淺談混凝土碳化原理與混凝土碳化防治

毛任重 張坤 羅兵

中建八局第四建設(shè)有限公司

摘要：現(xiàn)階段建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，建筑行業(yè)的實(shí)體質(zhì)量越來(lái)越重要，如何保證、提高鋼筋混凝土的強(qiáng)度對(duì)于混凝土工程來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。而混凝土碳化深度作為影響混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一，也被放到了重要的地位。本文從混凝土碳化原理出發(fā)，簡(jiǎn)要闡述了混凝土碳化影響因素，并討論在施工中為提升混凝土強(qiáng)度、減緩混凝土碳化可采取的有效措施。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土;主體結(jié)構(gòu);碳化深度;混凝土強(qiáng)度

一、選題背景

（一）隨著建筑業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，工程的進(jìn)度要求越來(lái)越快，施工質(zhì)量要求越來(lái)越高，現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)更趨規(guī)范。因此為了工程保質(zhì)保量完成，如何保證、提高鋼筋混凝土的強(qiáng)度對(duì)于混凝土工程來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

（二）混凝土碳化深度作為影響混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一，亦被放到了重要的地位。混凝土碳化會(huì)使混凝土的堿度降低，減弱了對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，可能導(dǎo)致鋼筋的銹蝕。碳化還會(huì)引起混凝土收縮（碳化收縮），容易會(huì)使混凝土的表面產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，再隨著時(shí)間推移細(xì)小裂紋發(fā)展成大裂縫，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成嚴(yán)重危害。因此為降低混凝土碳化速率，筆者從混凝土碳化影響因素出發(fā)，總結(jié)得到有效的防治措施，并最終改善混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量，特選此題。

二、混凝土碳化原理及其影響因素

（一）混凝土碳化原理

混凝土的碳化是指空氣中的CO2、SO2等酸性氣體與混凝土中液相的Ca（OH）2作用， 生成CaCO3和H2O的中性化過(guò)程。此外水泥石中水化硅酸鈣（CSH）和未水化的硅酸三鈣（C3S）及硅酸二鈣（C2S）也要消耗一定的CO2氣體。

由于混凝土是一種多孔性材料， 在其內(nèi)部往往存在著大小不同的毛細(xì)管、孔隙、氣泡等缺陷， 具有一定的透氣性?？諝庵械腃O2首先滲透到混凝土內(nèi)部充滿空氣的孔隙和毛細(xì)管中， 而后溶解于毛細(xì)管中的液相， 與水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的Ca（OH）2和水化硅酸鈣（CSH）等物質(zhì)相互作用， 形成CaCO3。

Ca（OH）2是水泥的主要水化產(chǎn)物之一，對(duì)于普通硅酸鹽水泥而言，水化生成的Ca（OH）2可達(dá)10%～15%。Ca（OH）2一方面是混凝土高堿度的主要提供者，另一方面又是混凝土中最不穩(wěn)定的成分之一，很容易與環(huán)境中的酸性介質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，從而使混凝土碳化。

（二）混凝土碳化主要影響因素

1、水泥品種的影響。水泥品種不同意味著其中所包含的化學(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（BFC） > 普通硅酸鹽水泥（OPC） > 早強(qiáng)水泥（HEC） 。

2、水灰比的影響。水灰比增加，混凝土硬化后，多余的水分蒸發(fā)或殘留在混凝土中， 會(huì)提高混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔的含量，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部滲透性提高，因此CO2氣體在混凝土毛細(xì)孔中的擴(kuò)散速度加快，從而將加快混凝土的碳化速度，使混凝土碳化區(qū)的碳化深度提高。

3、空氣相對(duì)濕度的影響。混凝土的碳化與混凝土環(huán)境的相對(duì)濕度有著重要關(guān)系。Ca（OH）2與CO2反應(yīng)生成的水要向外擴(kuò)散，以保持混凝土內(nèi)部與大氣之間的濕度平衡。在相對(duì)濕度接近100%時(shí)，混凝土中的孔隙被水蒸氣的冷凝水所充滿，反應(yīng)產(chǎn)生的水向外擴(kuò)散和CO2向內(nèi)滲透的速度大幅度降低，碳化將終止。而當(dāng)相對(duì)濕度小于25%時(shí)，雖然CO2的擴(kuò)散滲透速度很快，但混凝土毛細(xì)孔中沒(méi)有足夠的水，空氣中的CO2無(wú)法溶解于混凝土毛細(xì)管水中，或其溶解量非常有限，使之不能與堿性溶液發(fā)生反應(yīng)，因此碳化反應(yīng)實(shí)際上也無(wú)法進(jìn)行。有資料表明，在相對(duì)濕度為50%～70%的條件下，最有利于促進(jìn)混凝土的碳化。

4、混凝土強(qiáng)度等級(jí)的影響?；炷翉?qiáng)度等級(jí)越高，混凝土則越密實(shí)，CO2的擴(kuò)散速度則降低，從而使混凝土的碳化速度隨之降低，混凝土的抗碳化能力得到提高。

5、混凝土振搗、養(yǎng)護(hù)的影響?；炷猎谑┕げ僮鬟^(guò)程中如振搗和養(yǎng)護(hù)良好，則混凝土硬化后密實(shí)度較高，混凝土的碳化速度慢。如果混凝土在施工初期養(yǎng)護(hù)不良，混凝土中的水分蒸發(fā)過(guò)快，混凝土面層的滲透性增大，則可加快混凝土的碳化。

因此綜上所述，混凝土碳化主要由水泥品種、混凝土自身品質(zhì)、空氣濕度、混凝土澆筑振搗與養(yǎng)護(hù)情況等因素綜合影響。

三、混凝土碳化防治措施

我們可以從上述混凝土碳化影響因素出發(fā)，通過(guò)采取減緩混凝土碳化的有效措施來(lái)防治混凝土碳化。

1、在混凝土的水泥品種選取時(shí)盡量使用不易碳化的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。同時(shí)在允許范圍內(nèi)加大水泥用量，一方面可以改變混凝土的和易性，提高混凝土的密實(shí)度;另一方面可以增加混凝土的堿性儲(chǔ)備，從而減緩混凝土碳化。

2、保證混凝土澆筑的連續(xù)性。在混凝土澆筑前，要充分考慮運(yùn)輸不穩(wěn)定因素，確定適宜澆筑時(shí)間，保障現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑的連續(xù)性以及出罐混凝土質(zhì)量，提高成型混凝土的密實(shí)度，從而減緩混凝土碳化。

3、在混凝土運(yùn)輸過(guò)程中，混凝土罐車(chē)須保持轉(zhuǎn)罐，攪拌桶轉(zhuǎn)速為2-3轉(zhuǎn)/分，排出混凝土之前，先讓攪拌桶在10-12轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)1分鐘，再進(jìn)行排料，防止混凝土初凝并保證了混凝土的和易性。

4、在混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)通過(guò)旁站監(jiān)督混凝土澆筑質(zhì)量，保證混凝土澆筑過(guò)程中振搗密實(shí)。同時(shí)每車(chē)次混凝土進(jìn)行混凝土坍落度測(cè)試，不達(dá)標(biāo)的混凝土不允許進(jìn)行澆筑。為保證混凝土水灰比，在混凝土澆筑過(guò)程中嚴(yán)禁加水。

5、改善混凝土養(yǎng)護(hù)條件?；炷翝仓Y(jié)束后在混凝土表面覆上一層塑料薄膜，將混凝土與空氣隔絕，阻止混凝土內(nèi)水分蒸發(fā)保證水泥水化作用正常進(jìn)行。此舉減少了混凝土表面裂縫的生成，并減少了混凝土在充分凝結(jié)前與空氣中CO2的接觸時(shí)間，從而減緩混凝土的碳化速率。

6、用60mm×40mm方鋼管替代圓鋼管、木方進(jìn)行主次龍骨柱墻加固。墻根采用角鋼加橡塑海綿條進(jìn)行封堵，確保剪力墻砼無(wú)漏漿，且應(yīng)在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度厚再進(jìn)行拆模，通過(guò)改善混凝土成型質(zhì)量來(lái)減少混凝土結(jié)構(gòu)與空氣中CO2的接觸面積，從而減緩混凝土的碳化速率。

總結(jié)：通過(guò)分析混凝土碳化的成因，筆者總結(jié)了在混凝土結(jié)構(gòu)施工階段可采取的有效減緩混凝土碳化的一系列措施，追根溯源就是通過(guò)改善混凝土入模質(zhì)量、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)效果從而最終減緩混凝土的碳化速率。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛荻濤 陳亦奇 《西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版》 1995 第4期

[2]混凝土碳化的原因、影響因素、危害防治及對(duì)強(qiáng)度的影響? 星論文網(wǎng)