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序言

自然界CO?在一定溫溫度下與未水化的C?S和C?S及水化產物氫氧化鈣和水化碳酸鈣發生反應的過程為炭化過程。該過程會加快箍筋破損，不利水泥耐久性。炭化過程是復雜的物理反應過程，混凝土水化產物各組分和管徑就會發生變化。初期漿體不密實，二氧化碳滲透快，則炭化快，而后期漿體密實后，炭化速率弄成擴散控制。因而漿體密實度和初期硬度會直接影響水泥炭化速率和深度。同時孔隙氨水中K+和Na+會起催化作用并推動炭化進程。在水泥機制中，石灰爐渣除了具備微晶核效應來優化界面過渡區且微量參與反應生成單碳水化鋁酸鈣用品有微膨脹效應，但會增加水泥密實度，使其抗CO?、Cl-或SO?2-侵蝕能力減低。

基于此，思考石灰爐渣比表面積、礦物摻合料、早強劑、防水物質及CO?捕收劑對混凝土一石灰爐渣機制硬度和炭化的影響，為提升混凝土一石灰爐渣水泥機制抗炭化能力和推動石灰爐渣高效運用夯實基礎。

01

材料與技巧

1.1試驗材料

富皇P·O42.5混凝土，比表面積380m2/kg，3d和28d抗拉硬度分別為26.5MPa和50.5MPa；其物理組成見表1。

表1混凝土的物理成份剖析（％）

龍電II級粉爐渣水泥比表面積，45μm篩余19％，需水委比97％，7d活性63％，28d活性76％；鈺宏S95煤泥，45μm篩余2.5％，7d活性78％，28d活性98％；三遠硅灰，SiO，濃度94％，燒失量為4.5％。

乙酸鐵(FN)，AR，西隴焦化；硝酸鈣(CN)，AR，西隴焦化；防水石蠟面膜(FEP)，工業級，拓達防水；一乙醚胺(MEA，99％)，AR，西隴焦化；三丁二烯四胺(TETA，99％)，AR，西隴焦化；N一烷基二甲酸胺(NDEA，99％)，AR，西隴焦化。

1.2不環比表面積石灰爐渣的純化

稱量5k石灰石質砂，加入0.02％的三乙醇胺作為助磨劑，于0500mm×500mm標準混凝土實驗磨中粉磨不同時間，甩料時間為3min。出料為不環比表面積石灰爐渣過0.6mm標準篩。粉磨時間與比表面積的關系見表2。

表2粉磨時間與比表面積的關系

1.3功耗檢測方式

水泥硬度測量：標養條件下，檢測水泥7d和28d抗拉硬度。其中C30水泥配合比為：膠材：砂：石：水=390：815：994：165。依照GB/T50081-2002(普通水泥電學功耗實驗方式標準》，純化100mm×100mm×100mm的多面體試件。

水泥炭化深度檢測：根據GB/T50082-2009《普通水泥常年功耗和耐久功耗實驗方式》中炭化實驗的要求進行檢測。試塊標準養護26d后取出于60℃下烘48h，干燥后留面石蠟密封進行7d炭化試驗。

1.4水泥配合比

試驗考慮不環比表面積石灰爐渣機制、硅灰、礦粉和粉礦渣等摻合料機制及不同外加劑對水泥硬度和炭化深度的影響。其中機制水泥配合比設計及編號見表3。

表3水泥配合比（kg/m3）

02

試驗結果與討論

2.1不環比表面積石灰爐渣的影響

不環比表面積石灰爐渣對混凝土一石灰爐渣水泥機制28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響由圖1所示。

圖1不同石灰爐渣對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖1可知，隨石灰爐渣取代混凝土比列降低，抗拉硬度漸漸減少，炭化深度漸漸提高。當石灰爐渣取代比列為40％時，隨石灰爐渣比表面積的提高：抗拉硬度先降低后增加，炭化深度先減少后降低，當石灰爐渣比表面積為750m2/kg時，抗拉硬度達37MPa，炭化深度為14mm，比摻比表為400m2/kg的石灰爐渣(1-2)硬度高4MPa，炭化深度增加9mm。

適度增加石灰爐渣比表面積能減少水泥抗拉硬度并增加炭化深度，或許與高比表面積物質的填充密實作用有關，但炭化深度仍然較深，或許是水泥密實度仍然不夠引致。

2.2不同礦物摻合料的影響

以1-2為基準，分別選用粉爐渣、礦粉和硅灰三種礦物摻合料代替石灰爐渣，闡述其對28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響，其結果由圖2所示。

圖2不同礦物摻合料對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖2可知，礦物摻合料種類和摻量對水泥硬度和炭化影響不同，硅灰和煤粉可有效減少抗拉硬度并適度增加炭化深度，粉礦渣摻入會降低炭化深度，當硅灰取代20kg時，28d抗拉硬度為40MPa，比基準減少6MPa，炭化深度為18mm，比基準減少5mm。礦物摻合料的潛在火山灰活性會消耗部份氫氧化鈣，使機制酸性增加，更易炭化，但煤泥和硅灰能適度增加炭化與其比表面積較高機制密實度高有關。

2.3不同無機抗滲劑的影響

以1-2為基準，思考不同無機抗滲劑(硝酸鈣和乙酸鐵)及摻量(0.3％、0.5％和0.8％)對其對28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響，結果由圖3所示。

圖3不同無機物對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖3可知水泥比表面積，隨乙酸鐵藥量的降低，28d抗拉硬度適度提高，炭化深度增加顯著，摻量為0.8％時，炭化深度為13mm，比空白增加11mm；隨硝酸鈣摻量的提高，水泥28d硬度呈減少趨勢，炭化深度漸漸提高。引進鐵離子后機制炭化深度增加或許是鐵離子通過產生氫氧化鐵乳膏堵塞氣孔并優化界面薄弱區來實現適度提高水泥密實度。

2.4防水石蠟面膜的影響

以1-2為基準，闡述防水物質的藥量(0.1％、0.3％、0.5％和0.8％)對其28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響，其結果見圖4。

圖4防水石蠟面膜對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖4可知，隨防水石蠟面膜摻量的提高，水泥28d抗拉硬度漸漸減少，7d炭化深度呈先減少后降低趨勢，摻量為0.3％時，炭化深度最低，達11mm，比空白增加12mm。機制加入防水性物質后水泥硬度會增加，但會適度提高水泥抗炭化功耗。摻入較差防水物質后炭化深度提高或許與水泥硬度增加嚴重有關。

2.5氣體捕收劑的影響

依據文獻，將MEA、NDEA和TETA按質委比1：2：0.2混和即為氣體捕收劑(CH)。以1-2為基礎，闡述捕收劑摻量(0.01％、0.03％、0.05％和0.08％)對其28d抗拉硬度和7d迅速炭化深度的影響，其結果見圖5。

圖5碳捕收劑對水泥硬度和炭化深度的影響

由圖5可知，隨碳補收劑摻量的提高，水泥28d硬度漸漸減少，炭化深度先減少后降低，當摻量為0.05％時，炭化深度最低達11mm，比空白增加12mm，摻入較差捕收劑后炭化深度提高或許與超摻后，凝結時間延長，硬度增加嚴重引致。

03

推論

對于混凝土一石灰爐渣水泥機制，隨石灰爐渣取代混凝土比列降低，水泥硬度和抗炭化功耗漸漸減少。當石灰爐渣取代混凝土比列為40％時，水泥硬度方面：硅灰取代20kg石灰爐渣時硬度達最高，為40MPa，比空白高6MPa，高比表面積(750m2/kg)石灰爐渣次之，為37MPa，比空白高4MPa，防水物質和適量硝酸鈣會影響水泥硬度；水泥抗炭化方面：摻入0.3％防水石蠟面膜可使機制炭化深度降至最低，達11mm，比空白增加13mm，摻入0.8％硫酸鐵次之，炭化深度為13mm，比空白增加11mm，礦物摻合料代替石灰爐渣不會有效減少炭化深度。適度引進鐵離子、防水組分或較高比表面積石灰爐渣來提高機制密實度和防水功耗可增加混凝土一石灰爐渣機制水泥抗炭化功耗。