摘要：抗碳化性能是衡量再生高性能混凝土耐久性的一項重要指標。本文設計一正交試驗，研究水膠比、礦物摻合料、再生粗細骨料取代率以及應力水平對再生混凝土碳化深度的影響規律。試驗結果表明：(1)再生混凝土的水膠比以及粗骨料的取代率對混凝土的碳化深度影響很大。(2)再生混凝土的碳化深度和碳化時間的平方根基本成一直線關係。(3)再生混凝土在拉應力狀態下其碳化深度會隨着應力的增大而增大。
關鍵詞：高性能混凝土;水膠比;粉煤灰;礦渣;抗碳化性能
一、引言
混凝土結構是建築工程中最常見的結構形式，在結構使用壽命期間內，由於受到環境和荷載的雙重作用，引起結構的老化、腐蝕，從而導致結構性能的降低，因此建築工程結構的耐久性問題已引起工程界和學術界關注。再生混凝土的微觀結構由於再生骨料的加入而變得比普通混凝土更為複雜。在再生混凝土中至少存在兩種界面：再生粗骨料中天然骨料和附着老砂漿之間的界面、再生粗骨料的老砂漿與新砂漿之間的界面。這種複雜的微觀結構給分析再生混凝土的耐久性帶來了困難。關於再生混凝土抗碳化性能國內外已有不少學者作了初步探討[1-2]，但他們研究結果可比性較差，還存在不一致、甚至相互矛盾的結論，並且未考慮應力狀態的影響，而在外加應力作用下產生的微觀裂紋使得CO2在再生混凝土中擴散的渠道增多加速了CO2的擴散。因此，為研究裂縫的影響，開展拉應力狀態下再生混凝土的抗碳化性能研究很有必要[3-5]。
二、試驗原材料及主要設備
2.1試驗原材料
廢棄混凝土樣品取自某檢測中心提供的廢棄混凝土試塊(原始強度等級為C40，粗骨料為卵石)，試驗前再生骨料採用高温強化。
粉煤灰，採用揚州亨威熱電廠提供的Ⅰ級粉煤灰，實測細度<8%、燒失量<5%、需水量比<95%，含水率<0.2%，三氧化硫<0.67%，均符合Ⅰ級粉煤灰標準。
礦粉，由揚州汊河超細粉廠提供，比表面積為487m2/kg。為鹼性礦渣，活性較好。
減水劑，為揚州江都潤揚化工有限公司生產的氨基磺酸系高效減水劑，黑色液態，減水率為15%～25%，摻入量控制在0.5～1.2%左右。
2.2主要設備
混凝土碳化試驗箱CCB-70A由江蘇省蘇州市東華試驗儀器有限公司生產，CO2濃度：20±3%，濕度控制：70±5%，温度控制20±5℃;採用WE-300液壓式萬能材料試驗機，濟南試驗機廠生產，最大負荷為300千牛頓。
三、試驗方案及方法
3.1試驗方案
本試驗在快速碳化試驗的基礎上，系統研究水膠比、礦物摻合料、再生粗細骨料取代率、應力水平對再生混凝土碳化深度的影響規律。碳化試驗考慮荷載耦合，採用兩個100×100×300的試塊用鉚釘同時加載，其力學模型見圖1。
圖1 再生混凝土碳化試塊受力示意圖
選取正交表L18(37)進行試驗，其因素水平見表1。
表1 碳化試驗因素水平表
A B C D E F G
水平 水膠比 再生粗骨料
% 再生細骨料
% 粉煤灰
% 礦渣
% 砂率
% 應力水平 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
根據正交試驗方法，可以排列出18組試驗。
3.2試驗方法
碳化試驗採用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ 82―85)中的快速碳化試驗方法，所用稜柱體混凝土試塊尺寸為100 mm×100 mm×300mm。
在試驗前2天從標準養護室取出試塊，放入101A-1型電熱鼓風乾燥箱，在60℃的烘箱中烘48h。經烘乾的試件留下一個側面外，其餘表面均用加熱的石蠟予以密封。在側面上順長度方向用鉛筆以10 mm間距畫出平行線，以確定碳化深度的測量點。再將試塊放入CO2濃度保持在(20±3)%、相對濕度為(70±5)%、温度為(20±5)℃的碳化箱內。
碳化到7天、14天、28天、60天時，分別取出試件破型，測定碳化深度。將切除所得的試件部分，颳去斷面上殘餘的粉末，立即噴上1%的酚酞酒精溶液。圖2顯示再生混凝土試件的碳化情況。
圖2 再生混凝土碳化試件的碳化深度
四、碳化試驗結果及分析
4.1碳化試驗測試數據
根據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ 82-85)中的快速碳化試驗方法測出試件在7d、14d、28d和60d的碳化深度，測試數據見表2。
表2 正交試驗碳化深度(mm)
編號 水膠比 再生粗骨料(%) 再生細骨料(%) 粉煤灰
(%) 礦渣
(%) 砂率
(%) 應力水平(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 不明顯 1.8 3.5 4.8
8 0.3 60 30 25 15 45 0.5 不明顯 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 不明顯 3.0 4.2 7.8
17 0.3 60 10 35 15 40 1.2 不明顯 3.6 4.3 8.4
18 0.3 90 20 15 25 45 0.5 2.7 2.9 5.6 10.2