0引言
碳化使混凝土的鹼度降低，混凝土碳化區的pH值由13左右降至9以下，鋼筋表面的鈍化膜可能發生破壞而導致鋼筋鏽蝕。事實上只有一小部分混凝土結構面臨Cl-的侵蝕，大部分混凝土鋼筋鏽蝕是由於混凝土碳化引起的。因此，近年來混凝土的碳化問題越來越受到各方的重視。
從混凝土碳化的物理化學過程可以知道，影響混凝土碳化的主要因素可分為材料因素、環境因素和施工因素三大類。材料因素包括水膠比、水泥品種和用量、摻合料用量、骨料、外加劑等，主要是混凝土鹼度的降低從而影響混凝土碳化。通過混凝土試驗研究配合比參數對抗碳化的影響，主要分析水膠比、膠凝材料用量、粉煤灰和礦粉單摻摻量及雙摻摻量對混凝土抗碳化的影響。
1試驗概況
1.1試驗原材料
（1）水泥：福建水泥有限公司生產的建福牌P·O42.5水泥，標準稠度用水量26.8%，初凝時間167min、終凝時間233min，3d抗壓強度23.6MPa、28d抗壓強度46.7MPa,3d抗折強度5.3MPa、28d抗折強度8.0MPa。
（2）礦物摻合料：漳州後石電廠生產的Ⅱ級粉煤灰和福建三鋼集團（龍海）礦微粉有限公司生產的S95級礦渣粉。粉煤灰需水量比97%，細度16.2%，SO3含量0.62%，含水量0.2%，燒失量2.47%。礦渣粉密度2.91g/cm3，比表面積460m2/kg，流動度比102%，含水量0.2%，7d活性指數78%，28d活性指數99%。
（3）粗骨料：漳州龍海東南碎石廠生產的5～31.5mm連續級配碎石，表觀密度2630kg/m3，堆積密度1450kg/m3，壓碎值9.60%，針片狀含量5.70%，含泥量0.60%。
（4）細骨料：龍海航順達有限公司生產的天然中砂，細度模數2.8，級配區為Ⅱ區，含泥量0.7%，泥塊含量0.3%，堆積密度1440kg/m3。
（5）外加劑：科之傑新材料集團生產的Point-400S聚羧酸高效減水劑。
（6）拌合水：自來水。
1.2試驗方法
（1）工作性能測試。混凝土拌合物的工作性能按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行試驗。
（2）力學性能測試。硬化混凝土的力學性能按照GB/T50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行試驗。
（3）混凝土抗碳化性能測定。混凝土抗碳化性能按照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》規定的碳化試驗方法。碳化試驗採用邊長為100mm的立方體混凝土試件，3個試件為一組。試件採用標準養護28d，當試件養護至28d後從標準養護室取出，在60±2℃烘48h。經烘乾處理後的試件，除留下一個側面外，其餘表面用加熱的石蠟予以密封。試驗採用CABR-HTX12型碳化試驗箱。碳化到了3d、7d、14d及28d時各取出一組試件，立方體試件在壓力試驗機上用劈裂法從中間破型，破型後立即測定其碳化深度。每組立方體試件只作一次檢驗，不得重複使用。
（4）設計坍落度。涉及的各種試驗，混凝土設計坍落度均為120±30mm。
2試驗結果與分析
2.1水膠比對混凝土抗碳化性能的影響
採用相同水泥用量，不同用水量，水膠比分別為0.55、0.52、0.49，測定新拌混凝土坍落度、硬化混凝土的28d抗壓強度及不同齡期的碳化深度，通過試驗結果分析水膠比對混凝土抗碳化性能的影響。試驗方案及結果見表1、表2。
從表1、表2可看出，與水膠比為0.55相比較，水膠比為0.52和0.49時，28d的碳化深度分別減小3.6mm和7.8mm。28d混凝土碳化深度P1＞P2＞P3，混凝土的碳化深度隨著混凝土水膠比降低而減小。由於混凝土是一種多孔性材料，在其內部有著大小不一的氣泡、孔隙、氣孔等，這些都具有透氣性。隨著用水量的增大，混凝土孔隙率增大，使空氣中的CO2更容易侵入混凝土內部的氣孔，而後溶解於毛細管水液體中，與水泥水化過程中產生的Ca(OH)2和水酸鈣等物質生成CaCO3，從而碳化深度增加。隨著混凝土水膠比降低，其內部的孔隙率也相應減小，CO2不容易侵入混凝土內，因此混凝土抗碳化性能得到提高。
2.2膠凝材料對混凝土抗碳化性能的影響
試驗研究膠凝材料用量對混凝土抗碳化性能的影響。通過設計採用相同水膠比0.52，增加膠凝材料用量，測定新拌混凝土坍落度、硬化混凝土的28d抗壓強度及不同齡期的碳化深度，以分析膠凝材料用量變化對混凝土抗碳化性能影響。試驗方案及結果見表3、表4。
從表3、表4可看出，28d齡期時，雖然隨著膠凝材料用量的增加，P4和P5的碳化深度相比P2減小，但減小的程度很小。可見在水膠比相同時，通過提高膠凝材料用量的方法，對混凝土的碳化深度影響不顯著。這是由於在水膠比不變的條件下，雖然膠凝材料用量越大，但混凝土內部的孔隙率變化並不大，因而其影響不如降低水膠比方式更為明顯。
2.3粉煤灰摻量對混凝土抗碳化性能的影響
試驗研究不同粉煤灰摻量對混凝土抗碳化性能的影響。通過設計不同粉煤灰摻量等量取代水泥用量，摻量分別為15%、20%、25%，測定新拌混凝土坍落度、硬化混凝土28d抗壓強度、不同齡期的碳化深度，通過試驗結果分析不同粉煤灰摻量對混凝土抗碳化性能影響。試驗方案及結果見表5、表6。
由表5、表6可知，空白組P6混凝土的碳化深度值均小於其他組，這說明粉煤灰的摻入在一定程度上降低混凝土抗碳化能力。這是由於粉煤灰的火山灰反應降低了混凝土的鹼含量，因而摻加粉煤灰的混凝土抗碳化能力比空白組的混凝土低，且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的抗碳化性能越低。但在摻量15%～25%範圍內，混凝土的碳化深度增加較為緩慢，尤其是摻量為15%和20%時，混凝土的碳化深度相差不大。因此，雖然粉煤灰等量取代水泥，會降低混凝土的抗碳化性能，但在摻量20%內，混凝土的碳化深度增加緩慢。
2.4礦渣粉摻量對混凝土抗碳化性能的影響
試驗研究不同礦渣粉摻量對混凝土抗碳化性能的影響。在相同水膠比條件下，採用不同礦渣粉摻量等量取代水泥用量，取代率分別為15%、20%、25%，測定新拌混凝土坍落度、硬化混凝土的28d抗壓強度及不同齡期的碳化深度,通過試驗結果分析不同礦渣粉摻量對混凝土抗碳化性能影響。試驗方案及結果表7、表8。
從表7、表8可知，在14d齡期前P6的碳化深度比P9、P10和P11小，隨著礦渣粉摻量的增加，混凝土的碳化深度增大。這主要是礦渣粉等量取代水泥後，導致單位體積內的水泥含量降低，單位體積內水泥水化後生成的C-S-H和Ca(OH)2含量就相應地降低，摻量越高，碳化深度就越大。但在28d齡期時，P6的碳化深度比P9、P10和P11大，隨著礦渣粉摻量的增加，混凝土的碳化深度減小。這主要原因是在後期，礦渣粉開始參與二次水化反應，逐步改善混凝土孔隙結構，形成水化產物填充孔隙，使混凝土孔隙率更低，混凝土更密實，CO2難以侵入混凝土內部發生碳化反應，因此碳化深度降低。
2.5礦物摻合料雙摻對混凝土抗碳化性能的影響
試驗研究礦物摻合料雙摻對混凝土工作性及其抗碳化性能的影響。採用不同的粉煤灰摻量及礦渣粉摻量組合，P12、P13、P14、P15、P16的粉煤灰摻量為10%、10%、15%、20%、25%，礦渣粉摻量為10%、25%、20%、15%、10%，測定新拌混凝土坍落度、硬化混凝土的28d抗壓強度及不同齡期的碳化深度，通過試驗結果分析礦物摻合料不同雙摻摻量對混凝土抗碳化性能影響。試驗方案及結果見表9、表10。
從表9、表10中可以看出三個試驗結果：
（1）28d齡期時，P12的碳化深度為14.7mm，其數值最小。
（2）與前面單摻試驗結果對比發現，當雙摻粉煤灰10%和礦粉10%時，混凝土碳化深度均小於單摻20%粉煤灰及單摻20%礦粉。這說明雙摻粉煤灰和礦粉比單摻具有更好的抗碳化性能。其原因是在摻入一定比例粉煤灰和礦渣粉後，由於它們的顆粒粒徑與水泥顆粒粒徑形成連續級配梯度，產生微集料效應，顆粒之間相互填充，各組成材料緊密堆積，因此粉料顆粒間的孔隙減少，混凝土更加密實；同時由於礦物摻合料的火山灰效應，進一步水化反應使得混凝土的內部結構更為緻密，進一步降低了混凝土內部的孔隙率，CO2難以侵入混凝土內部發生碳化反應，導致碳化深度降低。因此雙摻粉煤灰和礦粉比單摻具有更好的抗碳化性能。
（3）當粉煤灰和礦渣粉雙摻總量為35%不變時，總體上混凝土的抗碳化性能隨著礦粉摻量的增加而提高。而在雙摻粉煤灰15%和礦粉20%時，混凝土具有最佳抗碳化性能。
3結論
（1）混凝土碳化深度隨著水膠比的減小而減小，混凝土的抗碳化性能越來越好。在相同水膠比下，增加膠凝材料的用量對降低混凝土碳化深度影響並不明顯，而通過降低水膠比方法對提高混凝土抗碳化性能更有效。
（2）粉煤灰等量取代水泥，會降低混凝土的抗碳化性能，但在摻量20%內，混凝土的碳化深度增加緩慢。
（3）礦渣粉等量取代水泥，在14d齡期前，隨著礦渣粉摻量的增加，混凝土的碳化深度增大；但在28d齡期時，隨著礦渣粉摻量的增加，混凝土的碳化深度減小。
（4）雙摻粉煤灰和礦粉比單摻具有更好的抗碳化性能。當雙摻總量為35%不變時，雙摻粉煤灰15%和礦粉20%的混凝土具有最佳抗碳化性能。