高性能補償收縮混凝土碳化行為與機理研究.pdf

1、混凝土碳化是引起鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕的主要因素之一，可導致結構承載力和耐久性顯著下降，嚴重影響結構使用性能?，F(xiàn)代混凝土結構多使用含有粉煤灰、礦粉等礦物摻合料的高性能混凝土，以改善混凝土的力學性能、耐久性和經(jīng)濟性。但是，研究表明，大摻量礦物摻合料的使用由于改變了混凝土體系的堿度，將顯著影響混凝土的抗碳化性能。并且，由于現(xiàn)代混凝土用水量偏低，混凝土收縮開裂風險大，而膨脹劑的水化可以產(chǎn)生體積膨脹勢能，在一定程度上抵消收縮勢能。因而，膨脹劑

2、已經(jīng)成為補償現(xiàn)代混凝土體積收縮、防止結構開裂的重要技術途徑，大量運用于橋梁、地鐵、地下工程和軌道交通工程等重要建設工程中。
　　 高性能混凝土通常采用較低水膠比、較低用水量、大摻量礦物摻合料和高性能化學外加劑。由于用水量較小，并且高性能礦物摻合料的水化過程與水泥熟料也顯著不同，因此高性能混凝土微觀結構特征與時變特性與常規(guī)混凝土顯著不同，而膨脹劑的加入將進一步改變高性能混凝土的微結構參數(shù)。雖然既有研究中有關高性能混凝土的碳化行為和

3、微觀機理的研究較多，但是針對補償收縮高性能混凝土的碳化性能與機理的研究尚不多見，尤其是關于膨脹劑對混凝土孔結構和可碳化產(chǎn)物的數(shù)量與分布的影響規(guī)律認識不充分。因此，有必要系統(tǒng)開展針對高性能補償收縮混凝土的碳化行為與機理的研究。
　　 本論文系統(tǒng)測試了粉煤灰用量、膨脹劑用量、養(yǎng)護條件、約束條件等因素對高性能混凝土碳化速率的影響，運用XRD、SEM、MIP、TG-DSC、FTIR和顯微硬度分析等技術分析不同組分、不同養(yǎng)護條件試樣的微結

4、構特征，重點針對混凝土孔結構和Ca(OH)2含量參數(shù)，分析和測試了傳輸與碳化過程對混凝土微結構改變的規(guī)律，并利用合成C-S-H凝膠碳化的方法，研究不同組分C-S-H凝膠的碳化規(guī)律，為揭示膠凝組分碳化行為的微觀機理提供直接依據(jù)。
　　 論文主要研究成果包括：
　　 (1)試驗研究了高性能混凝土的碳化行為和微觀機理，測試分析了碳化反應對高性能混凝土孔結構和膠凝組分的影響規(guī)律。結果表明：碳化反應降低了高性能混凝土內(nèi)部連通孔隙的

5、連通度，并減小其總孔隙率，從而提高了混凝土結構的密實度?；炷羶?nèi)部Ca(OH)2含量和孔結構特征是影響混凝土抗碳化性能的兩個主要因素。
　　 (2)測試和分析了大摻量粉煤灰高性能混凝土的碳化行為與微觀機理，揭示了粉煤灰摻量與混凝土碳化速率、微結構特征變化之間的聯(lián)系。大摻量條件下，摻入粉煤灰顯著降低了高性能混凝土中Ca(OH)2的含量，增大了混凝土孔隙率，因此大摻量粉煤灰混凝土的碳化速率顯著大于常規(guī)混凝土。對孔結構的影響是大摻量粉

6、煤灰改變混凝土抗碳化能力的主要機理。
　　 (3)試驗研究了膨脹劑對高性能混凝土碳化速率的影響，并分析了其微觀機制。在含粉煤灰高性能混凝土中加入膨脹劑，可以顯著減小其體積收縮率，并增加混凝土內(nèi)部Ca(OH)2的含量。但是由于膨脹勢能的作用和Ca(OH)2晶體取向生長分布的特征，自由變形條件下膨脹劑的使用劣化了混凝土的孔隙結構，提高了CO2的滲透能力，因此，加速了混凝土的碳化速率。
　　 (4)對比分析了養(yǎng)護過程中濕度和齡

7、期對補償收縮混凝土碳化速率的影響規(guī)律，針對補償收縮混凝土和大摻量粉煤灰混凝土的碳化速率控制提出了養(yǎng)護制度優(yōu)化原則，并運用微觀分析結果進行了解釋。
　　 (5)研究了約束條件對補償收縮混凝土碳化速率的影響規(guī)律，并針對孔隙結構特征展開理論分析，研究結果表明：單向約束條件下，膨脹劑的水化產(chǎn)物可以填充混凝土部分孔隙，從而提高了混凝土的密實度，相比無約束條件顯著降低了混凝土的碳化速度。
　　 (6)建立了一種基于顯微硬度測試的混凝

8、土碳化深度和進程表征新方法。運用顯微硬度值與孔隙率之間的聯(lián)系，基于碳化反應對混凝土孔隙結構的改變規(guī)律，提出一種運用顯微硬度分析測試水泥基材料碳化深度和碳化前沿的新方法，相比常規(guī)酚酞指示劑法，客觀性更強，并且可以定量化反應不同深度混凝土的碳化程度，有望發(fā)展成為一種表征混凝土碳化特性的新方法。
　　 (7)運用微觀分析技術測試分析了不同Ca/Si比C-S-H凝膠的碳化行為，研究結果表明：Ca/Si比是影響C-S-H凝膠碳化速率的重要