混凝土碳化機(jī)理及預(yù)防措施探討

王志勇， 張松捷

洛陽(yáng)市吉利區(qū)建設(shè)局（471012）

0 概述

鋼筋混凝土是一種優(yōu)質(zhì)的復(fù)合材料,它集素混凝土的高抗壓強(qiáng)度與鋼筋的高抗拉強(qiáng)度于一體。鋼筋混凝土的優(yōu)越性在土木工程中是顯而易見(jiàn)的，但是由于種種原因，混凝土的耐久性能往往不足,導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)的部分損壞或全部破壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。影響混凝土耐久性的因素是多方面的,混凝土的碳化就是其中重要的因素之一?；炷撂蓟?，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。因此必須采取相應(yīng)措施,防止混凝土的碳化或降低碳化速度。

1 碳化機(jī)理

硬化的混凝土，由于水泥水化生成Ca(OH)2，故顯堿性，pH值在12以上，在這種高堿性的條件下，鋼筋表面會(huì)自發(fā)生成一層致密的氧化膜，牢固地吸附在鋼筋表面，使鋼筋處于鈍化狀態(tài)而免受腐蝕。當(dāng)混凝土遭受游離CaCO3等物質(zhì)，導(dǎo)致其堿性逐漸降低，甚至消失，這種化學(xué)反應(yīng)稱為混凝土的碳化。反應(yīng)主要產(chǎn)物形成過(guò)程如下:

當(dāng)環(huán)境處于50%～70%的濕度時(shí)碳化速度最快。這個(gè)碳化過(guò)程是由表及里、由淺入深，逐漸向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散。表層的混凝土碳化后,侵入的CO2將繼續(xù)沿著混凝土中的空隙通道向混凝土的深處擴(kuò)展，直至到達(dá)混凝土里鋼筋的表面。碳化作用降低了混凝土的堿性,對(duì)鋼筋的保護(hù)膜起破壞作用。當(dāng)混凝土的pH值＜12時(shí),鋼筋的保護(hù)膜就不穩(wěn)定;當(dāng)pH值＜11.5時(shí)，鋼筋的鈍化膜就會(huì)遭到破壞，引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致其體積膨脹至基體的2～4倍,所產(chǎn)生的膨脹力將使混凝土保護(hù)層開(kāi)裂。開(kāi)裂的混凝土由于CO2不斷的侵入，碳化更加嚴(yán)重，鋼筋銹蝕更加厲害，直至使混凝土剝落，嚴(yán)重的影響了混凝土的耐久性。

2 影響碳化的因素

2.1 水泥用量

水泥用量直接影響混凝土吸收CO2的量,混凝土吸收CO2的量等于水泥用量與混凝土水化程度的乘積。另外，增加水泥用量一方面可以改變混凝土的和易性,提高混凝土的密實(shí)性；另一方面還可以增加混凝土的堿性儲(chǔ)備。因此，水泥用量越大，混凝土強(qiáng)度越高，其碳化速度越慢，當(dāng)然水泥用量大會(huì)提高工程造價(jià)。

2.2 水泥品種

水泥品種不同意味著化學(xué)成分和礦物成分以及水泥混合材料的品種和摻量有別,直接影響著水泥的活性和混凝土的堿性，對(duì)碳化速度有重要影響。在同一試驗(yàn)條件下砂漿的碳化速度大小順序?yàn)?高爐礦渣水泥＞普通硅酸鹽水泥＞早強(qiáng)水泥。

2.3 水灰比

混凝土的水灰比和強(qiáng)度是兩個(gè)密切相關(guān)的概念?；炷恋乃冶仍降停鋸?qiáng)度越高，混凝土的密實(shí)程度也越高。由于混凝土的碳化是CO2向混凝土內(nèi)擴(kuò)散的過(guò)程，混凝土的密實(shí)程度越高，擴(kuò)散的阻力越大?；炷撂蓟纳疃仁軉挝惑w積的水泥用量或水泥石中的Ca(OH)2含量的影響。水灰比越大,單位水泥用量越小,混凝土單位體積內(nèi)的Ca(OH)2含量也就越少，碳化速度越快。在混凝土拌和過(guò)程中，水占據(jù)一定的空間，即使振搗比較密實(shí)，隨著混凝土的凝固，水占據(jù)的空間也會(huì)變成微孔或毛細(xì)管等。因此水灰比對(duì)混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)影響極大，控制著混凝土的滲透性。在水泥用量一定的條件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密實(shí)度降低，滲透性增大，碳化速度增大。

2.4 混凝土抗壓強(qiáng)度

混凝土抗壓強(qiáng)度是混凝土基本性能指標(biāo)之一，也是衡量混凝土品質(zhì)的綜合性參數(shù),它與混凝土的水灰比有非常密切的關(guān)系，并在一定程度上反映了水泥品種、水泥用量與水泥強(qiáng)度。骨料品種摻和劑以及施工質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)方法等對(duì)混凝土品質(zhì)的共同影響。一般來(lái)說(shuō)，混凝土強(qiáng)度高，抗碳化能力強(qiáng)。

2.5 施工質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)方法對(duì)碳化的影響

施工質(zhì)量差表現(xiàn)為振搗不密實(shí)，養(yǎng)護(hù)不善，造成混凝土密實(shí)低，蜂窩麻面多，為大氣中的二氧化碳、氧和水分的滲入創(chuàng)造了條件，加速了混凝土的碳化速度。除此之外，混凝土養(yǎng)護(hù)狀況對(duì)碳化也有一定影響?；炷猎缙陴B(yǎng)護(hù)不良，水泥水化不充分，使表層混凝土滲透性增大，碳化加快。

2.6 外界因素

溫度、濕度、光照都是影響碳化的外界因素?；炷撂蓟c光照和溫度有直接關(guān)系。隨著溫度提高，CO2在空氣中的擴(kuò)散逐漸增大，為其與Ca(OH)2反應(yīng)提供了有利條件。陽(yáng)光的直射，加速了其化學(xué)反應(yīng)，碳化速度加快。CO2溶于水后形成H2CO3才能和Ca(OH)2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),所以非常干燥時(shí)，混凝土碳化無(wú)法進(jìn)行,但由于混凝土的碳化本身既是一個(gè)釋放水的過(guò)程，環(huán)境相對(duì)濕度過(guò)大，生成的水無(wú)法釋放也會(huì)抑制碳化進(jìn)一步進(jìn)行。相對(duì)濕度在50%～70%之間時(shí)，混凝土碳化速度最快。

3 混凝土碳化處理措施

3.1 碳化處理方法

對(duì)碳化深度過(guò)大，鋼筋銹蝕明顯，危及結(jié)構(gòu)安全的構(gòu)件應(yīng)拆除重建；對(duì)碳化深度較小并小于鋼筋保護(hù)層厚度，碳化層比較堅(jiān)硬的，可用優(yōu)質(zhì)涂料封閉；對(duì)碳化深度大于鋼筋保護(hù)層厚度或碳化深度雖較小但碳化層疏松剝落的,應(yīng)鑿除碳化層,粉刷高強(qiáng)砂漿或澆筑高強(qiáng)混凝土；對(duì)鋼筋銹蝕嚴(yán)重的，應(yīng)在修補(bǔ)前除銹，并根據(jù)銹蝕情況和結(jié)構(gòu)需要加補(bǔ)鋼筋，防碳化后的結(jié)果,要達(dá)到阻止或盡可能減慢外界有害氣體進(jìn)入混凝土內(nèi)侵蝕，使其內(nèi)部和鋼筋一直處在高堿性環(huán)境中。

3.2 防碳化措施

防碳化處理多采用涂料封閉法，主要使用環(huán)氧厚涂料、改性環(huán)氧涂料、丙稀酸涂料等。使用涂料時(shí)要考慮涂料與混凝土間的粘結(jié)力，涂料是否抗凍、抗曬、抗雨水侵蝕，涂料的收縮、膨脹系數(shù)是否與混凝土接近。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)變形縫的縫面處理，水上部分的變形縫可嵌縫膏進(jìn)行表面封閉；對(duì)水下部分的變形縫可采用SBS改性瀝青灌注封閉?？紤]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有足夠的保護(hù)層厚度是最常用的保護(hù)鋼筋不遭銹蝕的一種方法。

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土的碳化雖然能對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，但只要科學(xué)施工，嚴(yán)格管理，采取各種措施，預(yù)防混凝土的碳化或減慢碳化速度是完全有可能做到的。

[1]魏艷芳，王天穩(wěn).裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2004(6).

[2]王玉琳.混凝土碳化影響因素研究綜述[J].連云港化工高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2002(2).

[3]葛燕，朱錫昶等.混凝土中鋼筋的腐蝕與陰極保護(hù)[M].