水工建筑物混凝土碳化分析

曹燦明

（益陽(yáng)市資陽(yáng)區(qū)水利局，湖南 益陽(yáng) 413000）

1 混凝土碳化機(jī)理

混凝土具有毛細(xì)管-孔隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，這些毛細(xì)管-孔隙包括混凝土成型時(shí)殘留下來(lái)的氣泡，水泥石中的毛細(xì)孔和凝膠孔，以及水泥石和集料接觸處的孔穴等等。此外，還可能存在著由于水泥石的干燥收縮和溫度變形而引起的微裂縫。普通混凝土的孔隙率一般不少于8~10%。

混凝土發(fā)生碳化能夠帶來(lái)雙重效果，一個(gè)是增強(qiáng)其剛性程度，減弱滲透效果，推論得出可能是由于碳化會(huì)出現(xiàn)水析出，使水化效果更快速更充分，而當(dāng)中碳酸鈣會(huì)填充內(nèi)部空隙。增強(qiáng)密實(shí)程度，但是碳化使酸性增強(qiáng)，會(huì)帶來(lái)鋼筋材料的腐蝕。

2 混凝土碳化影響因素

水工建筑的砼碳化由很多原因造成，想要分析出具體原因，應(yīng)當(dāng)重內(nèi)因和外因兩方面進(jìn)行思考，分析，實(shí)現(xiàn)效果的最強(qiáng)化。

2.1 影響混凝土碳化的內(nèi)在因素

2.1.1 水泥品種

水泥的品種不同，礦物含量有異，添加劑等的數(shù)量和種類不一樣，也將導(dǎo)致水泥的性能和堿性程度變化，這和碳化都有直接關(guān)系。通常來(lái)說(shuō)，熟料的比例越大，引起的碳化程度就越弱。外加劑都有助于抗震，減少碳化能力。不過(guò)還有氯鹽成分的抗低溫材料對(duì)鋼筋有腐蝕作用，因此要注意控制使用量。把握摻入比例。

2.1.2 集料品種和級(jí)配

材料的規(guī)格和級(jí)配不一樣可能帶來(lái)結(jié)構(gòu)空隙大小的差異，這直接就導(dǎo)致嚴(yán)密程度的差異。通常密實(shí)程度好的材料在碳化發(fā)生的速度上也會(huì)緩慢，所以，密實(shí)程度越高越好。

2.1.3 磨細(xì)礦物摻料的品種和數(shù)量

帶有活性水的摻入性材料，有一些不能單獨(dú)發(fā)生硬化，但是，與水泥和石灰再發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，生成的物質(zhì)就較為穩(wěn)定，這會(huì)促進(jìn)堿度狀態(tài)的減少，如果其他條件相同。加入的摻入料和水泥的比例數(shù)字越大，碳化發(fā)生的程度和速度上就會(huì)越高。

2.1.4 水泥用量

水泥量的提升使用。會(huì)帶來(lái)砼的和易性的變化。有利于提升密實(shí)程度。另一面有助于堿性能力的增加，這對(duì)于增強(qiáng)抗碳化比例有較強(qiáng)的能力，水泥的用量越大，碳化的速度就會(huì)放慢。

2.1.5 水灰比

水泥總量不變的情況下，提升水和灰的比例會(huì)提升砼的空隙尺寸和數(shù)量，因此密度下降，抗?jié)B性減弱。這時(shí)候與外部接觸的幾率變大，發(fā)生反應(yīng)的幾率也變大，帶來(lái)碳化速度的增加。

2.1.6 施工質(zhì)量

振搗不到位也是施工質(zhì)量不好的一個(gè)表現(xiàn)。這會(huì)帶來(lái)強(qiáng)度的下降，并形成麻面蜂窩的問(wèn)題。一方面感官質(zhì)量和強(qiáng)度下降，另一方面提升與外界互動(dòng)的幾率，提升了碳化的速率。

2.1.7 養(yǎng)護(hù)質(zhì)量

一個(gè)保養(yǎng)合格的混凝土能具有強(qiáng)度高，緊致，抗侵蝕抗壓的力能力高，并有助于阻止外部腐蝕性元素進(jìn)入內(nèi)部，抵抗碳化。

2.2 影響混凝土碳化的外界因素

2.2.1 酸性介質(zhì)

二氧化碳等氣體本身屬于酸性氣體。如果進(jìn)入混凝土內(nèi)部之后形成液態(tài)的酸，并與內(nèi)部的硅酸鹽，Ca（OH）2，鋁酸鹽等等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這必然導(dǎo)致成分變化，總體堿度減少，碳化直接發(fā)生。經(jīng)過(guò)研究可以說(shuō)明，CO2的濃度越大，碳化的速度越快，它們二者是正比例的關(guān)系。

2.2.2 溫度和光照

溫度突然下降會(huì)直接引起結(jié)構(gòu)收縮，這一力的擴(kuò)展如果超過(guò)了混凝土自身的耐受限度就會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性破損，就是開裂或者部分剝落。這樣的結(jié)構(gòu)空隙會(huì)給水和二氧化碳的進(jìn)入帶來(lái)機(jī)會(huì)，促進(jìn)碳化的發(fā)生。

處于陽(yáng)光直射下的混凝土的溫度要高于背陰處的混凝土。二氧化碳的滲入能力很高，這為它和Ca（OH）2相互反應(yīng)打下了基礎(chǔ)，在光和熱的作用下，碳化能力增強(qiáng)，反應(yīng)更為劇烈。

2.2.3 含水量和相對(duì)濕度

周圍介質(zhì)的相對(duì)濕度直接影響混凝土含水率和碳化速度系數(shù)的大小。過(guò)高的濕度（如100%），使混凝土孔隙充滿水，CO2不易擴(kuò)散到水泥石中，過(guò)低的濕度（如25%），則孔隙中沒有足夠的水使CO2生成碳酸，碳化作用都不易進(jìn)行；當(dāng)周圍介質(zhì)的相對(duì)濕度為50~70%，混凝土碳化速度最快。因此，混凝土碳化速度還取決于混凝土的含水量及周圍介質(zhì)的相對(duì)濕度。實(shí)際工程中混凝土結(jié)構(gòu)下部的碳化程度較上部輕，主要是濕度影響的結(jié)果。

2.2.4 凍融和滲漏

混凝土結(jié)構(gòu)處于進(jìn)水狀態(tài)或者水的含量交替變化的時(shí)候，也會(huì)帶來(lái)溫度的起落，反復(fù)緊縮和擴(kuò)張，令混凝土的密實(shí)程度下降，出現(xiàn)裂紋，并帶來(lái)碳化程度的升高。水的流出會(huì)導(dǎo)致Ca（OH）2隨之排出，而在建筑表面產(chǎn)生碳酸鈣，這將會(huì)分離砼水化后的物質(zhì)，這會(huì)帶來(lái)混凝土強(qiáng)度的嚴(yán)重下降，鋼筋的損傷程度也會(huì)進(jìn)一步提升。

3 混凝土碳化的簡(jiǎn)易測(cè)試

化學(xué)檢驗(yàn)需要預(yù)先清除砼的外層保護(hù)膜。再使用酚酞落入表層，觀察混凝土的狀態(tài)是否發(fā)生變化，變色代表有碳化發(fā)生，利用這一方法也可以檢查出碳化的程度和深度。

3.1 酚酞?jiǎng)┑呐渲?/p>

根據(jù)實(shí)踐試驗(yàn)結(jié)果得出，用99%的酒精加1%的酚酞液，所配制的酚酞?jiǎng)┏蕼\色；用96%的酒精加4%的酚酞液，所配制的酚酞?jiǎng)┏噬钌?。二者均可用?lái)測(cè)試混凝土的碳化情況。

3.2 混凝土碳化判定及其深度檢測(cè)

首先將所需檢測(cè)的混凝土表面打鑿到需要的測(cè)試深度，然后把表面清理干凈，涂抹或滴入已配制好的酚酞?jiǎng)?。?dāng)酚酞?jiǎng)┩磕ɑ虻稳牖炷羶?nèi)1~2分種后，便有反應(yīng)。若混凝土變紅色，則混凝土未碳化；若混凝土不變色，則混凝土已碳化。因?yàn)榉犹獎(jiǎng)﹥?nèi)含有大量酒精，容易揮發(fā)，所以在測(cè)試和觀察時(shí)速度要快，要盡快量出混凝土內(nèi)碳化與非碳化的界面尺寸，以便得到準(zhǔn)確的碳化深度。

3.3 混凝土碳化檢測(cè)值的取得

由于水工建筑中混凝土結(jié)構(gòu)物的部位不同，其碳化程度也不盡相同，所以在進(jìn)行混凝土碳化測(cè)試時(shí)，一定要多測(cè)幾次，以其平均值為混凝土碳化檢測(cè)值。

3.4 測(cè)試混凝土碳化鑿開面的處理

在混凝土碳化測(cè)試工作完成后，對(duì)檢測(cè)混凝土碳化的鑿開面應(yīng)用環(huán)氧樹脂砂漿或環(huán)氧混凝土作填補(bǔ)封閉處理。

4 混凝土碳化的防止措施

混凝土碳化有混凝土“癌癥”之說(shuō)，關(guān)鍵是應(yīng)采取防止措施。

4.1 設(shè)計(jì)方面

根據(jù)水工建筑物中不同的結(jié)構(gòu)形式和不同的環(huán)境因素，分別對(duì)混凝土的保護(hù)層采取不同的厚度，應(yīng)盡量避免一律采用2~3cm。

4.2 施工方面

施工技術(shù)是保證混凝土質(zhì)量的有效辦法，這當(dāng)中一個(gè)是要注意對(duì)混凝土材料的著重選擇，好中選優(yōu)，保證質(zhì)量，通常硅酸鹽的抗碳化能力較強(qiáng)，應(yīng)優(yōu)先選用。應(yīng)當(dāng)滿足必要的操作流程，例如對(duì)于石頭的清洗和篩漏要及時(shí)，并注意去除當(dāng)中的雜質(zhì)廢物甚至腐蝕品。二是外加劑的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)過(guò)關(guān)，有助于提升混凝土的性能。提升強(qiáng)度，嚴(yán)密度，抗低溫，抗?jié)B漏等性質(zhì)。第三，應(yīng)當(dāng)注意成分比配的嚴(yán)格實(shí)行，水灰比的數(shù)值藥效，塌落度要越小越好。并把水的總量控制在操作配料的最小使用度內(nèi)，并降低自由水的含有幾率。

4.3 使用方面

水工建筑使用上應(yīng)當(dāng)和設(shè)計(jì)規(guī)劃中的要求相統(tǒng)一，不可隨便更改。如果控制不好，會(huì)引發(fā)混凝土與外部條件之間的協(xié)調(diào)性減弱。而混凝土的成分以及結(jié)構(gòu)必然會(huì)發(fā)生化學(xué)和物理上的變化。特別是混凝土結(jié)構(gòu)容易發(fā)生活動(dòng)和摩擦的地方，更應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)包裹和隔離工作。

4.4 管理方面

對(duì)于水工建筑的混凝土，應(yīng)當(dāng)從多方面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，應(yīng)當(dāng)及時(shí)做好檢查措施，增強(qiáng)保養(yǎng)投入，對(duì)重點(diǎn)發(fā)病的地方應(yīng)當(dāng)特別注意，派遣人員，投入時(shí)間來(lái)進(jìn)行正規(guī)的裂紋和碳化程度的測(cè)量，及時(shí)記錄。如果已經(jīng)發(fā)生了裂紋和干落的狀況，要馬上用涂料等進(jìn)行修護(hù)，使之與空氣和外界侵蝕物相分離，將問(wèn)題控制在最小的狀態(tài)。以免其擴(kuò)大，將更加難以收拾?？蛇M(jìn)行混凝土補(bǔ)強(qiáng)。有助于提升硬度等級(jí)。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)建筑砼碳化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生影響的方面很多，問(wèn)題形成的原因和狀態(tài)也較為復(fù)雜，其預(yù)防和杜絕的辦法多種多樣，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)探討，本文總結(jié)的水工建筑物砼碳化的分析辦法也可以利用于相似表征的砼碳化狀況中。

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[2]張宗團(tuán).水工建筑物混凝土碳化及其防止措施[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2011（06）.