對混凝土碳化的認(rèn)識

【摘要】鋼筋砼結(jié)構(gòu)中鋼筋保護(hù)層厚度的設(shè)計，除應(yīng)保證鋼筋與砼的共同工作，更需滿足結(jié)構(gòu)耐久性的要求，使其在設(shè)計的使用年限內(nèi)不致因受到各種因素影響，如風(fēng)化、化學(xué)侵蝕、凍融、碳化等，造成砼破壞或鋼筋嚴(yán)重銹蝕而降低結(jié)構(gòu)的安全度。本文根據(jù)工程施工實踐和現(xiàn)場砼碳化深度檢測的結(jié)論談?wù)剬盘蓟恼J(rèn)識。

【關(guān)鍵詞】混凝土碳化；鋼筋銹蝕；抗?jié)B性能；表面涂層；認(rèn)識

1、綜述

根據(jù)多年來的工程施工和檢測試驗而知，砼碳化及對鋼筋的影響：在一般正常使用條件下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程的耐久性，主要取決于保護(hù)層的砼質(zhì)量（抗?jié)B性和堿度）、厚度、使用環(huán)境、原材料和施工質(zhì)量。處于室內(nèi)較干燥環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，雖碳化較快，但鋼筋不易銹蝕，處于室外或室內(nèi)潮濕環(huán)境的結(jié)構(gòu)，鋼筋銹蝕較快。影響結(jié)構(gòu)耐久性主要因素是砼碳化所需的時間，及鋼筋保護(hù)層的厚度。另外梁柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件棱角處碳化較快，也容易開裂，其保護(hù)層厚度應(yīng)相應(yīng)增加。

2、砼碳化對鋼筋銹蝕的影響

砼中鋼筋的銹蝕是電化學(xué)反應(yīng)的過程，施工成型后砼初始堿度較高（pH>12），此時鋼筋在這種高堿度液相介質(zhì)中，表面形成一層氧化鐵鈍化膜，它有效地阻隔電化學(xué)反應(yīng)，防止鋼筋的銹蝕。只有鈍化膜破壞處于活化狀態(tài)，同時與鋼筋接觸的砼中存在足夠的水和氧的條件下，鋼筋發(fā)生銹蝕。鈍化膜破壞主要是因砼液相堿度較低（pH<11.5），而堿度的降低還是由于砼的碳化。碳化會改變砼的孔隙結(jié)構(gòu)、重量、強(qiáng)度和收縮等性能。實測結(jié)果表明完全碳化后的砼堿度pH<10。

因此砼保護(hù)層被完全碳化導(dǎo)致的堿度降低是鋼筋銹蝕的誘因。如果所處環(huán)境缺乏足夠的水和氧，鋼筋不易銹蝕，而在室外或干濕交替的環(huán)境中，保護(hù)層的碳化尚未達(dá)到鋼筋，一般不銹蝕；若已達(dá)到，則產(chǎn)生不同程度的普通性銹蝕。綜上所述，砼的抗碳化性能，決定了它對鋼筋的保護(hù)性能，是影響鋼筋砼耐久性的主要因素，也是決定鋼筋砼保護(hù)層厚度的重要參數(shù)。

3、影響混凝土碳化的主要因素

3.1碳化深度與碳化時間

大量試驗研究表明，砼碳化深度將隨著碳化時間的延續(xù)而增加，而碳化速度（單位時間內(nèi)的碳化量）則是逐漸降低的，可簡化為下式表示：

x=α

式中：x—碳化深度，mm；

t—碳化時間，快速時單位為天，自然碳化時單位取年；

α—碳化速度系數(shù)。

因原材料配合比、施工質(zhì)量和氣候條件等的差異，砼自然碳化深度的離散性較大，但就平均碳化深度與使用年限的關(guān)系，符合上式規(guī)律。式中α值僅取決于砼本身品質(zhì)中的抗?jié)B性能和堿度儲備，它綜合地反映了水灰比、原材料質(zhì)量、砼施工質(zhì)量等內(nèi)因?qū)趴固蓟芰Φ挠绊懗潭取?/p>

3.2主要影響因素

（1）水灰比：強(qiáng)度等級高的砼，水灰比小，抗?jié)B性能高，水泥用量的增加也提高了堿度，故碳化慢，試驗結(jié)果表明，正常水泥用量的條件下，水灰比是影響碳化速度的主要參數(shù)。為近似線性的關(guān)系。因此降低水灰比是提高砼抗碳化能力的主要措施。

（2）水泥品種：不同品種的水泥，從熟料到摻和料的理化性質(zhì)和數(shù)量，都有各種的差異。摻合料多的水泥，尤其當(dāng)前大多以粉煤灰為主，成型后收縮性大，抗?jié)B性較低，碳化速度相對較快。試驗表明，水灰比相同時礦渣水泥的砼比普通水泥的砼，碳化速度快10-20%。室外暴露條件下，其碳化速度比普通水泥砼快一倍左右。

（3）骨料：當(dāng)水灰比相同時，在相同的試驗條件下，碎石粒徑大的單粒徑砼，比粒徑小的碳化塊10-20%；山砂配制的砼比河沙（配置的砼）碳化速度加快30%。連續(xù)粒徑粗骨料砼，抗?jié)B性能高，碳化速度較慢。

（4）減水劑：快速碳化試驗結(jié)果表明：保持水泥用量不變的條件下，摻入0.25%的M劑或3.5%的NC劑后，碳化速度可減緩10-30%，摻入減水劑提高砼的密實性，是提高抗碳化能力的有效途徑。

（5）施工質(zhì)量：同一砼，在施工中振搗和養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量是影響砼密實度的重要因素。由于振搗的質(zhì)量影響，在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，同一構(gòu)件，不同部位的碳化速度可有成倍差別，特別是構(gòu)件的棱角部位，容易產(chǎn)生缺陷，碳化速度一般快30%。

砼的抗?jié)B性能還與水泥的水化程度有關(guān)，水化程度高的砼，抗?jié)B性能就高；水化不充分，將使砼的抗?jié)B性能降低，加快碳化。因此施工中振搗密實加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)是保證砼抗?jié)B和抗碳化能力的關(guān)鍵。

（6）表面涂層：為防水而設(shè)在結(jié)構(gòu)表面的涂層或卷材，在一定程度上可以阻滯空氣的滲透，減緩砼碳化速度。它取決于涂層本身的抗?jié)B性和耐久性。實測結(jié)果表明水泥砂漿的抗碳化能力不低于相應(yīng)配比的砼。由此可見，在結(jié)構(gòu)表面施加涂層或水泥砂漿面層，可以用來彌補(bǔ)砼保護(hù)層抗碳化能力的不足。

（7）環(huán)境條件：砼的透氣性除與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與孔隙的充水程度即濕度有關(guān)。含飽和水的砼和完全干燥的砼不可能碳化。試驗結(jié)果表明當(dāng)相對濕度為90%、70%、50%時，砼碳化速度的平均比率為0.6：1.0：1.4，環(huán)境濕度相同時，CO2含量越高，碳化速度越快。

結(jié)論：

綜上所述，鋼筋砼結(jié)構(gòu)中砼碳化引起的鋼筋銹蝕，對確定和保證建筑物的合理使用年限至關(guān)重要，也是保證結(jié)構(gòu)安全性的主要因素之一?？刂祈盘蓟疃群退俣鹊囊c是：1.綜合試驗確定，保證鋼筋處于堿性環(huán)境的鋼筋砼各種類型構(gòu)件的砼保護(hù)層厚度；2.優(yōu)化設(shè)計，改善建筑物的使用環(huán)境，延緩砼碳化；3.加強(qiáng)優(yōu)化砼配合比的試驗研究，普及推廣使用高性能砼；4.重視和規(guī)范砂、石、摻合料、外加劑等地方材料的質(zhì)量控制，嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限制水泥和砼中粉煤灰的摻量；5.加強(qiáng)施工質(zhì)量的實控，提高砼的密實度、抗?jié)B性能，延緩砼碳化；6.重要建筑中影響安全性的主要構(gòu)件，可設(shè)計增加砼表面涂層，延緩砼碳化，增加耐久性。

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