混凝土的碳化

1、混凝土的碳化前言在混凝土建筑工程中，混凝土必須是耐久性的(混凝土耐久性是指混凝土在所使用的環(huán)境中保持長(zhǎng)期性能穩(wěn)定的能力)。如耐久性能不足，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)物不同程度的損壞，一旦被損壞，所作修復(fù)工作投入的人力、物力往往是很大的；如耐久性能不足，甚至整個(gè)工程就會(huì)完全遭到破壞，給國(guó)家造成重大損失。因此提高混凝土的耐久性、對(duì)延長(zhǎng)混凝土建筑物的使用年限，節(jié)約國(guó)家對(duì)建筑的投資，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。影響混凝土耐久性的因素是多方面的，而其中重要因素之一就是混凝土的碳化。混凝土碳化，會(huì)引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致其體積膨脹，使混凝土保護(hù)層開(kāi)裂，直至使混凝土剝落，嚴(yán)重的影響了混凝土建筑物的耐久性。因此必須采取相

2、應(yīng)措施，防止混凝土的碳化或降低碳化速度。1 .定義混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕。空氣中CO2氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過(guò)程稱(chēng)為混凝土碳化，又稱(chēng)作中性化。2 .原理混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕?？諝庵蠧O2氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過(guò)程稱(chēng)為混凝土碳化，又稱(chēng)作中性化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。水泥在水化過(guò)程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿(mǎn)了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe203和Fe3O4,稱(chēng)

3、為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開(kāi)始生銹。可見(jiàn)，混凝土碳化作用一般不會(huì)直接引起其性能的劣化，對(duì)于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對(duì)于鋼筋混凝土來(lái)說(shuō)，碳化會(huì)使混凝土的堿度降低，同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。3 .影響因素影響混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影響較大的是水泥品種，因不同的水泥中所含硅酸鈣和鋁酸鈣鹽基性高低不同，水泥品種是影響混凝土碳化的主要因素。礦渣水泥和粉煤灰水泥中的摻合料含有活性氧化硅和活性氧化鋁，它們和氫氧化鈣結(jié)合形成具有膠凝

4、性的活性物質(zhì)，降低了堿度，因而加速了混凝土表面形成碳酸鈣的過(guò)程，固而碳化速度較快。普通水泥碳化速度慢；其次，影響混凝土碳化主要還與周?chē)橘|(zhì)中CO2的濃度高低及濕度大小有關(guān)，在干燥和飽和水條件下，碳化反應(yīng)幾乎終止，所以這是除水泥品種影響因素以外的一個(gè)非常重要的原因；再次，在滲透水經(jīng)過(guò)的混凝土?xí)r，石灰的溶出速度還將決定于水中是否存在影響Ca(OH)2溶解度的物質(zhì)，如水中含有Na2SO4及少量Mg2+時(shí)，石灰的溶解度就會(huì)增加，如水中含有Ca(HCO3)2的Mg(HCO3)2對(duì)抵抗溶出侵蝕則十分有利。因?yàn)樗鼈冊(cè)诨炷帘砻嫘纬梢环N碳化保護(hù)層；另外，混凝土的滲透系數(shù)、透水量、混凝土的過(guò)度振搗、混凝土附近水

5、的更新速度、水流速度、結(jié)構(gòu)尺寸、水壓力及養(yǎng)護(hù)方法與混凝土的碳化都有密切的關(guān)系。另外影響混凝土碳化的因素還有如下幾點(diǎn)：粗、細(xì)骨料。若使用的是江砂，細(xì)骨料及粉料過(guò)多，則碳化速度加快。水灰比。水灰比小的混凝土由于水泥漿的組織密實(shí)，透氣性小，碳化速度較慢。外加劑。混凝土外加劑的種類(lèi)較多，但不可使用含有氯化物的外加劑，因?yàn)槁然飼?huì)加劇鋼筋的腐蝕。澆筑和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量?；炷翝仓r(shí)，振搗不密實(shí)、養(yǎng)護(hù)方法空氣、侵蝕性化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入混不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足會(huì)造成混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大，使水、凝土內(nèi)部，加速混凝土的碳化和鋼筋腐蝕。4 .檢測(cè)方法隆碎表面鑿個(gè)小洞，深1cm左右；工用洗耳球或小皮老虎吹掉灰塵碎屑；m.在鑿開(kāi)的碎

6、表面滴或者噴1%的酚酗:酒精溶液；W.用游標(biāo)卡尺或碳化深度深度測(cè)定儀測(cè)定沒(méi)有變色的碎的深度。注意：碳化深度值測(cè)量行標(biāo)(JGJ/T23-2001):采用適當(dāng)工具在測(cè)區(qū)表面形成直徑約15mm的孔洞，其深度應(yīng)大于混凝土的碳化深度。孔洞中的粉末和碎屑應(yīng)除凈，并不得用水擦洗。同時(shí)，應(yīng)采用濃度為1%的酚酬:酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁邊緣處，當(dāng)已碳化與未碳化界線清楚時(shí)，再用深度測(cè)量工具測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離，測(cè)量不應(yīng)少于3次，取其平均值。每次讀數(shù)精確至0.5mm。5 .危害鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用壽命期間可能遇到的最危險(xiǎn)傾入介質(zhì)就是氯離子。它對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的危害是多方面的。正常情況下，鋼筋

7、混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的孔隙中存在著堿性溶液，鋼筋在這種堿性介質(zhì)條件下，生成一層厚度很薄的氧化膜，氧化膜牢固吸附在鋼筋的表面上，保護(hù)鋼筋不發(fā)生銹蝕。可是碳化會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層厚度時(shí)，鋼筋就會(huì)開(kāi)始銹蝕。這是因?yàn)樘蓟档土嘶炷恋膲A性，并增加混凝土孔溶液中氯離子的含量。經(jīng)研究表明，對(duì)于混凝土中的鋼筋，當(dāng)周?chē)h(huán)境中的pH值大于11.5時(shí)，鋼筋處于完全鈍化狀態(tài)，銹蝕不會(huì)發(fā)生；pH值小于910時(shí)，鋼筋完全脫鈍，銹蝕速度不受pH值影響；而當(dāng)pH值小于4時(shí)，鋼筋銹蝕速度急劇增加，造成混凝土的強(qiáng)度降低并引起構(gòu)件力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)承載力降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)早退出獨(dú)、服役期，帶來(lái)不

8、可估量的經(jīng)濟(jì)損失甚至還可能造成人員傷亡。混凝土碳化作用一般不會(huì)直接引起其性能的劣化，對(duì)于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果。水泥在水化過(guò)程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿(mǎn)了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4,稱(chēng)為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開(kāi)始生銹。同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。當(dāng)鋼筋銹蝕后，銹蝕產(chǎn)生的體積比原來(lái)膨脹24

9、倍，從而對(duì)周?chē)炷廉a(chǎn)生膨脹應(yīng)力，銹蝕越嚴(yán)重，鐵銹越多，膨脹力越大，最后導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂形成順筋裂縫。裂縫的產(chǎn)生使水和CO2得以順利的進(jìn)入混凝土內(nèi)，從而又加速了碳化和鋼筋的銹蝕。6 .防治措施提高混凝土的抗?jié)B性。由以上所知，混凝土的碳化與其抗?jié)B性有直接關(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，混凝土的抗?jié)B性能越好，則混凝土的碳化速度越慢。因此為防止混凝土的碳化，必須提高混凝土的抗?jié)B性。其方法有：(1)降低水灰比。影響混凝土碳化速度的主要因素是水灰比。水灰比小的混凝土水泥漿的組織密實(shí)，透氣性小，既有較好的抗?jié)B性，因而碳化速度慢。所以在拌制混凝土?xí)r，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實(shí)度，提

10、高混凝土的抗?jié)B性。為此，可摻引氣型的高效減水劑，一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定、互不連通的微小氣泡，阻止了CO2的滲透，另一方面也大大減少了混凝土的用水量，增加了混凝土的密實(shí)度，提高了抗?jié)B性；(2)選擇合適的材料。應(yīng)選用顆粒細(xì)、水化熱低的水泥。因?yàn)樵郊?xì)，凝結(jié)越快，泌水越少，抗?jié)B性能越好。水泥標(biāo)號(hào)一般不低于425#;細(xì)骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質(zhì)地堅(jiān)硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂,5-30mm為含泥量3%,并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑宜，最大粒徑不超過(guò)40mm、含泥量1%,要求組織細(xì)密、顆粒整齊、質(zhì)地堅(jiān)硬，另外級(jí)配要優(yōu)良，以改善混凝土的和易性，增加密實(shí)度，提高抗

11、滲性。（3）加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。如混凝土早期養(yǎng)護(hù)不好，水泥得不到正常水化，一是會(huì)降低混凝土的密實(shí)度，二是極易產(chǎn)生裂縫繼而影響抗?jié)B性。據(jù)有關(guān)資料記載：水灰比0.6的礦渣水泥混凝土，濕養(yǎng)3d比濕養(yǎng)7d者碳化加快50%。所以一定要加強(qiáng)混凝土的早期濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不得少于14d,以保證水泥正常水化，增加密實(shí)度，提高抗?jié)B性。（4）防止裂縫。由于各種原因容易使混凝土產(chǎn)生裂縫。混凝土建筑物中常見(jiàn)的裂縫有：干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等。防止干縮裂縫、塑性裂縫、收縮裂縫、沉降裂縫采取的措施有：除以上提到的（1）-3）項(xiàng)外，混凝土攪拌時(shí)間要適當(dāng)，澆筑時(shí)下料不要太快，防止堆積，振搗要密實(shí)，但避免過(guò)振，一般振

12、搗時(shí)間為每次10T5s,混凝土初凝前要抹平，終凝前要壓光，壓光后要及時(shí)用濕草簾苫蓋或噴涂養(yǎng)護(hù)劑認(rèn)真養(yǎng)護(hù)。夏天氣溫高，要及時(shí)噴水養(yǎng)護(hù)，使其保持濕潤(rùn)；防止溫度裂縫的措施有：施工時(shí)，首先要考慮礦渣水泥、粉煤灰水泥，對(duì)于大體積混凝土要用中熱或低熱水泥，同時(shí)在保證強(qiáng)度指標(biāo)的情況下加入一定量的活性摻合料（如粉煤灰、礦渣微粉等）。在一定范圍內(nèi)，活性摻合料對(duì)水泥的代用量越多，降低混凝土溫升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實(shí)際承載力和工期長(zhǎng)等情況，和設(shè)計(jì)單位協(xié)商，用56d、90d的抗壓強(qiáng)度代替28d的抗壓強(qiáng)度做為設(shè)計(jì)強(qiáng)度。如充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，可使每方混凝土少用水泥約50kg,則混

13、凝土溫度可降低約5C,可減少混凝土溫度裂縫。再就是在大體積混凝土里加入緩凝、引氣型的減水劑，以改善其和易性、流動(dòng)性、粘聚性、保水性。通過(guò)分散和減水作用，可降低用水量，增加混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度，同時(shí)還降低水化熱，推遲溫峰出現(xiàn)的時(shí)間，因而減少溫度裂縫，亦提高混凝土抗?jié)B性。要用生成Ca(OH)2多的水泥。由于水泥品種、摻合料品種及其摻量的不同，水泥水化時(shí)生成的堿性物質(zhì)Ca(OH)2含量都有所不同，故對(duì)混凝土的碳化速度也有一定的影響，生成Ca(OH)2多的水泥，其混凝土碳化速度慢。所以施工時(shí)要選擇生成Ca(OH)2多的水泥，以減慢混凝土的碳化速度。如：使用普通硅酸鹽水泥澆筑的混凝土要比使用早強(qiáng)硅酸鹽水

14、泥澆筑的混凝土碳化速度稍快些。而使用加摻合料的水泥澆筑的混凝土則比使用普通硅酸鹽水泥澆筑的混凝土碳化速度要快些。因?yàn)槭炝虾慷唷胶狭仙俚乃?，通常堿性較高，碳化速度慢。摻粉煤灰、煤肝石者一般比摻等量礦渣的水泥碳化快，高鋁水泥在水化過(guò)程中不生成氫氧化鈣，所以混凝土不顯堿性，易于碳化。各種水泥混凝土的碳化速度參見(jiàn)碳化速度比率R表。適當(dāng)增加鋼筋混凝土保護(hù)層的厚度，以延緩二氧化碳等到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間。表面涂刷防滲層。為防止?jié)B透在混凝土結(jié)構(gòu)表面涂刷抗?jié)B性和耐久性好的有機(jī)防滲層材料，在一定程度上可以阻滯空氣的滲透而減慢混凝土的碳化。在混凝土里摻阻銹劑，這樣也可以防止由于混凝土的碳化而引起的鋼筋銹蝕?；炷撂蓟姆从撑c混凝土澆注完畢后的養(yǎng)護(hù)工作有一定的關(guān)系，只要混凝土養(yǎng)護(hù)及時(shí)到位就可以減低混凝土炭化深度，一般養(yǎng)護(hù)是保持混凝土表面濕潤(rùn)7-14天就可以了。7 .處理方式對(duì)于混凝土碳化的程度不同、部位不同，處理方法也不同。對(duì)碳化深度過(guò)大，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，危機(jī)結(jié)構(gòu)安全的構(gòu)建應(yīng)該進(jìn)