混凝土内部孔溶液的pH值通常为12.5~13.5,在这种碱性环境中钢筋表面形成厚约2~6nm的钝化膜,起着保护钢筋的作用。混凝土的碳化,逐渐使其内部pH值降低,完全碳化混凝土的pH值约为8.5~9.0甚至更低,使混凝土中的钢筋脱钝化,易于产生锈蚀。铁锈的体积一般要增长2~4倍,造成钢筋截面膨胀,混凝土保护层开裂,构件承载能力降低,结构延性降低,进而导致混凝土结构破坏,因此碳化被认为是影响混凝土耐久性的主要因素之一。粉煤灰在水泥混凝土中大量应用,改善了混凝土的性能,节约水泥,有利于环保、节能,是混凝土可持续发展的必然趋势。但是,粉煤灰在发挥火山灰效应的同时,会消耗混凝土中的氢氧化钙,具有降低混凝土抗碳化能力和钢筋抗锈蚀能力的可能。因此,进一步研究进而提高粉煤灰混凝土的抗碳化能力,克服其在混凝土中应用的负面效果具有理论与实践意义。本论文通过净浆试件的加速碳化试验,分层测定碳化试件中碳酸盐的含量,绘制“碳酸盐含量—深度”曲线,较系统、深入的对粉煤灰水泥石的抗碳化性能及各影响因素进行了研究,主要得出以下结论:①碳化产物CaCO3主要以方解石为主。XRD分析和DSC分析均表明碳化产物几乎不含有文石和球霰石或含量较少;完全碳化区(即酚酞不显色区域)仍有少量Ca(OH)2晶体未被碳化,主要是因为这些晶体被C-S-H凝胶包裹,很难参与碳化反应;②水泥石的抗碳化性能随粉煤灰掺量的增加而变差。大掺量(50%和70%)粉煤灰水泥石的抗碳化性能很差,限制了其在实际工程中的应用;③大掺量粉煤灰水泥石的碳化程度随水胶比的增大而加重;④湿度越小,碳化程度越严重,尤其当湿度小于40%时,其完全碳化区长度和部分碳化区长度均有明显的增大。试验中并未产生相关文献[8,19,102]所述的:“湿度过低时(≤20%),碳化反应因缺水而受到限制的现象;湿度较大时(≥80%),虽然碳化反应很快,但由于气体向水泥石内部的扩散十分缓慢,使得部分碳化区长度较小”;⑤碳化前,水泥石在60℃下烘干24小时,使孔隙中水分蒸发,填充水甚少,加速碳化后,试件的碳化十分严重(碳酸盐含量较高),且出现了碳化不均匀现象,酚酞显色区域性不明显,即无明显的完全碳化区、碳化反应区(部分碳化区)和未碳化区之分,CaCO3含量曲线也没有明显的下降段;⑥水泥石的抗碳化性能与养护龄期之间无明显的规律性,似乎养护龄期增长对大掺量粉煤灰水泥石的抗碳化性能并无改善;⑦龄期为28天的试件,密封与饱和Ca(OH)2溶液两种养护制度下的碳化情况无明显差异,这可能是由于28天的龄期内,密封养护并未出现水化缺水现象,两种养护制度下水泥的水化程度基本相同,水泥石内部孔隙率及孔结构也未出现显著差异,因此CO2的扩散速度及碳化速度差异不大;⑧随着碳化时间的延续,碳化深度(即完全碳化区)不断增大,部分碳化区的长度也不断增大,且其可能与完全碳化区的长度存在一定的比例关系或某种特定关系,并可以利用模型公式加以计算,但其仍有待进一步深入研究;⑨高温养护和粉煤灰的磨细对大掺量粉煤灰水泥石的抗碳化性能有较好的改善效果;补足碱对大掺量粉煤灰水泥石抗碳化性能的改善作用不大,单掺NaOH时甚至出现抗碳化性能变差的现象。本论文中所采用的试验方法及装置为笔者及课题组成员共同设计发明,其有如下创新点:①采用净浆试件对水泥石碳化进行试验研究,消除了骨料对碳化及碳酸盐含量测定的影响;②自制了碳酸盐含量测定装置,由于自制装置控制措施较好,其精密性和精确性较相关文献[82-83]均佳;③对碳化试件由表及里逐层做碳酸盐含量测定,并绘制“CaCO3含量-深度”曲线,以此来研究水泥石碳化情况,该方法能清晰的反映出水泥石碳化情况,区分出完全碳化区和碳化反应区并能测量其长度;④用密封袋做CO2气体的容器,用过饱和盐溶液控制袋内湿度,用温湿度计监控湿度、温度变化,自制水泥石加速碳化装置;该装置的特点是:1) CO2浓度高;2)装置操作简单,便于控制。