环境气候条件下混凝土碳化速度研究

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1、环境气候条件下混凝土碳化速度研究徐道富《西部探矿工程》2005年第10期摘　要:主要侧重于环境气候条件(温度、相对湿度)对混凝土的碳化速度规律进行研究，并提建立了考虑环境温、湿度气候条件的混凝土碳化模型。关键词：环境；气候条件；混凝土；碳化速度1　实验方案    考虑的混凝土碳化影响因素主要为环境气候因素，即环境温度、相对湿度，另外加上混凝土的水灰比共三种因素，每种因素取6个水平。为加快混凝土碳化速度，环境CO2浓度统一设定为20%，混凝土碳化时间统一设定为240h。     考虑到自然界中混凝土的碳化是一个相对较为缓慢的物理、化学过程，为节约实验时间，同

2、时能够达到实验的目的，本实验同样采用“均匀设计”法来设计实验方案。根据加速碳化试验所考虑的因素数和水平数，选择均匀设计表中的U6(64)表进行试验设计，总共只需6组实验即可以达到预期的目的。具体的人工气候条件组合如表1所示。2　实验过程与实验方法     水泥采用淮南矿务局水泥厂生产的普通硅酸盐水泥R325，砂采用河砂，石子采用碎石，粒径10～20mm。混凝土采用6种配合比，如表2所示。表2　混凝土配合比表编号配合比(C∶S∶G∶W)A1∶0.85∶1.89∶0.35B1∶1.12∶2.26∶0.42C1∶1.75∶2.98∶0.55D1∶1.90∶3.5

3、3∶0.59E1∶2.21∶4.28∶0.63F1∶2.94∶5.53∶0.74　　试件采用100×100×100mm3试块，每种配合比试件制作6组，每组3块，在表1所示每种气候条件6种配合比试件各放1组。碳化实验室里根据设定目标自动控制环境的温度、相对湿度、CO2浓度三项指标，温度控制范围0～60℃，偏差±1℃，相对湿度控制范围40%～95%，偏差±2%，CO2浓度0～50%(体积浓度)，精度±0.1%。　　混凝土人工气候加速碳化的具体过程如下：①试件脱模后即放入标准养护室(T=20℃±3℃、RH≥95%)内养护28天；②试件养护完毕后即取出放在室内自然

4、环境，任取6种配合比试件各1组放入105℃烘箱内烘干48h，冷却至常温，保留试件成型时的相对两侧面，其余各表面采用石蜡密封；③将试件放入按表1设定好温湿度气候条件、CO2浓度的碳化室内进行碳化，在碳化过程中每24h检查一次碳化箱内CO2浓度，并随时进行补充以保证CO2的浓度在20%±1%；④碳化240h后将试件取出，采用压力机沿碳化面劈裂，将试块一分为二，然后用1%酚酞乙醇指示液喷于断裂面，从试件表面到变色边界每边采用钢尺量测三处混凝土碳化深度，以其算术平均值作为该试块的碳化深度，取3块试件的算术平均值作为该组试件的碳化深度。⑤其余每组人工气候条件的混凝土

5、加速碳化均重复以上②～④过程。3　基于混凝土碳化机理的混凝土碳化模型建立     采用1%酚酞乙醇指示液喷洒后的某一人工气候条件下的6种试件断面混凝土碳化深度显示(部分)的典型照片如图1所示。同时，6种人工气候条件下的混凝土试件碳化深度实测结果如表3所示。　　从表3可以看出，虽然碳化时间、碳化箱内CO2浓度均相同，但是6种人工气候条件下的混凝土碳化深度存在明显的差异。首先对于同一种气候条件，6种水灰比的试件其碳化深度存在差异，随着混凝土水灰比的增大混凝土碳化深度存在明显增大的趋势，这与人们常规的认识是吻合的；其次对于同一种混凝土水灰比的试件，6种气候条件下

6、的混凝土碳化深度各不相同。由于本文采用的是均匀设计实验方案，故混凝土碳化深度随气候条件的变化规律不能直接看出，需要通过回归分析获得。根据混凝土碳化的理论模型式、通用混凝土碳化公式： w/c———混凝土水灰比。对回归方程(8)的显著性统计检验(方差分析)结果如表4所示。　　从表4可以看出，回归方程(8)的显著性统计量F=344.74>F(3，32)(0.01)=4.40，故方程(8)在显著性水平α=0.01下是可信的。对回归方程(8)的回归系数的显著性检验如表5所示：　　从表5可以看出，回归方程(8)各影响因素的回归系数均是非常显著的，显著性水平均在α=0.

7、01以上。同时从各因素的T值可以看出，环境温度对单位时间的混凝土碳化速度影响最大；混凝土水灰比次之次之；环境相对湿度影响相对较小。　　从表1任取一环境气候条件(温度40℃、相对湿度30%RH)同时取CO2浓度20%、碳化时间240h，利用所建立的回归方程(8)可获得混凝土水灰比-混凝土碳化深度的对比关系曲线如图2所示。　　已有的研究成果[1]表明:混凝土的水灰比决定着混凝土的孔隙率，从而决定着混凝土这种多孔介质材料的抗渗能力。一般来讲，混凝土水灰比越大，则混凝土内部的孔隙率越大，从而液体或气体在混凝土内部的扩散系数越大；反之混凝土水灰比越低，则混凝土内部的

8、孔隙率越低，从而液体或气体在混凝土内部的扩散系数越小。从图2可以看