摘要：抗碳化性能是衡量再生高性能混凝土耐久性的一项重要指标。本文设计一正交试验，研究水胶比、矿物掺合料、再生粗细骨料取代率以及应力水平对再生混凝土碳化深度的影响规律。试验结果表明：(1)再生混凝土的水胶比以及粗骨料的取代率对混凝土的碳化深度影响很大。(2)再生混凝土的碳化深度和碳化时间的平方根基本成一直线关系。(3)再生混凝土在拉应力状态下其碳化深度会随着应力的增大而增大。
关键词：高性能混凝土;水胶比;粉煤灰;矿渣;抗碳化性能
一、引言
混凝土结构是建筑工程中最常见的结构形式，在结构使用寿命期间内，由于受到环境和荷载的双重作用，引起结构的老化、腐蚀，从而导致结构性能的降低，因此建筑工程结构的耐久性问题已引起工程界和学术界关注。再生混凝土的微观结构由于再生骨料的加入而变得比普通混凝土更为复杂。在再生混凝土中至少存在两种界面：再生粗骨料中天然骨料和附着老砂浆之间的界面、再生粗骨料的老砂浆与新砂浆之间的界面。这种复杂的微观结构给分析再生混凝土的耐久性带来了困难。关于再生混凝土抗碳化性能国内外已有不少学者作了初步探讨[1-2]，但他们研究结果可比性较差，还存在不一致、甚至相互矛盾的结论，并且未考虑应力状态的影响，而在外加应力作用下产生的微观裂纹使得CO2在再生混凝土中扩散的渠道增多加速了CO2的扩散。因此，为研究裂缝的影响，开展拉应力状态下再生混凝土的抗碳化性能研究很有必要[3-5]。
二、试验原材料及主要设备
2.1试验原材料
废弃混凝土样品取自某检测中心提供的废弃混凝土试块(原始强度等级为C40，粗骨料为卵石)，试验前再生骨料采用高温强化。
粉煤灰，采用扬州亨威热电厂提供的Ⅰ级粉煤灰，实测细度<8%、烧失量<5%、需水量比<95%，含水率<0.2%，三氧化硫<0.67%，均符合Ⅰ级粉煤灰标准。
矿粉，由扬州汊河超细粉厂提供，比表面积为487m2/kg。为碱性矿渣，活性较好。
减水剂，为扬州江都润扬化工有限公司生产的氨基磺酸系高效减水剂，黑色液态，减水率为15%～25%，掺入量控制在0.5～1.2%左右。
2.2主要设备
混凝土碳化试验箱CCB-70A由江苏省苏州市东华试验仪器有限公司生产，CO2浓度：20±3%，湿度控制：70±5%，温度控制20±5℃;采用WE-300液压式万能材料试验机，济南试验机厂生产，最大负荷为300千牛顿。
三、试验方案及方法
3.1试验方案
本试验在快速碳化试验的基础上，系统研究水胶比、矿物掺合料、再生粗细骨料取代率、应力水平对再生混凝土碳化深度的影响规律。碳化试验考虑荷载耦合，采用两个100×100×300的试块用铆钉同时加载，其力学模型见图1。
图1 再生混凝土碳化试块受力示意图
选取正交表L18(37)进行试验，其因素水平见表1。
表1 碳化试验因素水平表
A B C D E F G
水平 水胶比 再生粗骨料
% 再生细骨料
% 粉煤灰
% 矿渣
% 砂率
% 应力水平 ft
1 0.36 30 10 15 15 35 0.5
2 0.33 60 20 25 25 40 0.8
3 0.30 90 30 35 35 45 1.2
根据正交试验方法，可以排列出18组试验。
3.2试验方法
碳化试验采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ 82―85)中的快速碳化试验方法，所用棱柱体混凝土试块尺寸为100 mm×100 mm×300mm。
在试验前2天从标准养护室取出试块，放入101A-1型电热鼓风干燥箱，在60℃的烘箱中烘48h。经烘干的试件留下一个侧面外，其余表面均用加热的石蜡予以密封。在侧面上顺长度方向用铅笔以10 mm间距画出平行线，以确定碳化深度的测量点。再将试块放入CO2浓度保持在(20±3)%、相对湿度为(70±5)%、温度为(20±5)℃的碳化箱内。
碳化到7天、14天、28天、60天时，分别取出试件破型，测定碳化深度。将切除所得的试件部分，刮去断面上残余的粉末，立即喷上1%的酚酞酒精溶液。图2显示再生混凝土试件的碳化情况。
图2 再生混凝土碳化试件的碳化深度
四、碳化试验结果及分析
4.1碳化试验测试数据
根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ 82-85)中的快速碳化试验方法测出试件在7d、14d、28d和60d的碳化深度，测试数据见表2。
表2 正交试验碳化深度(mm)
编号 水胶比 再生粗骨料(%) 再生细骨料(%) 粉煤灰
(%) 矿渣
(%) 砂率
(%) 应力水平(ft) 7d 14d 28d 60d
1 0.36 30 10 15 15 35 0.5 2.0 3.0 4.6 8.2
2 0.36 60 20 25 25 40 0.8 1.8 2.8 4.8 8.8
3 0.36 90 30 35 35 45 1.2 3.0 3.6 6.4 12.1
4 0.33 30 10 25 25 45 1.2 1.6 2.1 3.9 6.8
5 0.33 60 20 35 35 35 0.5 2.2 3.0 4.6 8.9
6 0.33 90 30 15 15 40 0.8 2.3 2.7 5.2 9.6
7 0.3 30 20 15 35 40 1.2 不明显 1.8 3.5 4.8
8 0.3 60 30 25 15 45 0.5 不明显 1.6 2.9 5.8
9 0.3 90 10 35 25 35 0.8 3.0 3.8 6.3 12.2
10 0.36 30 30 35 25 40 0.5 1.6 2.2 3.9 6.7
11 0.36 60 10 15 35 45 0.8 2.0 2.6 4.8 9.7
12 0.36 90 20 25 15 35 1.2 1.9 2.8 5.3 9.8
13 0.33 30 20 35 15 45 0.8 1.3 1.7 3.1 5.8
14 0.33 60 30 15 25 35 1.2 1.2 2.0 3.7 6.9
15 0.33 90 10 25 35 40 0.5 2.2 3.2 5.8 10.6
16 0.3 30 30 25 35 35 0.8 不明显 3.0 4.2 7.8
17 0.3 60 10 35 15 40 1.2 不明显 3.6 4.3 8.4
18 0.3 90 20 15 25 45 0.5 2.7 2.9 5.6 10.2