能夠降低用水量，改善混凝土的和易性，從而降低混凝土的孔隙率，故可提高混凝土的抗碳化能力。繆昌文等研究

34、發(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)。引氣劑為混凝土引入大量的微細(xì)氣泡，初期可以在一定程度上抑制混凝土的碳化，但隨著碳化的延續(xù)，引氣劑在混凝土內(nèi)部留下的孔隙成為二氧化碳擴(kuò)散的通道，因而會促進(jìn)碳化的發(fā)展。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。文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)：雙摻高效減水劑和引氣劑的混凝土初期抗碳化能力有所提高，但后期碳化深度增長的趨勢比較大。</p><p&g

35、t;　　（5）骨料品種與級配的影響</p><p>　　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。粗骨料粒越大，越容易造成離析、泌水，影響穩(wěn)定性，增加了透氣性，降低密實(shí)度。而輕骨料本身氣泡多，透氣性大。所以骨料的品種及顆粒級配能影響混凝土的碳化速度。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。一般來說普通混凝土的抗碳化性能最好，在同等條件下其碳化速度約為輕砂天然輕骨科混凝

36、土的0.56倍。</p><p>　?。?）混凝土表面覆蓋層的影響</p><p>　　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。氣密性覆蓋層使二氧化碳滲入混凝土的數(shù)量減少，濃度降低，可提高混凝土的抗碳化性能。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。目前，防碳化處理多采用涂料封閉法，主要使用環(huán)氧厚涂料，呋喃改性環(huán)氧涂料、丙烯酸涂料等，對延遲

37、混凝土的碳化是很有效的。</p><p><b>　　2.環(huán)境因素</b></p><p>　　包括自然環(huán)境和使用環(huán)境兩個方面，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。</p><p>　　（1）相對濕度的影響<

38、;/p><p>　　相對濕度大小的變化決定著混凝土孔隙水飽和度的大小。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，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。試驗結(jié)果表明，相對濕度在50%～70%之間時，混凝土碳化速度最快。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，碳化速度較快

39、，50%時達(dá)到最大值。李果[8]的研究結(jié)果表明：當(dāng)環(huán)境相對濕度超過臨界環(huán)境相對濕度RH0時，混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕速度隨著環(huán)境相對濕度、環(huán)境溫度的升高而增大；當(dāng)環(huán)境相對濕度低于RH0時，混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕速度很低，環(huán)境溫度的變化對其不產(chǎn)生明顯影響。徐道富[9]的試驗研究發(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。</p><p><b>　　（2）溫度的影響</b></p>

40、<p>　　溫度的影響比濕度略大，隨著溫度的升高，CO2在空氣中的擴(kuò)散逐漸增大，在混凝土中的擴(kuò)散速度和碳化反應(yīng)速率也加快，因而碳化速度加快。</p><p><b>　?。?）應(yīng)力的影響</b></p><p>　　混凝土構(gòu)件在不同應(yīng)力狀態(tài)下碳化速度不同?；炷潦艿嚼瓚?yīng)力，混凝土內(nèi)部的微細(xì)裂縫擴(kuò)展，使二氧化碳容易擴(kuò)散，碳化速度加快?；炷潦艿綁簯?yīng)力，內(nèi)部

41、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。但是當(dāng)壓力超過一定的限值時，會引起混凝土內(nèi)部新的裂紋的發(fā)展，從而加速碳化。涂永明、呂志濤[10]對不同應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行碳化試驗發(fā)現(xiàn)：在應(yīng)力水平不超過0.7倍的極限應(yīng)力范圍內(nèi)，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。</p><p>　　（4）二氧化碳濃度的影響</p><

42、;p>　　環(huán)境中二氧化碳的濃度越大，混凝土內(nèi)外的二氧化碳的濃度梯度就越大。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。隨著空氣污染的日益加劇,大氣中CO2濃度的逐漸升高, 混凝土碳化理論模型中碳化速度系數(shù)也隨時間的變化而逐漸增大。</p><p><b>　　3.施工因素</b></p>

43、<p>　　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。實(shí)際調(diào)查結(jié)果表明：其他條件一樣的情況下，施工質(zhì)量越好，混凝土強(qiáng)度越高，密實(shí)性越好，抗碳化能力也越強(qiáng)；施工質(zhì)量差，由于混凝土內(nèi)部裂縫、蜂窩和孔洞等因素增加了二氧化碳在混凝土中的擴(kuò)散路徑，使得碳化速度加快。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。程宇科[11]的試驗

44、結(jié)果表明：經(jīng)56d碳化后，混凝土的碳化深度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d的碳化深度減小了15%左右。</p><p>　　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]。</p><p><b>　　1.微集料效應(yīng)</b></p><

45、p>　　混凝土可視為連續(xù)級配的顆粒堆積體系，粗集料的間隙由細(xì)集料填充，細(xì)集料的間隙由水泥顆粒填充，而水泥顆粒之間的間隙則需要更細(xì)的顆粒來填充。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)中存在一個最緊密堆積。其值取決于超細(xì)礦物摻合料顆粒與水泥顆粒的直徑比，該比值越小，最緊密堆積值越大。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

46、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。同時還能降低標(biāo)準(zhǔn)稠度下的用水量，在保持相同用水量的情況下又可增加流動度，因此改善和易性。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。</p><p><b>　　2 微晶核效應(yīng)</b></p><p>　　磨細(xì)礦物摻合料的膠凝性雖然與硅酸鹽水泥相比較弱，但它為水泥水化體系起到了微晶核效應(yīng)的作用，加速

47、水泥水化反應(yīng)的進(jìn)程并為水化產(chǎn)物提供充裕的空間，改善了水泥水化產(chǎn)物分布的均勻性，使水泥石結(jié)構(gòu)比較致密，從而使混凝土具有較好的力學(xué)性能。</p><p><b>　　3.火山灰效應(yīng)</b></p><p>　　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C-S-H凝膠，使集料接口區(qū)的氫

48、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。</p><p><b>　　4.形態(tài)效應(yīng)</b></p><p>　　有些磨細(xì)礦物摻合料，如粉煤灰顆粒是煤粉在高溫燃燒過程中形成的，絕大多數(shù)為玻璃微珠，這些玻璃體光滑、致密、粒細(xì)，比表面積小又有級配，能減少顆粒間的內(nèi)摩阻力，從而減少混凝土的用水

49、量，起到減水作用。</p><p>　　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)資料及工程報道。</p><p>　　王健,王永逵[13]摻用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和硅灰為基料的輔料,研究表明：粉煤灰和硅灰可以發(fā)揮微集料的填充作用，改善水泥的漿

50、體結(jié)構(gòu)。由于其細(xì)度很高，都表現(xiàn)出很高的火山灰質(zhì)效應(yīng)。它們在高效減水劑、激發(fā)劑的作用下，將水泥熟料析出的Ca(OH)2轉(zhuǎn)化成低鈣硅比的C-S-H凝膠與C-A-H,成為第二膠凝材料，填充水泥石空隙，阻止Ca(OH)2晶體的生長，改善了水泥石與粗骨料界面的結(jié)合條件，使水泥石更為致密，晶粒細(xì)化。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。</p><p>　　雷進(jìn)生、

51、李奎明、劉章軍[14]在C30高性能混凝土強(qiáng)度試驗研究中采用一種復(fù)合礦物摻合料等量替代水泥。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。這種摻合料中各組分有機(jī)的配制在一起，省去了在實(shí)際工程中進(jìn)行雙摻配制的不便和困難，可以直接將這種復(fù)合礦物摻合料作為一種材料直接代替部分水泥，便于實(shí)際工程應(yīng)用，并能夠使混凝土的耐久性和強(qiáng)度更好。近年來也有采用三種摻和料同時摻入高性能

52、混凝土中的研究報道，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。</p><p>　　夏春[16]采用鋰鹽渣與粉煤灰研制出復(fù)合型高活性摻合料，研究表明鋰鹽渣與粉煤灰復(fù)合后的活性要高于單摻粉煤灰，得出在該復(fù)合摻合料中鋰鹽渣存在最佳摻量；大摻量復(fù)合摻合料混凝土強(qiáng)度試驗中，該復(fù)合摻合料活性對后期強(qiáng)度的提高很重要，尤其是2

53、8 天和60天強(qiáng)度增長較大，但180天比60天增長幅度小。</p><p>　　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。</p><p>　　李懿[18]研究了摻磨細(xì)鋼渣粉、礦渣微粉和粉煤灰的復(fù)合型摻合料水泥膠砂的力學(xué)性能，得到最佳三摻摻合料比例，用于配制

54、復(fù)合型摻合料混凝土，研究其抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彈性模量及干燥收縮隨齡期的發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明，隨著齡期的發(fā)展，各項力學(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。</p><p>　　趙蘇政[19]研究了摻磨細(xì)鋼渣粉、礦渣微粉、粉煤灰的復(fù)合型摻合料混凝土的耐久性。研究表明，摻合料的摻量在30％～50％變化時，對抗氯離子滲透性、抗碳化性能、抗?jié)B性和耐腐蝕性能有

55、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)。</p><p>　　胡亞風(fēng)[20]研究了磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和硅灰配制復(fù)合型摻合料，研究了單摻、雙摻和三摻在不同取代水泥量和水膠比下的水泥膠砂抗折抗壓強(qiáng)度及耐久性，結(jié)果表明，采用復(fù)合方法能夠獲得良好的效果。</p><p>　　程宇科[11]研究了復(fù)合摻合料的取代量、摻料比例、水

56、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，0.35 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。</p><p>　　1.3 研究的目的與意義</p><p>　　國內(nèi)外關(guān)于高性能混凝土的成果很多，但是針對抗碳化性能的系統(tǒng)性研究成果比較少；另外，碳化不像凍融和鹽溶液侵蝕，只在特定的環(huán)境下才會發(fā)生，大氣中的CO2和

57、水造成碳化每時每刻都在發(fā)生，并且嚴(yán)重影響著混凝土的耐久性，不少學(xué)者針對單摻粉煤灰、硅灰、礦渣微粉、磨細(xì)鋼渣粉的混凝土碳化性能開展了很多研究，結(jié)果表明單摻這些摻合料會明顯的降低混凝土的碳化性能，但對于摻加復(fù)合型摻合料的高性能混凝土抗碳化性能的研究還不夠深入。程宇科[11]通過對比試驗的方法主要研究了水膠比、養(yǎng)護(hù)時間、礦物摻合料種類等因素對混凝土碳化的影響。在程宇科的研究基礎(chǔ)上，本文對摻復(fù)合型摻合料的高性能混凝土進(jìn)行系統(tǒng)性的碳化研究，研究成

58、果將對維護(hù)混凝土保護(hù)層性能，提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性具有重要的理論和實(shí)際意義。</p><p>　　1.4 主要研究內(nèi)容</p><p>　　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：</p><p>　　(1) 采用正交試驗設(shè)計，以摻合料總?cè)〈?、摻合料比例、?/p>

59、膠比作為試驗因素，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。</p><p>　　(2) 依據(jù)正交試驗結(jié)果，采用對比試驗方法，測定主要因素作用下的復(fù)合型摻合料混凝土的抗碳化性能，并與單摻、雙摻、三摻摻合料的混凝土作對比，分析比較隨著摻合料品種的增加和摻合料比例的調(diào)整，混凝土各項耐久性指標(biāo)的改善程度。</p><p>　　第2章 混凝土碳化原理及試驗方法</p&g

60、t;<p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　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。通常情況下，早期混凝土具有很高的堿性，其pH值一般大于12，這樣就在鋼筋表面形成一層鈍化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋發(fā)生銹蝕。混凝土發(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

61、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。碳化初期對混凝土的性能也有有利的影響，表層混凝土碳化時生成的碳酸鈣，可填充水泥石的孔隙，提高密實(shí)度，對防止有害介質(zhì)的侵入具有一定的緩沖作用。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]。</p><p>　　(1) 混凝土碳化機(jī)理</p><p>　　硅酸鹽水泥

62、熟料的主要礦物成分是硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·A12O3)、鐵鋁酸四鈣(4CaO·A12O3·Fe2O3)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。大氣中的CO2通過孔隙向混凝土

63、內(nèi)部擴(kuò)散，并溶解于孔隙內(nèi)的液相，在孔隙溶液中與水泥水化過程中此時的可碳化物質(zhì)發(fā)生碳化反應(yīng)，生成CaCO3。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)。此時該層孔隙液的pH值降為8.5～9.0，即所

64、謂“已碳化”。當(dāng)該層混凝土表面碳化后，大氣中的CO2繼續(xù)沿混凝土中未完全充水的毛細(xì)孔道向混凝土深處氣相擴(kuò)散，更深入地進(jìn)行碳化反應(yīng)。</p><p>　　混凝土碳化的主要化學(xué)反應(yīng)如下：</p><p>　　CO2+H2O→H2CO3</p><p>　　Ca(OH)2+H2CO3→CaCO3+H2O</p><p>　　3CaO·2S

65、iO2·3H2O+3 H2CO3→3CaCO3+2 SiO2+6H2O</p><p>　　CaCO3+ CO2+H2O→Ca(HCO3)2</p><p>　　(2) 碳化對混凝土的影響</p><p>　　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8.5，低于鋼筋表面鈍化膜穩(wěn)定存在的pH=11.5

66、。因此當(dāng)混凝土碳化達(dá)到鋼筋表面時，在水與空氣及其他腐蝕介質(zhì)的條件下，鋼筋表面的鈍化膜就會被破壞，體積膨脹導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂紋，腐蝕物質(zhì)從裂紋處進(jìn)一步侵入，從而加速了混凝土破壞。</p><p>　　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。這種不可逆收縮增加了混凝土因收縮而導(dǎo)致開裂的概率。由于空氣中的

67、CO2濃度較低，實(shí)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。</p><p>　　(3) 影響混凝土碳化速度的因素</p><p>　　混凝土碳化的速度取決于CO2的擴(kuò)散速度以及與混凝土成分的反應(yīng)性。而CO2的擴(kuò)散速度主要受混凝土的密實(shí)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

68、個方面。其中內(nèi)部因素有水泥用量、水泥品種、水灰比(W/C)、集料品種和級配；外部因素有施工質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)方法、外界溫濕度的以及CO2濃度的影響。</p><p>　　2.2 基準(zhǔn)混凝土配合比設(shè)計</p><p>　　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(jì)指標(biāo)的各項組成材料的用量。其基本要求是：滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的強(qiáng)度等級，滿

69、足施工所要求的混凝土拌合物的和易性，滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的耐久性要求指標(biāo)。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。而高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)混凝土，以耐久性為主要設(shè)計指標(biāo)，針對不同的用途和要求，在混凝土的工作性、強(qiáng)度、適用性、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面給予重點(diǎn)保證。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(jì)效益；同時也是節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境的有力舉措。國內(nèi)的配合比設(shè)計方法中，以全計算方法為代表

70、的全定量設(shè)計方法可全面定量的確定各組成材料的用量，計算方便，可大幅度減少試驗量，不但廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中，也被混凝土設(shè)計人員不斷地引用優(yōu)化。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。耐久性作為高性能混凝土的重要指標(biāo)，在混凝土的配合比設(shè)計中也不斷體現(xiàn)其核心的指導(dǎo)作用，如萬超、曾志興[23]提出的配合比設(shè)計方法</p><p>　　表2-1 基準(zhǔn)

71、混凝土設(shè)計配合比</p><p><b>　　2.3 試驗方法</b></p><p>　　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)。碳化深度是指混凝土遭受一定的碳化作用后由表及內(nèi)所達(dá)到的厚度；抗碳化系數(shù)則為碳化后混凝土的強(qiáng)度與碳化前強(qiáng)度之比。本文以碳化深度為其評價指標(biāo)。</p><p>　　本試驗混凝土試件尺寸為1

72、00mm×100mm×100mm。試件一般應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28 天進(jìn)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(hù)齡期。應(yīng)在碳化前2 天從養(yǎng)護(hù)室取出；然后在60℃烘箱內(nèi)烘48小時。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。在側(cè)面上順長度方向用鉛筆以10毫米間距畫出平行線，以預(yù)定碳化深度的測量點(diǎn)。</p><p>　　混凝土碳化試驗應(yīng)按下列步驟進(jìn)行[25]：&

73、lt;/p><p>　　(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。</p><p>　　(2) 將碳化箱關(guān)嚴(yán)密封。密封可采用機(jī)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)。開動箱內(nèi)氣流對流裝置，徐徐充入二氧化碳，并測定箱內(nèi)的二氧化碳濃度，逐步調(diào)節(jié)二氧化碳的流量，使箱內(nèi)的二氧化碳濃度保持在20±3%。在整個試驗期間可用去濕裝置或

74、放入硅膠，使箱內(nèi)的相對濕度控制在70±5%的范圍內(nèi)。碳化試驗應(yīng)在 20±5℃的溫度下進(jìn)行。</p><p>　　(3) 每隔一定時期對箱內(nèi)二氧化碳濃度，溫度及濕度作一次測定。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。并根據(jù)所測二氧化碳濃度隨時調(diào)節(jié)其流量。去濕用的硅膠應(yīng)經(jīng)常更換。</p><p>　　(4) 碳化到了3、7、14、28天時，各取出試件，破型

75、以測定其碳化深度。采用立方體試件,則在試件中部劈開。立方體試件只作一次檢驗，劈開后不再放回碳化箱重復(fù)使用。</p><p>　　(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)。經(jīng)30秒鐘后，按原先標(biāo)劃的每10毫米一個測量點(diǎn)用鋼板尺分別測出兩側(cè)面各點(diǎn)的碳化深度。如果測點(diǎn)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(diǎn)的深

76、度值。</p><p>　　第3章 摻單一品種摻合料的混凝土碳化試驗</p><p><b>　　3.1 試驗方案</b></p><p>　　本節(jié)對以下?lián)絾我黄贩N礦物摻合料的混凝土進(jìn)行碳化試驗，研究在混凝土中分別摻入磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰、硅灰、礦渣微粉四種不同礦物摻合料后混凝土碳化情況，單摻取代水泥的量為5%、10%、15%，膠凝材料總量不變

77、，水膠比0.37，砂率38%，減水劑摻量為膠凝材料總量的0.7%。本次試驗共制作了如表3-1 所示的12組實(shí)驗。根據(jù)第2章中使用的基準(zhǔn)混凝土配合比，在膠凝材料總量不變的情況下，改變摻合料取代量，可以進(jìn)一步得到拌制混凝土?xí)r所需要的各種材料用量，具體數(shù)據(jù)如表3-1所示。</p><p>　　表 3-1 每立方米混凝土的材料用量(Kg)</p><p>　　3.2 試驗結(jié)果及分析</p&g

78、t;<p>　　(1) 摻合料品種和摻量對混凝土碳化的影響</p><p>　　本試驗先將砂率為0.38，水膠比為0.37 的基準(zhǔn)混凝土A2，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室分別養(yǎng)護(hù)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 3-1 中各組混凝土在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下分別養(yǎng)護(hù)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(jìn)行對比研究，具體結(jié)果見

79、表 3-2。</p><p>　　表 3-2 養(yǎng)護(hù)28天混凝土碳化試驗結(jié)果</p><p>　　試驗結(jié)果表明，碳化深度隨碳化時間的增加而增大，而且碳化時間越長，碳化深度增大的幅度也越明顯。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3-2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

80、化深度也越大。主要原因是碳化初期碳化深度比較小，摻量對碳化深度的影響不明顯，而碳化7d以后，隨著碳化深度的增大，摻量對碳化深度的影響也逐漸增大。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。</p&g

81、t;<p>　　將摻不同品種混凝土在相同碳化時間的碳化深度與摻量的關(guān)系繪制曲線圖，如圖3-1和圖3-2 所示。</p><p>　　圖3-1 碳化14天的碳化深度對比曲線</p><p>　　圖 3-2 碳化28天的碳化深度對比曲線</p><p>　　由圖3-1和圖3-2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

82、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。其中摻磨細(xì)鋼渣粉混凝土的碳化深度最大，摻硅灰混凝土的碳化深度最小，表明摻硅灰混凝土的抗碳化性較好，這是因為硅灰顆粒粒徑細(xì)小，比表面積較大，對水有較強(qiáng)的敏感性，在水泥早期的水化反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的火山灰活性，并可以填充其他摻合料和水泥顆粒的間隙中發(fā)揮其微集料效應(yīng)，所以摻有硅灰的混凝

83、土具有致密的結(jié)構(gòu)，可以很好的抑制CO2侵入混凝土結(jié)構(gòu)。</p><p>　　表 3-3 養(yǎng)護(hù)56天混凝土碳化試驗結(jié)果</p><p>　　由表 3-2 和表 3-3 對比可以看出，養(yǎng)護(hù)齡期延長28d，碳化28天的混凝土碳化深度平均下降1mm左右。這是因為水泥水化反應(yīng)不斷進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)時間越長，混凝土結(jié)構(gòu)更加致密。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

84、混凝土內(nèi)部就愈加困難，對提高混凝土的抗碳化性有利。</p><p>　　(2) 混凝土抗碳化性能與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系</p><p>　　將摻不同品種摻合料的高性能混凝土養(yǎng)護(hù) 28 天后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗，試驗結(jié)果見表3-4。</p><p>　　表 3-4 養(yǎng)護(hù)28天摻不同品種摻合料混凝土抗壓強(qiáng)度及碳化深度試驗結(jié)果</p><p>　　由表 3-

85、4 可以看出：</p><p>　　(a) 摻粉煤灰和磨細(xì)鋼渣粉時，混凝土28d抗壓強(qiáng)度基本上都比基準(zhǔn)混凝土低；摻硅灰混凝土強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土；摻礦渣微粉時，摻量≤10%時，強(qiáng)度大于基準(zhǔn)混凝土；硅灰摻量為10%時，混凝土強(qiáng)度最高。</p><p>　　(b) 混凝土的抗壓強(qiáng)度隨摻合料粉煤灰、礦渣微粉和磨細(xì)鋼渣粉摻量的增大而減小。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

86、抗壓強(qiáng)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(qiáng)度越低。隨著齡期的增長，摻合料所發(fā)揮的火山灰效應(yīng)越來越明顯，混凝土后期的強(qiáng)度增長較快。在四種摻合料中硅灰的比表面積大，有較強(qiáng)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(qiáng)度更高的低堿水化硅酸鈣，水泥石強(qiáng)度得到提高的同時，由于吸

87、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(shí)性，從而提高了混凝土強(qiáng)度。</p><p>　　(c) 摻單一品種摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗碳化性之間有一定的聯(lián)系，對同一品種摻合料而言，總體上具有抗壓強(qiáng)度高，碳化深度就小的特點(diǎn)，一般抗壓強(qiáng)度較高的混凝土密實(shí)性較好，對混凝土的抗碳化性能有利。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(qiáng)度與抗碳化性之間的關(guān)系，還有待進(jìn)一步研究

88、。</p><p>　　第4章 摻二元復(fù)合摻合料混凝土的碳化試驗</p><p>　　4.1 正交試驗設(shè)計概述</p><p>　　正交設(shè)計是借助一種規(guī)格化的表格－正交表，在試驗前有計劃、有目的地安排試驗方案，在試驗后再通過簡單的運(yùn)算，正確地分析試驗結(jié)果，它把試驗安排與數(shù)據(jù)處理緊密地結(jié)合起來，是一種科學(xué)地安排試驗方案和試驗分析結(jié)果的好方法。</p>

89、<p>　　正交試驗設(shè)計具有兩大特點(diǎn)[26]：</p><p>　　(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。全面試驗雖然可以反映試驗考察范圍的全面情況，但是試驗次數(shù)太多，如果是四因素三水平的試驗，全面試驗就要做81組。而正交試驗設(shè)計是按照正交表選點(diǎn)，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(diǎn)是

90、均衡分散的，因此有很強(qiáng)的代表性。</p><p>　　(2) 整齊可比性：仍以三因素三水平的試驗方案為例，我們是在其他因素有規(guī)則地變化下比較某一因素的三水平的。A因素的各個水平A1、A2、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B1、B2、B3，C因素的三個水平C1、C2、C3都變到了。這個規(guī)律對B因素、C因素也是如此。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。</

91、p><p>　　總之，正交試驗設(shè)計就是讓所有的因素都在試驗中整齊地、有規(guī)則地變化，在運(yùn)動中比較各因素及各水平的差異和聯(lián)系。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。</p><p>　　對正交試驗結(jié)果可采用極差分析法進(jìn)行分析。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

92、列因素的極差：Ri＝max(Ⅰi,Ⅱi,Ⅲi)-min(Ⅰi,Ⅱi,Ⅲi)。極差 R 的大小反映相應(yīng)因素作用的大小。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。本文采用極差分析法對正交試驗結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p>　　4.2 試驗結(jié)果與分析</p><p>　　由程宇科[11]

93、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(jìn)行二元復(fù)合后對混凝土抗碳化性能的影響。選取總?cè)〈俊⒌V物摻合料間的比例、水膠比三因素，設(shè)計正交試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p>　　(1) 磨細(xì)鋼渣粉和硅灰復(fù)合</p><p>　　正交試驗的因素和水平見表 4-1，采用L9(33)正交表

94、，各組配比和材料用量見表 4-2。膠凝材料用量為435.4kg/m3，砂用量為665.9 kg/m3，石子用量為1086.4 kg/m3，減水劑用量為 2.61 kg/m3。</p><p>　　表 4-1 磨細(xì)鋼渣粉和硅灰正交試驗因素水平列表</p><p>　　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 4-2。</p><p>　　表

95、4-2 每立方米混凝土材料用量表(kg)</p><p>　　按表 4-2 配制混凝土試件，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行碳化試驗，試驗結(jié)果見表 4-3，極差分析結(jié)果見表 4-4。</p><p>　　表 4-3 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</p><p>　　表 4-4 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</p><p>

96、;　　由上表可得出如下結(jié)論: </p><p>　　(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1.5mm～5.5mm。</p><p>　　(b) 根據(jù)極差分析得到最佳配合比為：礦物摻合料取代量為20%，磨細(xì)鋼渣粉和硅灰的比例為2:1，水膠比為0.35。</p><p>

97、　　(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。取代量越大，碳化深度越大；水膠比越大，碳化深度也越大。</p><p>　　(2) 磨細(xì)鋼渣粉和粉煤灰復(fù)合</p><p>　　正交試驗的因素和水平見表 4-5，采用L9(33)正交表，各組配比和材料用量見表4-6。膠凝材料用量為435.4 kg/m3，砂用量為665

98、.9 kg/m3，石子用量為1086.4 kg/m3，減水劑用量為2.61 kg/m3。</p><p>　　表 4-5磨細(xì)鋼渣粉和粉煤灰正交試驗因素水平列表</p><p>　　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 4-6。</p><p>　　表 4-6 每立方米混凝土材料用量表(kg)</p><p>　　

99、按表 4-6 配制混凝土試件，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行碳化試驗，試驗結(jié)果見表 4-7，極差分析結(jié)果見表 4-8。</p><p>　　表 4-7 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</p><p>　　表 4-8 磨細(xì)鋼渣粉和粉煤灰復(fù)合摻合料混凝土的碳化深度極差分析</p><p>　　由上表可得出如下結(jié)論: </p><p>　　(a)

100、 摻磨細(xì)鋼渣粉和粉煤灰的混凝土抗碳化性能較基準(zhǔn)混凝土沒有得到改善，比相同水膠比的單摻摻合料混凝土抗碳化性能有所提高，后期碳化增長較平緩。</p><p>　　(b) 極差分析表明，影響混凝土碳化性能最主要的因素是取代量，隨著齡期的增長，水膠比因素對碳化的影響不再明顯。得到最佳配合比為：礦物摻合料取代量為20%，磨細(xì)鋼渣粉和粉煤灰的比例為1:1，水膠比為0.35。</p><p>　　(3)

101、 磨細(xì)鋼渣粉和礦渣微粉復(fù)合</p><p>　　正交試驗的因素和水平見表 4-9，采用L9(33)正交表，各組配比和材料用量見表4-10。膠凝材料用量為435.4 kg/m3，砂用量為665.9 kg/m3，石子用量為1086.4 kg/m3，減水劑用量為2.61 kg/m3。</p><p>　　表 4-9 磨細(xì)鋼渣粉和礦渣微粉正交試驗因素水平列表</p><p>

102、;　　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如表 4-10。</p><p>　　表 4-10 每立方米混凝土材料用量表(kg)</p><p>　　按表 4-6 配制混凝土試件，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行碳化試驗，試驗結(jié)果見表 4-11，極差分析結(jié)果見表 4-12。</p><p>　　表 4-11 磨細(xì)鋼渣粉與礦渣微粉復(fù)合摻合料混凝土碳化試驗結(jié)果<

103、;/p><p>　　表 4-12 磨細(xì)鋼渣粉和礦渣微粉復(fù)合摻合料混凝土的碳化深度極差分析</p><p>　　由上表可得出如下結(jié)論: </p><p>　　(a) 摻磨細(xì)鋼渣粉和礦渣微粉的混凝土抗碳化性比較一般，但較基準(zhǔn)混凝土還是提高不少。</p><p>　　(b) 極差分析表明，影響混凝土碳化性能的主要因素是取代量，水膠比次之，摻合料比例對混

104、凝土抗碳化性能的影響幾乎可以忽略不計。當(dāng)配合比為取代量20%，摻合料比例1:1，水膠比0.35時，磨細(xì)鋼渣粉和礦渣微粉復(fù)合合料混凝土抗碳化性能比較好。</p><p>　　第5章 摻三元復(fù)合摻合料混凝土的碳化試驗</p><p>　　5.1 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</p><p>　　正交試驗的因素和水平見表 5-1，采用L9(33)

105、正交表，各組配比和材料用量見表5-2。膠凝材料用量為435.4 kg/m3，砂用量為665.9 kg/m3，石子用量為1086.4 kg/m3，減水劑用量為2.61 kg/m3。</p><p>　　表 5-1 磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和硅灰正交試驗因素水平列表</p><p>　　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。</p><p>　　表 5-

106、2 每立方米混凝土材料用量表(kg)</p><p>　　按表 5-2 配制混凝土試件，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行碳化試驗，試驗結(jié)果見表 5-3，極差分析結(jié)果見表 5-4。</p><p>　　表 5-3 磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和硅灰復(fù)合摻合料混凝土碳化試驗結(jié)果</p><p>　　表 5-4 磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰和硅灰復(fù)合摻合料混凝土碳化的極差分析</p><

107、p>　　由上表可得出如下結(jié)論: </p><p>　　(a) 磨細(xì)鋼渣粉、粉煤灰、硅灰復(fù)合摻合料混凝土的抗碳化性能較好，碳化14d之前的碳化深度和基準(zhǔn)混凝土的碳化深度相差不大；碳化后期其碳化深度發(fā)展緩慢，碳化28d的碳化深度比基準(zhǔn)混凝土碳化28d的碳化深度小。</p><p>　　(b) 取代量越大，碳化深度越大；水膠比越大，碳化深度也越大；礦物摻合料比例為4:5:1時，碳化深度最大