粉煤灰摻量對混凝土氣體擴散系數(shù)的影響

　　摘要：混凝土中的氣體擴散系數(shù)是研究混凝土碳化的重要參數(shù)?，F(xiàn)有的氣體擴散系數(shù)模型大多為經(jīng)驗模型，沒有明確的理論依據(jù)，本文在原有的實驗基礎上，根據(jù)由Fick第一定律以及認在多孔介質中擴散和吸收的特點推導得到了經(jīng)典混凝土碳化理論模型與現(xiàn)有碳化數(shù)據(jù)反推標準環(huán)境下二氧化碳在混凝土內的有效擴散系數(shù),提出了以粉煤灰摻量為主要參數(shù),并考慮環(huán)境濕度、混凝土的養(yǎng)護齡期綜合影響的氣體有效擴散系數(shù)計算模型,利用已有的試驗結果確定了模型參數(shù), 推導出低水膠比粉煤灰混凝土碳化新方程。闡述了當粉煤灰摻量為15%時，低水膠比混凝土抗擴散能力最好;粉煤灰摻量為0到25%時，抗擴散能力優(yōu)于未摻粉煤灰的混凝土。

　　關鍵詞：混凝土;粉煤灰摻量;有效擴散系數(shù)

　　一般大氣環(huán)境下,影響混凝土結構耐久性的主要因素是混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕?；炷撂蓟俣扰c鋼筋銹蝕速率主要取決于氣體在混凝土中的傳輸速率。根據(jù)傳遞理論,物質由于濃度梯度作用引起的質量傳遞現(xiàn)象稱為擴散。 大氣中的二氧化碳侵入混凝土即是一種擴散現(xiàn)象,其傳輸速率常用擴散系數(shù)衡量,因此確定氣體在混凝土中的擴散系數(shù)對于預測碳化深度與鋼筋銹蝕速率極其重要。

　　隨著混凝土向高性能方向發(fā)展，粉煤灰等礦物摻和料作為混凝土的重要組成部分，廣泛的使用于工程結構中。因而摻粉煤灰混凝土的碳化問題一直是學術界研究的重點之一。如參考文獻[1-3]中提到的:Cengiz ,王培銘、秦鴻根等分別研究了摻粉煤灰，雙摻粉煤灰和礦渣混凝土以及摻粉煤灰高性能混凝土的碳化。但上述這些研究大多集中在粉煤灰少數(shù)幾個摻量上，特別忽視了低摻量粉煤灰混凝土，而不能形成一個粉煤灰摻量變化的完整系列;或者僅研究大摻量粉煤灰、較大水膠比情況下的碳化模型。因而，針對工程中大量使用的摻粉煤灰、低水膠比混凝土，通過實驗資料研究粉煤灰對其碳化的影響具有十分重要的意義。

　　但上述這些研究大多集中在粉煤灰少數(shù)兒個摻量上，特別忽視了低摻量粉煤灰混凝土，而不能形成一個粉煤灰摻量變化的完整系列，從而忽視了粉煤灰對混凝土抗碳化的正效應。因而，本文定量描述了粉煤灰摻量對混凝土碳化擴散系數(shù)的影響;建立多因素碳化壽命預測新方程。

　　1. 二氧化碳在混凝土中有效擴散系數(shù)的計算模型

　　1.1 De與粉煤灰摻量的關系

　　鑒于目前尚無理想的測試氣體擴散系數(shù)的方法,本文將根據(jù)碳化理論模型與現(xiàn)有碳化數(shù)據(jù)反推標準環(huán)境下(20℃、相對濕度為70 %) 二氧化碳在混凝土內的有效擴散系數(shù)De ,由此建立De與粉煤灰取代率之間的關系。

　　根據(jù)Fick第一擴散定律,混凝土碳化的理論模型為:

　　式中: x 為碳化深度(mm);C0為混凝土表面二氧化碳濃度(mol/m3 );t 為碳化時間(s);mo為單位體積混凝土吸收二氧化碳的能力(mol/m3)，按下式取值[4] :

　　mo=γHD*γc*8.03 (2)

　　式中: γHD 為水化程度修正系數(shù)，90天養(yǎng)護為1.0，28天養(yǎng)護為0.85;C 為單方混凝土水泥用量(kg/m3);γc為水泥品種修正系，硅酸鹽水泥為1.0，其它水泥 γc =1―摻合料含量,一般情況下取γc= 0.85。

　　文獻試驗研究了粉煤灰摻量對混凝土碳化深度的影響,本文對其試驗據(jù)進行y=方程曲線擬合,同時按照方程(1)求出碳化過程中CO2 的表觀擴散系數(shù)De。

　　對于低水膠比混凝土而言，CO2的表觀擴散系數(shù)Dco2與粉煤灰摻量有著很好的相關性。

　　當粉煤灰摻量為0< FA < 0.15< 時，表觀擴散系數(shù)Dco2隨著粉煤灰摻量的增加而降低，粉煤灰起到了積極作用，這主要得益于粉煤灰的微集料效應，粉煤灰由于密實填充作用及二次水化反應，可以提高混凝土密實程度，粉煤灰等量替代水泥后，與相同水灰比的空白混凝土相比，混凝土孔隙率明顯下降，特別是大孔孔隙率的降低幅度尤為顯著，因而低摻量粉煤灰能夠降低低水膠比混凝土中CO2的擴散系數(shù)。

　　當粉煤灰摻量為AF>0.15時，CO2的表觀擴散系數(shù)Dco2隨著粉煤灰摻量的增加而增加。這主要是由于隨粉煤灰摻量增加，粉煤灰的填充效應到一定量時將達到極限。隨著粉煤灰摻量繼續(xù)增加，混凝土漿體總孔隙率隨摻量增加而增加，其次可能是由于粉煤灰摻量增加，早齡期時混凝土中總的水化產(chǎn)物相對減少?；炷量偪紫堵式档椭饕捎诜勖夯业拿軐嵦畛渥饔?，但不能有效堵塞90%相對濕度下的失水通道。因而，隨著粉煤灰參量的增加，最終導致低水膠比混凝土中CO2的擴散系數(shù)增加。

　　當粉煤灰摻量為FA=15%，低水膠比混凝土抗擴散能力最好;粉煤灰摻量0

　　3. 結 論

　　1) 低水膠比粉煤灰混凝土的碳化經(jīng)時方程適合用Fick第一定律描述, 混凝土碳化深度與碳化時間的平方根成正比;混凝土的CO2擴散系數(shù)與粉煤灰摻量成二次函數(shù)關系, 當粉煤灰摻量為0< FA <0.15時，表觀擴散系數(shù)Dco2隨著粉煤灰摻量的增加而降低，當粉煤灰摻量為AF>0.15時，CO2的表觀擴散系數(shù)Dco2隨著粉煤灰摻量的增加而增加。

　　2)當粉煤灰摻量為15% A F = ， 低水膠比混凝土抗擴散能力最好;粉煤灰摻量

　　0

　　3)提出了以粉煤灰摻量為主要參數(shù),并考慮環(huán)境濕度、混凝土養(yǎng)護齡期等綜合影響的氣體有效擴散系數(shù)計算模型。

更多內容訪問>> 注冊土木工程師(巖土)考試頻道   注冊土木工程師(巖土)考試論壇

?2009年注冊土木工程師（巖土）考試輔導招生簡章
?2009年注冊巖土工程師考試時間為：9月19、20日
?巖土工程師輔導現(xiàn)在報名任意專業(yè)知識贈送專業(yè)知識習題班
?老師輔導每天24小時不限時間隨時反復學習……