偏高岭土成分对混凝土抗碳化性能的提升

　　引言
　　
　　混凝土作为土木工程中不可或缺、用途最为广泛的建筑材料，在其耐久性、施工性、强度等方面均进行了大量的研究[1-3],尤其是混凝土的耐久性问题已经成为世界各国材料科学工作者不断研究、探索的重要课题。混凝土从浇筑时候起就受到碳化、碱骨料反映、冻害、盐害等破坏，其中碳化现象最为常见。混凝土被碳化之后，混凝土的碱度降低，导致结构的延性下降。已经有研究表明[4]:混凝土的孔隙越小、密实度越高、碱性物质含量越大，抗碳化性能越好。混凝土的碳化是一种化学腐蚀[5],可 以从混凝土的组分方面入手进行改性研究，目前研究者们用偏高岭土作为矿物掺和料和胶凝材料，制备高性能混凝土已经取得了进展[6-8],经研究发现，用碱激发偏高岭土能形成一种新型碱胶凝材料，这种材料是一种高活性火山灰材料，其火山灰活性与硅灰类似，故也可以作为矿物掺合料[9-10].因此，使用偏高岭土作为混凝土掺合料是改善混凝土性能的新思路。

　　广西高岭土的储量十分丰富，偏高岭土是将纯细高岭土进行剥片处理后再进行煅烧处理后的产物，其应用主要在涂料、造纸、塑料、橡胶、高级耐火材料等领域，也有将偏高岭土作为矿物掺合料掺入混凝土中的实验报告[11-13],然而将偏高岭土掺入混凝土中作为提高其抗碳化性能方面的相关研究实验却极少；因此，为了有效提高混凝土的抗碳化性能并充分利用广西高岭土含量丰富的特点，在制备混凝土的成分上添加经过剥片、煅烧处理后的偏高岭土，并测试其碳化指数，以探究偏高岭土成分对混凝土抗碳化性能的影响。

　　1 试验方法
　　
　　1. 1 原材料本试验用海螺牌 P·Ⅱ42.5 型水泥，偏高岭土，选用Ⅱ级粉煤灰，矿渣粉，聚羧酸减水剂（减水率不宜低于 20%），标准石英砂，粗骨料采用 5 mm~20 mm 的石灰石矿，混凝土拌合用水采用实验室自来水，水质符合技术要求。

　　1. 2 试件制作及试验方法首先将纯细高岭土进行自然剥片、水洗、过滤、烘干处理后放在行星球磨机的不锈钢罐内研磨 2 h.将研磨后的偏高岭土置于 SX-12-16 型高温炉中，煅烧高岭土粉末，得到剥片后的偏高岭土。为了研究混凝土的抗碳化性能，在水胶比为 0.3 的情况下，根据粉煤灰和偏高岭土不同掺量，设计了多组混凝土，具体配合比见表 1.根据规范标准 GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定，混凝土试件尺寸采用 100 mm×100 mm×300 mm,3 块为一组，成型后 24 h 后拆模，采用标准养护，自然养护 60 d.试件在试验前 2 d 从标准养护室取出，然后在 60 ℃温度下烘 48 h,烘干处理后，使试件沿长度方向的侧面暴露， 其余表面用加热的石蜡密封， 暴露的侧面沿长度方向用铅笔画出间隔 10 mm 的平行线，作为碳化深度的测量点。在进行试验时，将处理后的试件暴露的侧面向上，放入加速碳化箱中进行 CO2浓度碳化，设计温度在（20±5）℃范围内，相对湿度为（70±3）%,分别在碳化的时间为 3 d,7 d,14 d,21 d,28 d,42 d,56 d 时用酚酞指示剂法测试其碳化深度。
　　
　　2 结果与讨论
　　
　　图 1~图 4 分别展示了矿物掺合料总掺量为 40%,35%,30%,25%时，偏高岭土掺量对混凝土碳化深度的影响。从图 1~图 4 可得出，随着偏高岭土含量的增加，混凝土的抗碳化性能也相应的提高。这是因为偏高岭土作为掺合料，其作用机理主要有化学反应性、界面增强性、微集料效应和增塑效应等。其中偏高岭土中的活性主要是通过其中的 A12O3和 SiO2与 CaO 通过水化反应进行，混凝土的碱含量会降低；界面增强性是因为偏高岭土填充界面处的孔隙，增强了其界面性，改善了混凝土界面的薄弱区；微集料效应是指偏高岭土填充在浆体的空隙中提高密实度；增塑效应是指偏高岭土具有增加浆体的流动性作用，用于以改善浆体的流动性。而且试验中的偏高岭土经过剥片处理后，使得粒径更小，与没有剥片的偏高岭土相比更有助于填充。

　　从图 1~图 4 也可以看出，在矿物掺合料比例在 40%,35%,30%,25%情况下，前期碳化速度比较快，但随着时间的延长，后期混凝土的碳化速度会有所下降。这是因为偏高岭土和粉煤灰都是具有潜在活性的火山灰掺和料，由具有活性的 SiO2和 A12O3组成的，在水化反应中，SiO2和 Al2O3与 Ca（OH）2反应，化学反应的生成产物 C-S-H 凝胶，一部分包裹在粉煤灰颗粒的表面；另一部分则填充在水泥水化产物与 C-S-H 凝胶间的间隙，起到了填充作用，一定程度上阻碍了 CO2的渗透，随着时间的推移，填充效果更为明显，使得抗碳化性能提高，表现为后期混凝土的碳化速度相对较小。

　　为了更好的展示偏高岭土成分对混凝土抗碳化性能的影响，表 2 列出了混凝土碳化深度数据。如表 2所示，在矿物掺合料总掺量为 35%,偏高岭土掺量 15%,混凝土碳化龄期 21 d 时，碳化深度较未掺入偏高岭土降低了 4.6 mm,混凝土抗碳化能力达到最大值为 38.02%,表明这种配比下所得到的抗碳化能力最强。

　　3 结论
　　
　　为了改善混凝土的抗碳化性能，利用广西高岭土含量丰富的有利条件，对掺入偏高岭土成分的混凝土试件进行碳化实验。通过碳化试验，得出结论：随着矿物掺合料偏高岭土掺量的增加，混凝土的抗碳化性能会相应的提高，尤其是总掺量为 35%,偏高岭土占 15%时，混凝土的抗碳化性能与没有掺入偏高岭土相比，提高了 38.02%.

　　参考文献：

　　[1] 蒋丽娜。混凝土在单轴受力时的应力、应变分析[J].广西工学院学报，1995（2）：18-24.
　　[2] 劳毅。施工现场混凝土强度检测方法的试验研究[J].广西工学院学报，2008（3）：66-70.
　　[3] 陈正，杨绿峰。混凝土中国氯离子扩散的补偿长度[J].广西工学院学报，2010（3）：8-12,22.
　　[4] 李春晖，牛荻涛，宋华。 复掺矿物掺合料混凝土碳化试验研究[J].工程建设，2009,41（6） :7-12.
　　[5] 陈刚。高性能混凝土的碳化探究[J].福建建材，2012（2）：30-32.
　　[6] 杨凤玲，嵇银行，李玉寿，等。偏高岭土对混凝土性能影响研究[J].混凝土与水泥制品，2011（5）：4-8.