1、研究的意義
高性能混凝土在工程中應(yīng)用達(dá)到了空前的規(guī)模，混凝土中的某些原材料在供應(yīng)上存在了問題，質(zhì)量波動(dòng)較大，甚至出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。在配合比設(shè)計(jì)時(shí)原材料的過分理想化，忽視施工過程中材料質(zhì)量的波動(dòng)情況，導(dǎo)致施工配合比與理論配合比產(chǎn)生過大的差異。再加上部分混凝土現(xiàn)場施工人員固有的錯(cuò)誤操作理念與方法，以及管理人員混凝土知識(shí)的欠缺與質(zhì)量意識(shí)的淡薄等一系列存在的問題在很大程度上影響了高性能混凝土質(zhì)量。對(duì)混凝土構(gòu)件回彈測強(qiáng)，混凝土碳化深度會(huì)達(dá)到3～4mm，按照《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJT23-2011）測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表，強(qiáng)度折減近10MPa，很難滿足設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度要求?；炷脸掷m(xù)碳化可能會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕，鋼筋混凝土構(gòu)件因受拉強(qiáng)度不足，使工程過早報(bào)廢。 為減小混凝土碳化深度，使混凝土真正具有較高的性能，就必須重視全面質(zhì)量控制，特別是原材料質(zhì)量控制，認(rèn)真總結(jié)混凝土碳化數(shù)據(jù)，在工程施工中對(duì)諸類問題加以關(guān)注，共同努力，讓未來混凝土邁向更高的性能。
2、混凝土碳化的成因分析
2.1、粉煤灰的硫化 摻入合格的粉煤灰主要有兩個(gè)作用，一是降低水化熱，提高混凝土耐久性，二是滾珠效應(yīng)，提高混凝土工作性。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為鈍化膜（堿性氧化膜）。有的進(jìn)場粉煤灰有一股濃烈的刺鼻氣味，應(yīng)該是電廠脫硫不凈或者沒有采取脫硫措施，經(jīng)過吸收、中和、氧化、結(jié)晶形成CaSO4·2H2O，再次結(jié)晶形成鈣礬石3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，容易致使硬化混凝土硫化深度加大和膨脹破壞。 用酚酞試劑測碳化也是在測堿性，粉煤灰硫化后使混凝土的堿度降低，間接導(dǎo)致碳化深度過大。超過混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開始生銹。
2.2、礦物摻和料摻量 粉煤灰為F類I級(jí)，磨細(xì)礦渣粉為S95級(jí)，水膠比為0.38。礦物摻和料摻量、養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)混凝土抗碳化性能影響明顯，礦物摻合料的種類對(duì)混凝土抗碳化性能影響不明顯。隨著混凝土的齡期增長，碳化速率變緩。
2.3、機(jī)制砂 機(jī)制砂顆粒尖銳，多棱角，表面粗糙，細(xì)度模數(shù)多為3.0以上，與天然河砂相比，機(jī)制砂的顆粒級(jí)配稍差，大于2.5mm和小于0.08mm的顆粒偏多，導(dǎo)致混凝土的和易性較差，混凝土不密實(shí)?？諝庵蠧O2滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca（OH）2＋CO2=CaCO3＋H2O。
2.4減水劑 減水劑行業(yè)目前競爭較為激烈，為了中標(biāo)壓低價(jià)格。實(shí)際供應(yīng)中為了利益最大化，成本會(huì)不斷的降低。從最早的樣品與早期的材料供應(yīng)逐漸的降低的減水率，也就是說，可能從早期30%的減水率降至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的25%。材料合格，而對(duì)混凝土用水量的影響卻是巨大的，就算增加摻量保證減水率，但保證不了坍落度損失。對(duì)某工程C30和C35配合比試拌，記錄見下表，減水劑保坍性極差，半小時(shí)后無工作性，這樣的混凝土在施工中和易性差，容易出現(xiàn)混凝土不密實(shí)，導(dǎo)致2.3中描述結(jié)果。 配合比的設(shè)計(jì)實(shí)際上是比較復(fù)雜的，并不是使用樣品原材料，按照某種計(jì)算方法，遵循相關(guān)規(guī)范，滿足設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)要求就可以得出的合理的配合比。要使配合比順利的實(shí)施就需要充分考慮原材料質(zhì)量波動(dòng)的因素，這些因素對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能，甚至耐久性造成不同程度影響。否則，再完美的配合比也只能算是室內(nèi)以供觀賞的展覽品，無法在工程中得到實(shí)施。
3、改善混凝土碳化深度的措施
3.1、全面質(zhì)量控制 認(rèn)真執(zhí)行有關(guān)規(guī)范和有關(guān)技術(shù)規(guī)定，把好原材料質(zhì)量檢測關(guān)，嚴(yán)格控制施工的每道工序，以保證混凝土具有良好的勻質(zhì)性與體積的穩(wěn)定性，不論混凝土強(qiáng)度高低均應(yīng)在所使用的環(huán)境下是耐久性的。
3.2、控制礦物摻合料摻量 全國各地原材料資源差異較大，邊界地區(qū)或旅游城市礦物摻合料很少，且質(zhì)量不高，但價(jià)格較高，對(duì)高性能混凝土而言，礦物摻合料不摻又不行，耐久性中的抗?jié)B和電通量指標(biāo)不能滿足設(shè)計(jì)要求，所以礦物摻合料摻量多少是個(gè)問題。在滿足《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424-2010）情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙地質(zhì)條件的說明，明確環(huán)境作用等級(jí)，查表使用最低摻量。如遇特殊情況，可以低于表中最低摻量，因表中說明是建議“適宜摻量”，但強(qiáng)制性的指標(biāo)是混凝土的耐久性指標(biāo)和長期性能要求，礦物摻合料摻量能滿足混凝土耐久性指標(biāo)即可。
3.3、控制砂細(xì)度模數(shù) 同一河流，不同的地段、水流速度、挖掘深度的河砂，細(xì)度模數(shù)都會(huì)不同，其波動(dòng)范圍可能在2.2～3.2之間，甚至更大，對(duì)混凝土的和易性與用水量產(chǎn)生影響。經(jīng)過多年施工經(jīng)驗(yàn)，無論是河砂還是機(jī)制砂以控制在2.6～3.0為宜。
3.4、控制減水劑質(zhì)量 現(xiàn)場的混凝土嚴(yán)禁采取加水重塑的方法來提高混凝土的流動(dòng)性，這樣將大大降低混凝土的力學(xué)性能與耐久性。對(duì)需要相對(duì)較長距離運(yùn)輸?shù)幕炷?、澆筑部位尺寸較大的混凝土配合比，應(yīng)作減水劑重塑試驗(yàn)，在配合比試配時(shí)，選代表性原材料，配制出混凝土，坍落度經(jīng)時(shí)損失之后滿足施工時(shí)所需的坍落度，然后加入減水劑提高混凝土流動(dòng)性。對(duì)不同減水劑摻量的混凝土進(jìn)行力學(xué)性能與耐久性測試，選取兩者均符合設(shè)計(jì)要求的減水劑摻量，建立減水劑摻量與所提高的流動(dòng)性關(guān)系。施工現(xiàn)場根據(jù)實(shí)測坍落度情況加入相應(yīng)的減水劑達(dá)到增加混凝土流動(dòng)性的目的。
3.5、施工配合比的調(diào)整 混凝土是由多種材料組合而成的，無論是加工材料或非加工材料性能受各種因素的影響，產(chǎn)品性能也不可能極其穩(wěn)定，因此混凝土生產(chǎn)時(shí)，其配合比也不可能與理論配合比一成不變。為避免或減少混凝土質(zhì)量下降，應(yīng)預(yù)留一定的安全性系數(shù)，且混凝土便于施工，抗干擾性強(qiáng)，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，強(qiáng)度等級(jí)和耐久性也滿足設(shè)計(jì)要求，以最少的成本換取極大的使用功能和壽命周期?！陡咝阅芑炷恋闹苽浞椒ā钒l(fā)明專利技術(shù)與價(jià)值混凝土相匹配，過去十年間在黑龍江、北京、河北、山西、貴州、江西等地積累數(shù)據(jù)并應(yīng)用，通過配合比成本理論確定膠材比、減膠比、砂率和級(jí)配比，再通過體積增量模型將整個(gè)配合比設(shè)計(jì)串聯(lián)，形成完整體系，使混凝土具有較高的工作性能，強(qiáng)度和耐久性既滿足設(shè)計(jì)要求，又與原配合比設(shè)計(jì)等同，生產(chǎn)成本也達(dá)到了最低。
4、結(jié)論
必要的原材料質(zhì)量控制，適當(dāng)?shù)倪x擇礦物摻合料摻量。在特殊情況下，以滿足耐久性指標(biāo)為原則，礦物摻合料低摻量能降低混凝土碳化深度。控制砂細(xì)度模數(shù)和減水劑質(zhì)量，使混凝土具有良好的工作性和密實(shí)性，阻擋CO2侵入降低混凝土碳化深度。 受氣候和原材料質(zhì)量波動(dòng)影響，配合比不是一成不變的，合理的調(diào)整施工配合比，利用前人的研究成果并結(jié)合實(shí)際情況應(yīng)用。