摘要：通过抗压强度、碳化深度、扫描电镜等试验，明确养护温度等多因素对CO2碳化水泥土抗压强度的影响及反应机制。结果表明：碳化试样抗压强度随着碳化后养护时间的增加而增大；碳化试样强度随着养护温度的升高而，过高环境湿度会阻碍CO2扩散。扫描电镜试验结果证实：C-S-H凝胶和CaCO3晶体的生成是CO2碳化水泥固化土力学性能和孔隙结构改良的本质原因。 关键词：碳化；抗压强度；湿度；温度
1 引言
随着水广泛使用，其能源消耗高、CO2排放量大的缺点被人熟知。研究指出[1]，2000年全球CO2排放量的3.4%，2006年全球CO2排放量的5%，工业CO2排放量的18%来自水泥工业。研发绿低碳固化材料及技术替代传统水泥基材料，具有重大的环境效益和社会效益。
水泥碳化反应，即环境空气中CO2与水泥中成分和水泥水化后成分发生反应的过程[2]。将水泥水化反应和碳化养护技术相结合，可实现CO2永久稳定封存，并达到土体强度快速增强、
耐久性稳步提升，具备在地基土等工程实践中应用的前景。Rostami等[3]使用碳酸化、蒸汽和常规水合处理混凝土后进行硫酸盐侵蚀试验，发现碳酸化混凝土显示出最优异的抗硫酸盐性能。Goto等[4]发现C3S和γ-C2S发生CO2碳酸化反应情况下，方解石是优选的多晶型物，对于β-C2S，文石是CaCO3的丰富多晶型物。综上所述，将CO2碳化与水泥相结合引入地基土加固领域，尤其CO石墨密封圈2碳化-水泥联合加固土的影响因素和微观机制还需探索。
通过无侧限抗压强度、碳化深度酚酞、扫描电镜等试验，分析养护温度、环境湿度等因素对CO2碳化水泥固化土抗压强度和碳化深度的影响及机理。研究成果可为CO2碳化-水泥联合加固地基技术的发展与推广应用提供参考价值。
2 试验材料与方法
2.1 试验材料
通过激光粒度仪对试验用土进行激光粒度分析，发现粘粒组占5.3%、粉粒组占90.9%、砂粒组占3.8%，比表面积为1.28 m2/g。该土体的最优含水率为18.7%，最大干密度为1.657 g/cm3，液限为30.5%，塑限为19.1%，塑性指数为11.4。
固化材料为市售强度等级42.5的硅酸盐水泥，CaO含量45.%、MgO含量6.5%、SiO2含量24.6%、Al2O3含量6.5%。试验用砂为中国IOS标准砂（中级砂），粒度范围为0.5-1 mm。
2.2 试验方法
本研究试验方案，见表3。将试验用土、水泥、标准砂和水分，按试验方案混合均匀后制样。C-3h指碳化3 h试样，C-1d指碳化1d试样，C-2d指碳化2d试样，C-3d指碳化3d试样。
表3 试验方案
影响因素 | 材料编号 | 掺砂量（%） | 碳化前养护时间（h） | 手机镀膜机碳化后养护时间（h） | 环境温度（℃）变形缝钢筋 | 环境湿度（%） |
环境温度 | 非法请求C-3h、C-1d | 0 | 0 | 0 | 15、20、25、30 | 70 |
环境湿度 | C-3h、C-1d、C-2d、C-3d | 0 | 0 | 0 | 20 | 70、99 |
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采用的碳化深度测量方法，为酚酞试剂测定法。将碳化后试样从部径向切断，然后快速喷洒酚酞试剂，待其变后测其到试样外表面距离，求其平均值为试样碳化深度。利用量程50 kN、精度1 N的WDW-50型电子万能试验机，对圆柱试样进行无侧限抗压强度测定。每组试样选取3个平行试样计算抗压强度平均值，作为抗压强度的实测值。
选取抗压强度试验破坏后试样破坏块体内部的较大碎块，制成约10 mm×10 mm×2 mm且具有自然断面的待测块样。对于完成金属膜覆膜试块，使用场发射扫描电子显微镜进行测试，观测不同放大倍数时碳化固化试块断面的微观形貌和孔隙结构。
3 试验结果与分析
3.1 环境温度对碳化试样影响
由酚酞试验得到的水泥固化土碳化试样的碳化深度随环境温度的变化过程，见图1。水泥固化土试样碳化后的碳化深度随环境温度的增加而持续增加。试样所处环境养护温度越高，CO2分子活性越高、运移能力越强，即高温养护更有利于CO2气体在水泥固化土试样内部扩散，碳化反应速率也会随环境温度增高而有所增强，导致碳化试样碳化深度随环境温度增加呈明显增加的现象。
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图1 不同环境温度下试样碳化深度
不同环境温度下，水泥固化土碳化试样抗压强度变化过程，见图2。在不同环境温度下进行CO2碳化养护，碳化后试样抗压强度比标准养护试样抗压强度更高。碳化养护3 h、养护温度15℃时，试样抗压强度增长2.23倍，随着环境温度增加，试样抗压强度增长比随之增加；温度30℃时，试样抗压强度最高能够增长2.83倍。随着碳化时间增加，碳化固化试样抗压强度有较大幅度增加。热转印墨水配方
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