混凝土碳化精講課件

第二章混凝土碳化高小建博士副教授1）水泥水化反應(yīng)：C3SC2SC3A知識回顧知識回顧2）水化產(chǎn)物組成：混凝土中高堿性環(huán)境(pH值大于12.5)，有效防止鋼筋銹蝕。

基本概念

混凝土中性化：當(dāng)空氣、土壤、地下水等環(huán)境中的酸性氣體或液體侵入混凝土中，與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土中的pH值降低的過程；

混凝土碳化：由大氣環(huán)境中的CO2引起的中性化過程，最普遍的混凝土中性化過程。本章內(nèi)容混凝土碳化機(jī)理

混凝土碳化的影響因素

混凝土碳化深度的檢測與預(yù)測方法混凝土快速碳化試驗(yàn)

部分碳化區(qū)及其對鋼筋銹蝕的影響

碳化對混凝土強(qiáng)度與鋼筋銹蝕的影響

碳化混凝土的再堿化技術(shù)2.1混凝土碳化機(jī)理Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O(氫氧化鈣)3CaO?SiO2?3H2O+CO2

→

3CaCO3+2SiO2+3H2O(水化硅酸鈣)3CaO?Al2O3?3CaSO4?32H2O+3CO2

3CaCO3+2Al(OH)3+3CaSO4

?H2O+23H2O(鈣礬石)大氣中的CO2通過孔隙向混凝上內(nèi)部擴(kuò)散并在孔隙水中溶解，固態(tài)Ca(OH)2在孔隙水中溶解并向其濃度低的區(qū)域(已碳化區(qū)域)擴(kuò)散；溶解在孔隙水中的CO2與Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO3；同時，CSH、AFt等水化物也在固液界面發(fā)生碳化反應(yīng)：液相反應(yīng)，一定濕度條件下發(fā)生。水泥石結(jié)構(gòu)形成過程完全干燥或完全飽水的混凝土幾乎不發(fā)生碳化作用。混凝葛土碳散化的甘結(jié)果使混危凝土船產(chǎn)生口體積敗收縮混凝鐘土孔齊隙率儀降低予、密某實(shí)度葵提高CO2鋼筋表面脫鈍、生銹＊混痰凝土樂中pH值降緊低＜9，導(dǎo)鉗致鋼峰筋脫可鈍而窗銹蝕蘋。2.康2混凝淡土碳滿化的帶影響悠因素1)材料缺因素水灰浴比：性決定CO2有效備擴(kuò)散痕系數(shù)挎及混獎凝土宋碳化禽速度景的主伯要因后素之繪一；識水灰些比增信加，償混凝譜土的手碳化護(hù)速度遮加快綿。水泥離品種伙與用默量:Ａ)硅酸催鹽水爺泥≤仙普通直硅酸途鹽水浩泥≤帥粉煤士灰水泰泥、犧火山膀灰水們泥和葵礦渣攝水泥普；B)水泥翼用量踩越大抱，混例凝土忙碳化膛速度濕越慢朵。骨料緒粒徑伙與級失配:連續(xù)給級配蠶、顆清粒粒鏟徑小務(wù)的骨和料，進(jìn)使混憤凝土云碳化難速率序減緩餐。外加邁劑:摻減礦水劑晚、引恭氣劑惠均能視有效這降低角混凝五土碳喂化速休度向。養(yǎng)護(hù)粉方法蜓與齡礦期:保濕巧養(yǎng)護(hù)飾齡期縫越長脈，混姥凝土苦碳化范速率半越慢棄?；炷ㄍ翉?qiáng)倚度:混凝盯土強(qiáng)樣度越捐高，朗其碳餃化速優(yōu)度越饒??；路但試裝驗(yàn)結(jié)休果離拉散較蛾大，香主要景是由姓于強(qiáng)輝度難毫以反內(nèi)映水檔泥用勞量等芳對碳罰化速蘋率的弊影響寧。施工廣質(zhì)量鞏：密出實(shí)性走差及稻存在竊蜂窩租、麻驗(yàn)頂、叫漏漿庭、裂依縫等趨缺陷殼部位占的碳喜化深資度比虧振搗械密實(shí)洲、表態(tài)面無挑缺陷牛部位阻大得弦多。2)環(huán)境盞因素溫、弟濕度:溫度砍升高北可促甘進(jìn)混渴凝土薪碳化鑒速度殖；相豈對濕態(tài)度為50％~7瓣0％的僑中等溉濕度音環(huán)境妥下，預(yù)混凝乏土碳那化速碎度最量快。CO2濃度:碳化忙速度亂與空敘氣中CO2濃度傻的平捏方根叛近似辛成正騙比關(guān)掩系。表面博覆蓋軋層:含可扒碳化僵物質(zhì)您的覆誤蓋層(水泥揚(yáng)砂漿)，主煉要通樹過消蕩耗其塘中可恩碳化易物質(zhì)僅以延聲緩CO2侵入辮混凝呢土速謝率；不含輛可碳棟化物鞭質(zhì)覆壤蓋層騰（瀝恭青、忠涂料熱、瓷伙磚等碼），恩因其低結(jié)構(gòu)玩致密席，能飄封堵禁混凝宋土表聚面部君分開蕉口孔稅隙，險(xiǎn)從而滾延緩寶碳化垂速度舅。受力睬狀態(tài):壓應(yīng)忠力不拍超過0.差7fc(fc為混囑凝土縫的抗肯壓強(qiáng)廁度)時，紐奉壓應(yīng)泄力對遼碳化擺起延宇緩作蠶用；生壓應(yīng)姑力超尾過0.側(cè)7fc時會每使碳擱化速袍度加脊快；掙拉應(yīng)勉力不肅超過0.覽3ft(ft為混淺凝土金的抗釘拉強(qiáng)班度)時，貍應(yīng)力某作用樸不明銳顯；閃當(dāng)拉朵應(yīng)力超過0.肯3ft時，史應(yīng)力薯越大臣，碳誦化速牲率越羨快。材料因素水灰比降低水灰比＋＋水泥品種與用量硅酸鹽水泥、充足水泥用量＋＋骨料粒徑與級配小粒徑、級配良好＋外加劑減水劑、引氣劑＋養(yǎng)護(hù)方法與齡期早期濕養(yǎng)，延長養(yǎng)護(hù)時間＋＋混凝土強(qiáng)度提高強(qiáng)度＋施工質(zhì)量充分振搗，填充密實(shí)＋＋環(huán)境因素溫、濕度中等濕度、高溫度－－CO2濃度增加濃度－－表面覆蓋層致密、足夠厚＋受力狀態(tài)高應(yīng)力作用－－各因屑素對大混凝崖土碳零化的談影響2.別3混凝區(qū)土碳賓化深再度檢塔測與討預(yù)測糟方法1)檢測瀉方法X射線爬法:通過X射線參衍射核儀，直寬接測村量出嘩混凝脫土中餐不同末深度府處水意泥石它所含氫氧撈化鈣創(chuàng)與碳巾酸鈣泄晶體岔的含撈量，虛判斷凡出混瞇凝土蠶受碳被化情劉況?？蓜磐瑫r源測得完全朽碳化取與部炕分碳路化深衰度，適鍵用于垂實(shí)驗(yàn)俗室精確袖測量。C:鏟2烈9.圣4oCH憐:云17裝.9o化學(xué)疤試劑丸法:利用禁不同黃化學(xué)替試劑庭在不使同pH值環(huán)奶境下炊的顏戒色變矩化，棗測出役混凝適土碳榜化深架度。秩常用1%濃度編的酚染酞酒更精溶果液，般以pH＝9為界躬線，吼已碳終化區(qū)濱呈無維色，階未碳準(zhǔn)化區(qū)強(qiáng)呈粉鏟紅色耍。另有臭一種清彩虹稻指示環(huán)劑(R村ai拌nb寒ow也i育nd話ic茂at英or巧)，根能據(jù)反派應(yīng)的肥顏色寸判別胃不同藏的pH值(5扶~1狗3)，可廣測試宗完全搏碳化壟和部魄分碳葉化的蠟深度毫。理論穩(wěn)模型阿列悄克謝鋸耶夫脆模型劈燕：控制奇碳化紫速度勝的是CO2在混詢凝土杠孔隙霉中的紹擴(kuò)散止過程淺，基呆于Fi鍋ck第一菊定律減及CO2在多雙孔介拔質(zhì)中倦擴(kuò)散義和吸粒收特諒征。式中遠(yuǎn)：x一碳隙化深計(jì)度；α一碳符化速撕度系綿數(shù)；t一碳識化時頑間；C0一環(huán)境餅中CO2的濃私度；De一CO2在混萬凝土罷中的竹有效龍擴(kuò)散揉系數(shù)曬；m0一單線位體且積混想凝土諸對CO2的吸儉收量蠟。該模顏型形想式簡欣單，急與實(shí)豎際試恰驗(yàn)結(jié)聰果接異近，籃被大撥多數(shù)慘學(xué)者場接受釘引用對；該模差型中De與m0兩個棄參數(shù)暫定義梢較模洗糊，交參數(shù)換如何輔計(jì)算窗尚未蟲交代蘿清楚;不適紋用于川較低奧濕度嬸環(huán)境膨下混繡凝土望碳化并。2)混凝洽土碳斗化深涌度預(yù)贈測模涼型理論僚模型頃與經(jīng)杯驗(yàn)?zāi)：蛢勺铑悾禾蓟荷疃惹倥c碳雕化時卻間的第平方莖根成砍正比杠。Pa絕pa窩da樓ki除s模型:根據(jù)CO2及各狗可碳轉(zhuǎn)化物限質(zhì)Ca河(O列H)2、CS昂H、C3S、C2S在碳管化過形程中奔的質(zhì)最量平航衡條臟件，塘建立疤偏微掌分方繳程組食求解績而得席．各參扭數(shù)都廁有明賞確的匙定義欄和量城綱，醫(yī)相關(guān)錘文獻(xiàn)勿中給嘴出計(jì)程算方買法；僅適勢用于婦普通藝硅酸株鹽水儲泥混揮凝土樂，對叫于其統(tǒng)它水患泥需每要修僑正；在較紡低濕勝度環(huán)絲式境下攏計(jì)算揀值與卡試驗(yàn)綠結(jié)果牧相差命較大釀。式中：x一碳化深度；t一碳化時間；[CO2]0一環(huán)境中CO2的濃度；Dce一CO2擴(kuò)散系數(shù)，

(B休)經(jīng)驗(yàn)憤模型怒：多參把數(shù)模選型：呆如中革國建漲筑科呀學(xué)研盛究院可龔洛菊書。α—混凝挑土碳闊化速卵度系冬數(shù)，為普通團(tuán)混凝瓦土、因輕集此料混償凝土編不同娘；k1、k2、k3、k4、k5、k6–-喂-分別乞表示迎水泥古品種默、水慌泥用支量、嶄水灰告比、朝粉煤日灰取橋代量略、骨麻料品番種、凳養(yǎng)護(hù)午方法您等因約素影胖響系悅數(shù)?；诨⑺宜妆鹊闹谓?jīng)驗(yàn)辣模型紛：如柱山東扔建筑杏科學(xué)亂研究痰院朱任安民扯。γ1、γ2、γ３—分別擠表明混凝者土水拌泥品個種、定粉煤覽灰取偶代量芽和氣重候條天件影通響系創(chuàng)數(shù)?；诜箟簭N強(qiáng)度濾的經(jīng)狡驗(yàn)?zāi)Ｕ埿停喝绮ㄖ袊罱ㄖ淇茖W(xué)保研究域院邸多小壇驢。α1、α2、α3—分別課為混凝匪土養(yǎng)寬護(hù)條銹件、狡水泥厭品種符、環(huán)飲境條做件修林正系方數(shù)。(C萍)基于厚擴(kuò)散鏡理論冊與試姑驗(yàn)的亦碳化仁模型菠：上送海同繭濟(jì)大圓學(xué)張澤譽(yù)。C0x各碳斜化模洞型計(jì)念算比勿較某混往凝土無工程它使用嬸已44年，帝根據(jù)東統(tǒng)計(jì)康資料黃：周影圍環(huán)頌境CO2濃度淘約0.勿25％，節(jié)平均伏溫度16裂.3氏℃，相價對濕陷度79胃%；混屋凝土恰強(qiáng)度矩等級辣為C1底5，采喝用32直.5普通疤硅酸溝鹽水斗泥，裳水泥腹用量界為40故0k彈g/怖m(xù)3，水悅灰比跨為0.肆55；該制結(jié)構(gòu)御為現(xiàn)騎澆結(jié)愛構(gòu)，柜自然理養(yǎng)護(hù)毒，經(jīng)狂測試衣混凝發(fā)土平炊均碳霉化深甜度值您為20康.7燦mm。d)應(yīng)優(yōu)匆先考踢慮多系共數(shù)碳巡壽化模劑型、抗稍壓強(qiáng)診度模附型，來其次澇考慮包基于擺理論廟與試攜驗(yàn)的熱碳化遍模型火及基北于水蹤蝶灰比飄的碳災(zāi)化模瞧型。2.倍4混凝火土快巾速碳播化試言驗(yàn)通過礦實(shí)驗(yàn)所室快舌速碳?；囋~驗(yàn)，獻(xiàn)確定雅碳化改速度套方程株，以晝此為捉混凝只土結(jié)播構(gòu)耐越久性櫻分析程提供爸依據(jù)換。1)試驗(yàn)該方法時：《普通勤混凝帖土長潛期性飯能和鐮耐久辱性能航試驗(yàn)織方法》(啞GB高-T幣50群08品2-棕20吊09凡)高壓命或高出濃度快速饒?jiān)囼?yàn)常壓裝、低再濃度快速創(chuàng)試驗(yàn)試件獎：10遮0×幅10準(zhǔn)0×門40跟0m禿m棱柱薄體，爐標(biāo)準(zhǔn)忙養(yǎng)護(hù)28天；預(yù)處封理：溫度60朱℃烘干48險(xiǎn)h，除姻成型猛時兩窗側(cè)面軋，其扎余各斬面用殿石蠟鈔密封釘；碳化羨條件萬：溫度20紐奉±5善℃，相勝對濕餃度70柏±5波%，二宰氧化侍碳濃淚度20嘆±3騙%；碳化男深度抱測試碌：3、7、14、28讀d混凝枕土試劣件劈是裂，介用1%濃度朵的酚醋酞乙仿醇溶糠液噴萍于斷戚裂面迫，每泳邊測滋量多教點(diǎn)距偵離，鋪取平膝均值烏即為察碳化顧深度溫值?；炷撂蓟浠炷翑嗔衙鎳姺犹芤?)主要前設(shè)備償與測險(xiǎn)試過軋程：混凝土試件碳化深度測量3)快速吸碳化鋼與自預(yù)然碳燦化間飯關(guān)系菠：快速剛碳化巷與自域然碳蜜化的勾主要箭區(qū)別竄在于挽二氧憲化碳義的濃奮度不去同，竄由此埋可得撲：阿列克謝耶夫模型式中貓：xz、xk一分塞別為藥混凝世土自灑然碳極化、夕快速能碳化另深度鏟；tz、tk一分別瘋為混致凝土首自然暢碳化匪、快裙速碳時化時間住；Cz、Ｃk一分誼別為厘混凝夠土自優(yōu)然碳渴化、軟快速收碳化環(huán)境奧中CO2的濃習(xí)度。保護(hù)層厚度/mm202020實(shí)驗(yàn)28d碳化深度/mm4810碳化到鋼筋表面時間/年12832202.逝5部分嚷碳化皇區(qū)及糞其對茅鋼筋圓銹蝕金的影絞響問題擦提出：19粉94年，怎英國憐學(xué)者Pa澤rr負(fù)ot灶t試驗(yàn)傅發(fā)現(xiàn)騎：當(dāng)絨用酚即酞試淺劑測拌定的碳化轉(zhuǎn)深度輸發(fā)展融到距席離鋼漆筋表奇面一去定深詳度而揪并未迷到達(dá)弊鋼筋穿表面鋼時，扁鋼筋食便開河始銹愧蝕，而且誕隨著秒碳化遣深度留的增景加，悄鋼筋蟲誘蝕渴速度翻加快傍，直駕到碳抹化深芬度發(fā)扯展到過超過阿鋼筋申位置躬某個舌長度史時，援銹蝕厲速度糕才穩(wěn)號定下部來？鋼筋濱銹蝕替的速糟度在PH＝9~箱11魂.5的區(qū)容段內(nèi)摸隨pH值下愛降而任增大遼，pH值在9以下犬時銹串蝕速為度保曉持穩(wěn)爛定不聰變．pH值在11拿.5以上哥時鋼雖筋處下于鈍潛化狀各態(tài)；受碳喝化混遙凝土挺試件賊中，pH值由攏外到怖內(nèi)是躬逐漸午升高標(biāo)的，蠢特別擇是當(dāng)鏡環(huán)境街濕度敏較低憶時更渣加明尿顯。問題神答案：混凝遲土碳壞化過綠程中部分判碳化辟區(qū)的臂存在是鋼皮筋銹江蝕速突度隨緒碳化雀深度頓加深映而增燃大的甚根本喘原因鏈。理論耽上：詠未碳軟化混獲凝土安的pH伸≥1蚊2.輪5，完才全碳方化的爬混凝墊土pH＝7，部可分碳者化區(qū)遲混凝糾土7＜pH＜12蘋.5。應(yīng)用姻上：彼當(dāng)pH＞11挺.5時鋼鍛筋處獎于鈍置化狀摩態(tài)，阻當(dāng)pH＜9時銹漲蝕速鹿度不戚再受pH值的寒影響昏；因矩此通世常認(rèn)無為9＜pH＜11鐘.5的混棒凝土伏處于查部分惰碳化貞區(qū)。1)部分匯碳化狼區(qū)的貌界定架范圍膏：碳化混凝土中物質(zhì)分布情況示意圖2)部分疲碳化孝區(qū)形唱成原巨因：ＶdＶRCO2混凝土Ｖd≤VR時，沾進(jìn)入洋混凝煮土中更的CO2很快食與最注外層稼混凝月土發(fā)詢生碳秒化反服應(yīng)，偉混凝鑰土主且要分證為碳削化區(qū)導(dǎo)和未桃碳化善區(qū)兩款部分鞠；Ｖd＞VR時，進(jìn)辛入混熱凝土把中的CO2不能喘及時懼被最劑外層似混凝旁土消囑耗，夜而進(jìn)餡入更繭深層在混凝晝土，紙從而嘩形成螞從內(nèi)旬而外堵的不艷同碳召化程潛度，最終羅形成排碳化張區(qū)、烤部分來碳化消區(qū)、勻未碳價化區(qū)庭。3)部分勿碳化飼區(qū)長灘度的砍主要疊影響唯因素獻(xiàn)：環(huán)境峰濕度膏：當(dāng)RH＝70％時瘋部分炸碳化屈區(qū)很渠短，援可忽層略不爛計(jì)；音當(dāng)RH＜60％時拉部分浴碳化趨區(qū)在悶整個何碳化叛區(qū)中驢已占例有一逼定比渾例且育其長傻度隨很濕度重下降饅而迅藥速增男大，鐘此時旦應(yīng)計(jì)漫及部痕分碳決化的給影響挽。水灰設(shè)比：相對睡濕度醬為50裂%條件餃下，漠混凝少土部疫分碳蛋化區(qū)蘇長度巧隨水尿灰比燒增加碎而增探大。水泥賓用量犯：相對耐濕度慶為50暖%條件悼下，寶水泥株用量擔(dān)對部挪分碳胞化區(qū)脂長度蜂有一術(shù)定影巧響．幣總的舅趨勢余是水在泥用卡量越蛇大部嘩分碳毅化區(qū)派長度魄就越阻小撈。CO2濃度：CO2濃度歌對部遍分碳數(shù)化區(qū)拜長度柳基本熟無影狀響。碳化術(shù)時間：當(dāng)碳麗化進(jìn)帶行—定時利間，歐完全違碳化裝區(qū)出饞現(xiàn)后訂，碳訓(xùn)化時幼間對芹部分誦碳化瓜區(qū)長憶度無追影響助。4)部分報(bào)碳化繩區(qū)長禾度的犯估算圍：環(huán)境昂相對鐘濕度精對部伶分碳綱化區(qū)錯長度竹有決潛定性林的影析響；水灰攏比和樣水泥哭用量捉對部則分碳咸化區(qū)貍長度沒也有俊一定葛影響攻；部分覺碳化難區(qū)長熊度基女本不情受CO處2濃度志和碳絨化時左間影味響。第一泳．根芬據(jù)不腎同相趕對濕條度下劈燕混凝荷土部素分碳離化區(qū)掛長度準(zhǔn)，建達(dá)立如窯下關(guān)騎系式侮：第二逗．分選別根硬據(jù)水提灰比患、水落泥用妄量對鬧混凝虹土部否分碳蘭化區(qū)小長度鎮(zhèn)的影銜響，時得到劣以下艦修正依系數(shù)扛：第三希．總晉結(jié)以父上三帳個公被式，勉可得規(guī)如下劍部分睬碳化富區(qū)長垮度估乞算公粥式：2.湊6碳化蠟對混秩凝土兆性能億與鋼啟筋銹拐蝕的濃影響1)對混駁凝土踢強(qiáng)度翻的影企響：混凝澇土抗仙壓強(qiáng)化度隨精碳化弓時間鞭與碳明化深委度增押加而獨(dú)增大瞧。20%CO2恒室溫碳化后混凝土抗壓強(qiáng)度混凝守土劈寒拉強(qiáng)輔度隨戰(zhàn)碳化勉時間崇的增奸長而初提高膝，但脊超過景一定余時間熊后則子有所指降低炎？碳化前后混凝土受壓應(yīng)力－應(yīng)變曲線受壓蹦應(yīng)力-應(yīng)變氏曲線漫上升諒和下犁降段替變陡覽，混芒凝土個脆性矮變大錄?；炷彝量讑A隙率倚降低倡，抗價滲性荷能提俘高。2)對混定凝土零滲透桌性的搞影響待：2)對鋼禁筋銹知蝕的狀影響怨：Cl元素分布－電子探針圖(10%CO2)0天56天112天112天(酚酞)碳化沉使混嫂凝土易中氯甲離子菜向未吧碳化女區(qū)遷步移和霉?jié)饪s堂，加速斷混凝里土中趙鋼筋獻(xiàn)脫鈍既銹蝕這。3CaO

?Al2O3?CaCl2?10H2O+3CO2

→3CaCO3+2Al(OH)3+CaCl2+7H2O(Friedel復(fù)鹽)碳化脂對混閃凝土錄結(jié)構(gòu)碑性能茅的影語響1)混凝土強(qiáng)度有所提高＋2)混凝土脆性增大－3)抗?jié)B性能提高＋4)混凝土堿性降低，鋼筋銹蝕－－5)混凝土中離子遷移和濃縮，鋼筋銹蝕加?。?.不7碳化嘗混凝領(lǐng)土的賄再堿愧化技可術(shù)