混凝土碳化的影響因素及其控制措施

.緒論研究背景長(zhǎng)期以來(lái)，混凝土的強(qiáng)度和耐久性備受重視，但因其長(zhǎng)期處于大氣環(huán)境中，極易被外界環(huán)境中的某些有毒物質(zhì)侵蝕，使其耐久性能下降，進(jìn)而發(fā)生碳化。近年來(lái)，隨著國(guó)家環(huán)保事業(yè)的不斷發(fā)展，大氣CO2的含量逐漸升高，裸露的混凝土在CO2的作用下，會(huì)產(chǎn)生大量的碳化作用，從而對(duì)內(nèi)部鋼筋形成腐蝕。從一些研究成果來(lái)看，當(dāng)發(fā)生混凝土碳化時(shí)，相應(yīng)的鋼筋表面的鈍化膜出現(xiàn)剝落，從而加速鋼筋銹蝕。同時(shí)，當(dāng)鋼筋出現(xiàn)銹蝕時(shí)，體積會(huì)出現(xiàn)膨脹，保護(hù)層相應(yīng)的出現(xiàn)脫落，從而帶來(lái)鋼筋尺寸的變化，降低了鋼筋的承載力，很容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降，降低了整體安全性。由于長(zhǎng)期受熱，混凝土中的鋼筋防護(hù)層易脫落，從而降低其服役壽命。因此，提高混凝土的抗碳性就成了一個(gè)值得商榷的課題。隨著城鎮(zhèn)的不斷擴(kuò)大和加速，預(yù)拌制商品砼技術(shù)也在快速發(fā)展，商品砼的使用范圍不斷擴(kuò)大，砼的品質(zhì)不斷提升；強(qiáng)度與耐久性是對(duì)混凝土最根本的兩種性能需求，在過(guò)去的建筑工程中，人們往往只注重混凝土的強(qiáng)度，卻忽略了對(duì)其耐久性的需求?；炷恋奶蓟?，即為混凝土遭受的相關(guān)化學(xué)腐蝕，大氣中的二氧化碳滲透到混凝土當(dāng)中，并形成化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了水+無(wú)機(jī)鹽，由此導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)碳化。在水化反應(yīng)下，水泥會(huì)產(chǎn)生大量起氫氧化鈣，并充斥到混凝土的孔隙當(dāng)中，此種堿性介質(zhì)由此形成對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。但是，碳化會(huì)造成混凝土堿度的下滑，當(dāng)超出一定水平時(shí)，加之空氣、水的作用，會(huì)導(dǎo)致混凝土無(wú)法再對(duì)鋼筋形成有效保護(hù)，從而導(dǎo)致鋼筋腐蝕?？梢?jiàn)，炭化通常并不會(huì)對(duì)已固化的混凝土造成直接損傷，而且對(duì)普通混凝土也有一定的增強(qiáng)作用。然而，就鋼筋混凝土而言，碳化會(huì)加速鋼筋的腐蝕，由于腐蝕會(huì)引起體積膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土構(gòu)件沿鋼筋面出現(xiàn)裂縫及混凝土保護(hù)層脫落等現(xiàn)象。所以，在使用了大量的材料后，對(duì)其進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的防治措施。研究意義當(dāng)前，水泥已成為建筑業(yè)應(yīng)用最廣的一種建材。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的認(rèn)真研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)混凝土的碳化也有了一個(gè)嶄新的認(rèn)知，其中，材料因素、環(huán)境因素和施工因素依然是目前普遍認(rèn)為的對(duì)混凝土碳化產(chǎn)生重要影響的因素，不僅對(duì)施工造成了困難，更重要的是還會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，解決混凝土碳化問(wèn)題是目前建設(shè)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題，比如：減少水泥的水灰比、提高水泥質(zhì)量和用量、摻入摻和料和外加劑，以及在施工過(guò)程中加強(qiáng)化對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)。但是，開(kāi)發(fā)出更好的抗炭黑材料，以及抗炭黑的技術(shù)，一直是工程領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。盡管混凝土的碳化可以給混凝土的耐用性造成很大的負(fù)面影響，但是仍然要對(duì)其所造成的負(fù)面效果進(jìn)行一個(gè)客觀的評(píng)估，這篇文章主要對(duì)導(dǎo)致混凝土碳化的內(nèi)部和外部因素等進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，并給出了相應(yīng)的減輕或預(yù)防混凝土碳化的方法?？傊ㄟ^(guò)合理選擇材料，嚴(yán)格管理，嚴(yán)格施工，可以有效地降低商品混凝土的碳化速率，從而達(dá)到改善施工效果。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀盡管對(duì)高性能混凝土的碳化機(jī)理進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的探索，但由于其影響因素眾多，使得對(duì)其進(jìn)行全面分析很難做到面面俱到。針對(duì)該問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行了大量的工作，并給出了相應(yīng)的計(jì)算公式。二是建立在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，提出了一種以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法。另外，利用灰色系統(tǒng)理論，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，貝葉斯模型，以及時(shí)序模型，對(duì)不同類型的混凝土進(jìn)行了研究。根據(jù)菲克的第一項(xiàng)擴(kuò)散原理，蘇聯(lián)阿列克謝耶夫結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新性的創(chuàng)立了計(jì)算混凝土碳化深度的新方法，這也為碳化測(cè)量提供了新思路。希臘學(xué)者Papadakis利用水泥中的化學(xué)作用和物質(zhì)間的質(zhì)量均衡關(guān)系，對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化，得出了與阿列克謝耶夫等人所提出的計(jì)算方法相異的計(jì)算結(jié)果。上述兩個(gè)學(xué)者雖然從不同的角度來(lái)看，但他們所構(gòu)建的公式都是以碳化深度值與混凝土年齡的平方根為正比例的，這為今后進(jìn)行混凝土碳化深度預(yù)測(cè)的研究奠定了基礎(chǔ)。本項(xiàng)目提出了一種以Fick第一擴(kuò)散方程為基礎(chǔ)的新方法，該方法具有：（1）模型中每一個(gè)參數(shù)都具有清晰的含義；（2）模型中每一個(gè)參數(shù)都很難精確地計(jì)算，難以應(yīng)用于工程實(shí)踐。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀朱安民等人對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)期曝曬實(shí)驗(yàn)，研究了水灰比與其碳化層厚度之間的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合粉煤灰、氣象條件及水泥種類等因素，構(gòu)建了碳化層厚度與碳化層厚度之間的計(jì)算模型，得出了碳化層厚度與碳化層厚度之間的相關(guān)性。邸小壇等提出了以水泥石的抗壓強(qiáng)度為其基本性質(zhì)指標(biāo)，考慮了養(yǎng)護(hù)條件、水泥石種類及外界條件對(duì)其碳化程度的影響，得出了相應(yīng)的計(jì)算方法。牛荻濤等基于國(guó)際上已有的長(zhǎng)期曝露實(shí)驗(yàn)及實(shí)測(cè)的混凝土碳化深度資料，結(jié)合環(huán)境溫度、濕度及CO2濃度，構(gòu)建了以28d立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)及齡期為主導(dǎo)因子的計(jì)算模型，并進(jìn)行了相關(guān)研究。張海燕等人提出了一個(gè)基于環(huán)境溫度、濕度、CO2濃度及混凝土抗壓強(qiáng)度等因素的計(jì)算方法，并通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證了其不僅有較高的理論依據(jù)，而且切實(shí)可行，基本可以應(yīng)用到實(shí)際中去。以上都是以混凝土碳化實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)得到的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，受實(shí)驗(yàn)條件的制約，實(shí)際應(yīng)用以不確定理論為基礎(chǔ)的模型進(jìn)行計(jì)算更為精確。鄧聚龍?jiān)?982年首次引入了灰色系統(tǒng)，它克服了其它不確定體系無(wú)法克服的“小樣本、貧信息、不確定性”難題，適用于煤炭生產(chǎn)中的不確定性和隨機(jī)因素。研究方法文獻(xiàn)研究法。本文在知網(wǎng)、萬(wàn)方等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上收集了大量的資料，閱讀了大量的文獻(xiàn)資料，并進(jìn)行了歸納和分析，最終確定了一個(gè)切入點(diǎn)，為今后的研究奠定了基礎(chǔ)。個(gè)案研究方法。本文運(yùn)用了具體的案例研究方法，對(duì)本文所述的影響因素和防治方法作了較為詳盡的闡述。案例分析法。本論文采用了案例分析法，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)本論文提出的混凝土碳化的影響因素及其控制措施做了詳細(xì)的分析?；炷恋奶蓟瘷C(jī)理通過(guò)對(duì)水泥基材料進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和理論分析，得出了水泥基材料的碳化機(jī)理?；炷撂蓟?，主要是由于混凝土中的堿性物質(zhì)，如Ca(OH)2，與大氣中的二氧化碳相接觸，產(chǎn)生了中性化反應(yīng)，形成了碳酸鹽等化合物，從而使混凝土的組成成分發(fā)生變化的過(guò)程。詳見(jiàn)圖2.1。在混凝土中堿金屬的組成中，以水化后的氫氧化鈣和水化硅酸鈣為主。見(jiàn)表2.1。表2.1混凝土中水泥水化后的氫氧化鈣與水化硅酸鈣的穩(wěn)定PH值成分PH值氫氧化鈣12.2水化硅酸鈣11.4圖2.1混凝土碳化和鋼筋銹蝕機(jī)理圖由表2.1可知，混凝土中可碳化成分主要是Ca（OH）2，其碳化的化學(xué)反應(yīng)式為：Ca(OH)2+H2O+CO2→CaCO3+2H2O（1）除此之外，混凝土中硅酸鈣水化時(shí)也會(huì)與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：3CaO·2SiO2·3H2O+3CO2→3CaCO3·2SiO2·3H2O（2）有關(guān)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)PH值在11以上時(shí)，在強(qiáng)堿的條件下，CO2等酸性氣體不容易滲透到混凝土中，從而打破鋼筋的鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，而產(chǎn)生混凝土碳化。pH值低于9.5，可使鋼筋表面的鈍化膜逐步破裂，并可使混凝土的碳化進(jìn)一步加劇。2.1混凝土的碳化水泥屬弱堿，但若水泥與大氣、泥土、地下水、火焰、生物等環(huán)境接觸，則水泥為中性。在大氣環(huán)境下，對(duì)水泥進(jìn)行碳化處理是目前最常用的一種中和方式。CO2在水泥中、在水溶液中，與各種水合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是一種非常復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。水泥基體中CO2與水泥基體的反應(yīng)活性決定了水泥基體的碳化速度。CO2氣體在大氣中的擴(kuò)散速度受到很多因素的影響。建筑的密實(shí)度、CO2濃度、周圍的濕度及溫度。另外，水泥基材料的成分、水泥基體的形貌、水泥基體的溫度等都會(huì)體現(xiàn)出其碳酸鹽作用。在碳化過(guò)程中，由于其堿性下降，其鈍化膜被破壞（在鋼筋的情況下，需要在pH高于11.5時(shí)才能進(jìn)行鈍化），導(dǎo)致其對(duì)鋼筋的喪失和銹蝕的防護(hù)功能被削弱。鋼筋水泥在被侵蝕后，鋼桿的容積是原先容積的2.5倍，會(huì)造成混凝土的裂紋，當(dāng)鋼桿的附著力降低時(shí)，混凝土保護(hù)層脫落，會(huì)造成絲材的橫斷面被破壞，而且會(huì)造成耐久性的破壞。另外，由于碳化作用，混凝土的收縮增大，導(dǎo)致其韌性下降。由于能源短缺，CO2在大氣層中的含量急劇上升。根據(jù)報(bào)告，19世紀(jì)中期，在280×10-6（質(zhì)地百分比，下同）大氣條件下，在達(dá)到350×10-6~540×10-6時(shí)，由于在不斷升高的大氣條件下，工廠排放的廢水和垃圾會(huì)使河水和地下水中的CO2濃度升高。因此，越來(lái)越多地研究了水泥基材料的碳化作用機(jī)制和影響因素。2.2混凝土的碳化和鋼的腐蝕機(jī)理水泥基材料的碳化是由于大氣中CO2等強(qiáng)酸與液體中堿金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使水泥基材料的堿度及組成發(fā)生變化而引起的。在常溫下CO2與水泥中的主要組分發(fā)生了一系列的物理化學(xué)反應(yīng)。有水皰，有氣孔，有大大小小的瑕疵。在化學(xué)氣泡室內(nèi)，大氣中的CO2進(jìn)入了水泥的孔隙，并進(jìn)入了碳化物。在水泥中，以氫氧化鈣（Ca（OH)2）、水化硅酸鹽（3H2O）、非水化硅酸鹽、二價(jià)硅酸鈣會(huì)產(chǎn)生碳化作用?；瘜W(xué)方程式：Ca（OH）2+H2O+CO2→碳酸鈣+2H2O（1）3CaO·2SiO2·3H2O+3CO2→3CaCO3·2SiO2·3H2O（2）3CaO·二氧化硅+3CO2+γH2O→3CaCO3+的SiO2·γH2O（3）2CaO·SiO2和2CO2+γH2O→2CaCO3+的SiO2·γH2O（4）從碳化的具體情況來(lái)看，碳化速率的確定與三個(gè)要素有關(guān)：1）反應(yīng)速率自身；(2)CO2在混凝土中擴(kuò)散的速率；(3)一種以CO2為主的CO2在水泥孔隙中擴(kuò)散的速率。在以上三個(gè)過(guò)程中，二氧化碳的擴(kuò)散速度都很慢。因而，CO2在水泥中的傳輸速率將直接決定著其碳化速率。第一個(gè)孔洞中灌入過(guò)飽和醋酸乙酯，對(duì)鋼筋進(jìn)行預(yù)腐蝕，并在鋼筋表層生成一層堅(jiān)固的保護(hù)膜。作為一種保護(hù)層，鐵，如三氧化二鐵、四氧化三鐵，可以阻止其在強(qiáng)堿的環(huán)境下，也就是在較高的溫度下被侵蝕。pH值大于或等于11.5。如果混凝土的燒焦深度大于鋼表面的保護(hù)層，在鋼筋周圍的孔隙中pH值的液體降至8.5-9.0，鈍化膜斷裂，Zaw鋼筋的電化學(xué)腐蝕完全，從而引起鋼的銹蝕。2Fe+O2→2FeO（1）FeO+H2CO3→FeC03+H2O（2）4FeC03+10H20+02→的4Fe（OH）3+4H2C03（3）當(dāng)鋼鐵銹蝕時(shí)，它就會(huì)膨脹，破壞了對(duì)混凝土的防護(hù)，使水泥產(chǎn)生裂紋。水與空氣滲入縫隙，加快了鋼鐵的侵蝕。因此，混凝土的構(gòu)造被破壞，其穩(wěn)定程度顯著下降，其耐用性也隨之下降。2.3混凝土局部碳化區(qū)水泥中有一條碳化區(qū)，是由著名的英國(guó)專家帕羅特最先發(fā)現(xiàn)的。在試驗(yàn)方面，采用Fenlftale法測(cè)定的碳化層厚度，將會(huì)使混凝土發(fā)生氧化層厚度達(dá)到某一值后，混凝土就會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，且隨著碳化層厚度的增加，混凝土的銹蝕速率會(huì)加快，直到達(dá)到某一值。用于控制銹蝕速率的鋼筋數(shù)量，某些碳化區(qū)的出現(xiàn)可以說(shuō)明這一點(diǎn)：Maekaw等人同意，碳從混凝土中慢慢地向外擴(kuò)散，無(wú)論是碳化還是未碳化區(qū)都是如此。根據(jù)江利民USAPH對(duì)混凝土的全部碳化區(qū)中的各個(gè)碳區(qū)進(jìn)行了分析。洪乃峰等人提出，在酸堿度為9.88的條件下，才能初生出鋼質(zhì)的鈍化薄膜。在pH為11.5的條件下，可以得到一層完全的、且不變的鈍化層。結(jié)果是，在局部的碳化區(qū)域內(nèi)，鋼桿仍然會(huì)生銹。部分炭化區(qū)域出現(xiàn)了未完全炭化的現(xiàn)象。炭化鋒面受養(yǎng)護(hù)方式、齡期、孔隙大小、環(huán)境濕度等諸多影響。在這些因素中，對(duì)部分炭化區(qū)域的長(zhǎng)度起著關(guān)鍵作用。從機(jī)理上來(lái)看，CO2在大氣中的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程與大氣中的溫度、濕度等因素密切相關(guān)，其中，CO2遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中，CO2的遷移轉(zhuǎn)化是大氣中CO2與CO2之間相互作用的必然結(jié)果。如果整個(gè)碳酸鹽區(qū)以高相對(duì)濕度為主，但是空氣中的含水量又比較少，那么，水－膠結(jié)物的作用以及水泥用量也會(huì)對(duì)部分碳酸鹽區(qū)產(chǎn)生一定的作用，但是這些作用都是建立在某些區(qū)域的干濕條件下的。CO2的含量和CO2的碳化時(shí)間對(duì)碳化作用基本沒(méi)有影響。某些碳化區(qū)的長(zhǎng)短對(duì)膠凝材料的含碳量有一定的影響。ZhangYu在研究了不同的因素對(duì)碳帶狀一部分的影響，并給出了一個(gè)計(jì)算帶狀部分的公式，可以看出，某些碳帶的長(zhǎng)度的改變以及某些碳帶的pH值的改變都是對(duì)其侵蝕率產(chǎn)生影響的重要原因。對(duì)加固材料的耗能時(shí)間，腐蝕速率，以及整體加固的加固材料進(jìn)行精確地分析，其壽命十分關(guān)鍵。混凝土碳化的影響因素由于大氣、土壤和地下水中存在著多種能夠?qū)炷吝M(jìn)行碳化作用的物質(zhì)，因此，造成混凝土碳化的因素很多，但從其碳化機(jī)理可知，其最重要的原因是其本身的致密程度和Ca(OH)2等堿物質(zhì)的含量。而影響建筑質(zhì)量的主要原因有：建筑質(zhì)量的影響、建筑質(zhì)量的影響等。3.1材料因素3.1.1水灰比的影響混凝土的抗碳性能不僅取決于氫氧化鈣含量，而且當(dāng)氫氧化鈣含量一定時(shí)，CO2含量也會(huì)對(duì)其碳化產(chǎn)生一定的影響。二者在水泥水化反應(yīng)中起著非常關(guān)鍵的作用。因此，CO2在水泥中的擴(kuò)散是影響水泥性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。在同樣的條件下，水灰比例越大，CO2擴(kuò)散的速度就越快，碳化深度也會(huì)更快。但是，這兩者實(shí)際上并不是呈直線的，有研究顯示兩者之間存在著一定的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系。山東理工大學(xué)采用野外試驗(yàn)方法，得到了水泥基材料的炭化層厚度與水泥基材料的水粉比對(duì)炭化層厚度的影響。山東科技院通過(guò)室外的實(shí)驗(yàn)得出了混凝土碳化深度與水灰比的關(guān)系式：K=12.1w/c（3）式中，w為水灰比。當(dāng)水灰比從0.4增加到0.8時(shí)，CO2在混凝土中的擴(kuò)散能力將會(huì)提高10倍，而在水灰比超過(guò)0.65時(shí)，其碳化速度將會(huì)大幅度提高，而在低于0.55時(shí)，碳化速度將會(huì)得到一定的抑制，并且會(huì)得到增強(qiáng)。3.1.2水泥品種的影響在同一工作狀態(tài)下，不同種類的水泥，其碳化速率也有差異。在相同的強(qiáng)度下，較低的耐碳化性要低于較低的耐碳化性。采用火山灰配制的水泥基材料，其耐熱能力低于常規(guī)水泥基材料。3.1.3水泥用量的影響可燃材料在混凝土中的含量與其所含炭材料的含量密切相關(guān)。隨著水泥中堿度的增加，其孔溶液的pH值也會(huì)變高，從而降低了局部碳化后的CaCO3的沉降含量，從而在一定程度上提高了混凝土的總體密實(shí)性。在其他摻量相同的情況下，隨著摻量的增大，混凝土的碳化速率逐漸降低。當(dāng)水泥用量增加時(shí)，混凝土構(gòu)件的整體緊實(shí)度也會(huì)隨之增大，二氧化碳在混凝土內(nèi)部的滲透能力將逐步降低，以確保鋼筋不會(huì)由于混凝土的碳化而進(jìn)一步銹蝕。3.1.4摻合料的影響在混凝土中加入礦渣、粉煤灰等活性物質(zhì)的摻和料，過(guò)量的活性物質(zhì)與水泥水化后的氫氧化碳相結(jié)合，使得混凝土中的堿性物質(zhì)總量降低，從而加快了混凝土的碳化。相比于后期，粉煤灰混凝土前期具有更好的抗碳化性能，但在一定的時(shí)期內(nèi)，因?yàn)榉勖夯遗c混凝土中的堿性物質(zhì)起了化學(xué)反應(yīng)，因此其抗碳性能低于未摻粉煤灰的混凝土。在混凝土中添加了摻和料會(huì)產(chǎn)生兩種不同的效果：一是由于添加的摻和料代替了一部分水泥的用量，從而會(huì)使水泥的用量變小，在水的用量不變的前提下，水灰比也會(huì)變大，從而使水泥水化反應(yīng)后的堿儲(chǔ)備量變小，從而造成混凝土的抗碳性能下降；同時(shí)，由于外加劑的加入，使水泥漿體中的孔洞得以充分填補(bǔ)，從而改善了水泥漿體的整體致密程度。因此，要使其達(dá)到最佳的使用效果，就需要對(duì)其添加量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。3.1.5外加劑的影響添加劑中的活性物質(zhì)與混凝土具有很好的兼容性，然而，同樣的外加劑摻入不同種類的水泥，在配制時(shí)對(duì)混凝土的抗碳能力也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。選擇合適、合理的外加劑，能與混凝土形成良好的整體性能，提高構(gòu)件的強(qiáng)度。通常認(rèn)為，選擇高品質(zhì)的增氣劑、阻凝劑，不僅能提高混凝土的施工品質(zhì)，而且能有效地抑制碳化。3.2環(huán)境因素其中，環(huán)境的影響是指兩個(gè)層面，一個(gè)是自然環(huán)境，另一個(gè)是應(yīng)用環(huán)境。自然環(huán)境主要是指室內(nèi)和室外的溫度和壓力，以及二氧化碳的含量等；使用環(huán)境主要是指混凝土構(gòu)件的所能承受的受力水平，受力水平也是利用二氧化碳濃度的高低和碳化的速度來(lái)對(duì)混凝土的碳化進(jìn)行了反應(yīng)。3.2.1環(huán)境相對(duì)濕度的影響當(dāng)空氣中的溫度比較高時(shí)，水分會(huì)阻止或阻止CO2在水泥中的傳播，并阻止CO2與水泥發(fā)生中性化反應(yīng)，因此，水泥的抗碳化能力將得到增強(qiáng)；當(dāng)相對(duì)濕度比較低的時(shí)候，混凝土中會(huì)比較通暢，可以讓CO2順暢地流動(dòng)，而這個(gè)時(shí)候，混凝土中的水分不足，導(dǎo)致水化反應(yīng)的效率將會(huì)降低，在某種程度上也可以減緩混凝土的碳化。大氣中的二氧化碳濃度主要有兩種，一種是室內(nèi)濃度，另一種是室外濃度。通常情況下，房間里的CO2含量要高于房間外面，因此房間里的水泥就會(huì)加速碳化。3.2.2環(huán)境溫度的影響同時(shí)，溫度對(duì)混凝土的碳化也有一定的作用。根據(jù)物理原理可知，隨著溫度的升高，由于離子的移動(dòng)速率增加，CO2在水泥中的擴(kuò)散速率增加，從而導(dǎo)致水泥的耐積碳性能下降。通常情況下，當(dāng)氣溫增加10攝氏度時(shí)，反應(yīng)速率就會(huì)增加一倍。然而，一些研究人員提出，隨著氣溫的上升，CO2溶解速率會(huì)下降，從而導(dǎo)致混凝土的碳化作用減弱。因此，到現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定溫度的高低對(duì)混凝土的碳化作用。3.3施工因素分析來(lái)看，混凝土的抗碳化能力受到了多種因素影響，如攪拌、養(yǎng)護(hù)條件等，其中混凝土的密實(shí)性是最大的影響因素。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明，同等地基情況下，良好的施工品質(zhì)可使其具有較高的強(qiáng)度、較好的總體密實(shí)度和較高的抗炭性；相反，如果施工質(zhì)量差，就會(huì)產(chǎn)生大量的裂縫，孔洞，使得水泥的表面變得松散，使得CO2的滲透更加容易，從而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使得水泥的碳化現(xiàn)象更加嚴(yán)重。在養(yǎng)護(hù)條件不同的影響下，水化反應(yīng)效果必然存在差異，從而對(duì)混凝土孔隙體積產(chǎn)生顯著影響。分析來(lái)看，孔隙體積會(huì)直接影響到混凝土的密實(shí)性，可見(jiàn)養(yǎng)護(hù)措施對(duì)于混凝土質(zhì)量十分重要，意義重大。通常情況下，在碳化速率方面，蒸氣法是天然法的1.5倍?；炷撂蓟念A(yù)防措施4.1嚴(yán)格控制混凝土的制備材料4.1.1水灰比的控制水灰比與水的關(guān)系很大。通常，用水量?jī)H有15%的比例參與到水泥的水化過(guò)程中，過(guò)量的水分在水泥凝固后以水蒸氣的方式逸出，使混凝土表面出現(xiàn)許多細(xì)小的孔隙，從而嚴(yán)重影響了混凝土的總體密實(shí)度，進(jìn)而影響了混凝土的抗碳性能。但是，從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，為了增加水泥的強(qiáng)度，不要把水的用量限制在配制標(biāo)準(zhǔn)之下，那樣不但會(huì)造成水泥的浪費(fèi)，而且還會(huì)對(duì)整個(gè)工作性能產(chǎn)生一定的影響。確保最優(yōu)的水灰比，施工中獎(jiǎng)水灰比控制低于0.75，從而使得水化反應(yīng)后的水泥漿保持合適濃度，由此降低整體黏結(jié)能力。綜合來(lái)看，優(yōu)化的水灰比，可從整體上提高混凝土的抗碳化性能。4.1.2優(yōu)化水泥用量在挑選水泥的時(shí)候，最重要的就是水泥的用量和種類。目前國(guó)內(nèi)所使用的最低標(biāo)準(zhǔn)為每立方米300公斤。水泥的用量與水灰比的大小有關(guān)，當(dāng)前，各區(qū)域、各項(xiàng)目對(duì)水灰比的用量都是不一樣的，但有一條共識(shí)，即混凝土本身的強(qiáng)度越高，水灰比就會(huì)越小。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度是一定的時(shí)，要根據(jù)其不同的強(qiáng)度來(lái)選擇相應(yīng)的水泥，不能為了降低水泥的使用量而使用太高的水泥，否則不僅不符合經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)造成水灰比偏高，從而影響到混凝土的抗碳化性能。4.1.3優(yōu)化水泥品種在選用膠凝材料時(shí)，宜選用保水率高、滲透率低的膠凝材料。實(shí)踐表明，在實(shí)際施工中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)際施工情況，確定合適的水泥等級(jí)。就施工條件而言，在較為干旱的條件下，可選用水化熱后不容易出現(xiàn)裂紋、能更好地適應(yīng)干旱的施工條件的硅酸鹽水泥。在高溫和潮濕的地方，可以使用粉煤灰和鋼渣，這樣既可以確保初期的水化作用，又可以提高后期的整體密度。在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，宜選用硅酸鹽類水泥，硅酸鹽類水泥盡管造價(jià)昂貴，但其等級(jí)與混凝土的性能完全相符。在地下工程中，受地下水中強(qiáng)酸侵蝕作用，必須選用耐蝕性更強(qiáng)的膠凝材料，而以火山灰膠凝材料為主的膠凝材料則是一種較為理想的膠凝材料。4.1.4摻和料的使用當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)許多建筑施工中，在配制混凝土?xí)r，均需添加一定數(shù)量的外加劑。添加摻和料能夠在一定程度上降低混凝土中水泥的用量，讓項(xiàng)目收益率更高，促進(jìn)混凝土的優(yōu)化使用，打造出更強(qiáng)性能的混凝土，從而避免在施工過(guò)程中，由于內(nèi)部的侵蝕和裂紋，而造成混凝土碳化和倒塌等工程質(zhì)量問(wèn)題[11]。按照使用目的，水泥中的外加劑可以分為兩類，一類是有反應(yīng)的，一類是無(wú)反應(yīng)的。對(duì)活性的摻和料來(lái)說(shuō)，是通過(guò)水化反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)，此物質(zhì)可增加其與混凝土的粘結(jié)力，進(jìn)而增加混凝土的緊實(shí)度。對(duì)于無(wú)反應(yīng)的外加劑而言，更多的是通過(guò)提高工作性能來(lái)確?；炷恋膹?qiáng)度。但實(shí)際上，它們并不是各司其職，而是相互補(bǔ)充。在某些情況下，還可以用變形的方式提高其強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果顯示：在水泥基體中加入礦渣粉末、粉煤灰等，能明顯改善水泥基體的耐氯鹽滲透性能。當(dāng)水膠比較低時(shí)，可明顯提高混凝土的致密度，減少混凝土的碳化。4.1.5外加劑的使用為滿足新構(gòu)造物的工作需要，并改善其耐碳化性能，常在施工過(guò)程中加入某些外加劑。摻合料并非單一作用，它作為一種混合摻合料，與混凝土一起工作。在混凝土中由于水灰比過(guò)大而引起的碳化，一般可用減水劑來(lái)形成抑制。在制作混凝土當(dāng)中，減水劑會(huì)直接吸附在水泥表面，使水泥顆粒由于靜電作用而分散，并除去混凝土中過(guò)剩的自由水。降低水灰比對(duì)水泥漿體中的含水量有很大影響，但同時(shí)又不影響水泥漿體中的含水量。在某些特定的工程環(huán)境中，比如在低溫的情況下，混凝土很可能會(huì)由于冷凍而出現(xiàn)裂縫，這時(shí)可以加入亞硝酸鹽等抗凍劑，能夠有效地減少冰點(diǎn)，加快混凝土的凝固速度，但是這種防凍劑不能過(guò)量，過(guò)量的話會(huì)引起離析，從而影響到建筑的美感。4.2提高施工質(zhì)量4.2.1攪拌機(jī)的選擇混合機(jī)械可選擇強(qiáng)迫式混合機(jī)械，其最大的特點(diǎn)是混合效率高，質(zhì)量好，能耗低。當(dāng)采用強(qiáng)力系統(tǒng)的攪拌器時(shí)，機(jī)器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度不應(yīng)太高，不然不僅會(huì)造成磨耗，而且還會(huì)造成混凝土無(wú)法充分混合，出現(xiàn)離析。然而，要達(dá)到混凝土拌合物的高質(zhì)量和均勻性，光靠攪拌機(jī)是不行的，還需要一個(gè)合理的攪拌工藝。4.2.2攪拌的過(guò)程而混合料的配制時(shí)間又是決定其密度的一個(gè)重要參數(shù)，通?；旌狭系呐渲茣r(shí)間過(guò)短，會(huì)使其反應(yīng)不完全，使其內(nèi)聚力下降，從而使其強(qiáng)度下降，從而嚴(yán)重影響其后期的抗碳性能；相反，如果過(guò)久，不但無(wú)法滿足生產(chǎn)的要求，還會(huì)造成水泥砂漿的脫層，從而降低其工作性能。其次，在加入材料的先后次序上，當(dāng)采用強(qiáng)力混合器時(shí)，首先倒入沙子，然后倒入水泥，然后倒入石頭，通常是將粗、細(xì)粒料與水泥混合，然后加入水混合，在混合的時(shí)候，要隨時(shí)監(jiān)控并檢測(cè)混凝土的品質(zhì)問(wèn)題，以確保工程的品質(zhì)。4.2.3自然養(yǎng)護(hù)在施工過(guò)程中，由于沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)，造成了其出現(xiàn)碳化現(xiàn)象。通常情況下，養(yǎng)護(hù)的效果主要有兩種，一種是自然養(yǎng)護(hù)，另一種是蒸汽養(yǎng)護(hù)。在澆注完成后，由于未達(dá)到足夠的強(qiáng)度，或由于水的快速揮發(fā)，造成了開(kāi)裂和變形，從而影響到混凝土的強(qiáng)度。運(yùn)用覆蓋澆水措施，在混凝土澆筑完成后10小時(shí)，直接往上面澆水，然后隔3小時(shí)再澆水一次，如果天氣干燥，此時(shí)可增加澆水次數(shù)，從而避免混凝土過(guò)度干燥，保持水分，讓混凝土獲得充分的凝固，避免出現(xiàn)碳化。4.2.4蒸汽養(yǎng)護(hù)若在冬天進(jìn)行，則因氣溫過(guò)冷而使水泥的水化率降低，可采取蒸養(yǎng)的方法。為了加速混凝土的反應(yīng)，需要提高一定的溫度，在混凝土形成后，在室內(nèi)放置4小時(shí)后才能加熱。為了避免讓水揮發(fā)的過(guò)多，從而對(duì)混凝土的緊實(shí)度造成不利的影響，在最后階段，將溫度調(diào)整為恒溫，當(dāng)混凝土達(dá)到所需要的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就可以拿出來(lái)進(jìn)行使用了。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化，使其在使用過(guò)程中具有較好的穩(wěn)定性?；炷撂蓟墓こ虒?shí)例在橋梁，碼頭，水利工程等領(lǐng)域，混凝土的碳化現(xiàn)象尤為普遍。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，華南港口18個(gè)，其中89%的港口由于碳腐蝕造成的損壞，湛江250萬(wàn)噸石油碼頭建成7年后，由于水泥腐蝕而損壞；就水利建設(shè)而言，根據(jù)有關(guān)資料顯示，滄州沿岸60-70年代修建的大小水閘、大橋等，無(wú)不遭受到了水泥的碳化損傷?；炷撂蓟墓こ虒?shí)例如圖5.1和圖5.2所示。圖5.1混凝土碳化導(dǎo)致鋼筋銹蝕以及混凝土開(kāi)裂保護(hù)層剝落圖5.2抗碳化能力較好的混凝土從圖5.1可以看出，由于水泥的碳化作用，使得水泥表面出現(xiàn)了大量的脫皮現(xiàn)象，使得水泥中的鋼筋直接暴露在了外面，而水泥表面的鈍化膜被破壞，使得水泥表面的腐蝕更加劇烈，從而影響到了建筑的整體性能。圖5.2所示的耐碳化性較好的混凝土，都有一個(gè)共性，那就是采用了硅酸鈣，而且在設(shè)計(jì)時(shí)，水泥的用量也很多，水灰比很少，而且還加入了一些增水劑和引氣劑。通過(guò)對(duì)該設(shè)備的建設(shè)與維護(hù)，確保了該設(shè)備的正常使用性能。對(duì)于快速發(fā)生碳化的項(xiàng)目，必須立即采取抗碳化措施，以延緩碳化的惡化。對(duì)已發(fā)生較大碳化損傷的結(jié)構(gòu)物，必須盡早進(jìn)行有目的的加強(qiáng)，或?qū)⒁寻l(fā)生碳化的結(jié)構(gòu)物移開(kāi)，從頭再建，才能保證結(jié)構(gòu)物的正常使用。結(jié)論在一些施工及維護(hù)方式下，使用水泥作為能源已成為無(wú)法避免的問(wèn)題，因此，能否通過(guò)對(duì)混凝土進(jìn)行改造或改造來(lái)減少其碳化速率，成為亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)改善監(jiān)控、資料搜集、建設(shè)過(guò)程中的資料庫(kù)、強(qiáng)化混凝土強(qiáng)度、降低其對(duì)周圍環(huán)境的碳化速率的沖擊、加大科研力度等方法來(lái)規(guī)范已有的界限；在這種情況下，可以減少混凝土的碳化速率，使建筑使用的玻璃窗變得更長(zhǎng)，從而使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)得到改善。由于水泥砂漿的碳化是一個(gè)較慢的進(jìn)程，所以工作中需充分關(guān)注此點(diǎn)。由此提升混凝土的抗碳化性能，避免其出現(xiàn)碳化，保持良好的耐久性。建設(shè)出更多優(yōu)質(zhì)建筑，提升建筑的使用壽命，讓建筑保持良好的安全性，支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展?？紤]到影響因素非常多，目前仍有很多值得深入探討的問(wèn)題。我想目前還沒(méi)有解決的問(wèn)題有：（1）當(dāng)前，對(duì)于影響碳化速度的各種因素，如：水灰比、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、CO2的含量，已有較多的研究結(jié)果，但與混凝土構(gòu)造有關(guān)的研究較少。水泥基材料的碳化速度是水泥基材料的主要性能指標(biāo)之一。工程品質(zhì)的評(píng)定，不但要看其強(qiáng)度，還要看其硬化品質(zhì)、密實(shí)度和泥沙的含水量。我期望這篇文章能對(duì)此