砼碳化對鋼筋結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響與防治

劉碧霄

摘 要：科技的進步，促進工程建設(shè)事業(yè)得到快速發(fā)展?；炷潦墙ㄖ┕ゎI(lǐng)域極為常見的材料類型，有著廣泛的市場，但由于材料本身質(zhì)量不合格以及工程建設(shè)環(huán)節(jié)的人為失誤等原因，導致混凝土碳化問題嚴重，進而影響了混凝土結(jié)構(gòu)的性能。本文就砼碳化對鋼筋結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響與防治展開探討。

關(guān)鍵詞：混凝土;碳化;鋼筋銹蝕;修補方法

碳化是空氣中的二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用的很復雜的一種化學過程。在某些條件下，砼的碳化會增加其密實性，提高砼的抗化學腐蝕能力。但由于碳化會降低砼的堿度，破壞鋼筋表面的純化膜，使砼失去對鋼筋的保護作用，給砼中鋼筋銹蝕帶來不利影響。同時，砼碳化還會加劇砼的收縮，這些都會導致結(jié)構(gòu)的破壞。所以，碳化對鋼筋砼結(jié)構(gòu)的耐久性有很大影響，從而影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

一、砼碳化破壞機理

砼是一個多孔的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部存在許多的孔隙、氣泡缺陷，具有一定的滲透性。因而在空氣接觸時，空氣中的二氧化碳首先滲透到砼內(nèi)部充滿空氣的孔隙和毛細管中，而后溶解于毛細管中的液體，與水泥水化過程中產(chǎn)生的氫氧化鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣等水化產(chǎn)物相互作用，形成碳酸鈣晶體和水。一方面，水份蒸發(fā)后必然導致砼體積縮小。另一方面，形成碳化層砼的PH值約為9左右。當PH<10時，鋼筋的氧化層迅速破壞，在潮濕和氧存在的條件下，鋼筋產(chǎn)生銹蝕。

二、混凝土碳化原因

混凝土是一種多孔材料，內(nèi)部含有毛細管、孔和氣泡。當空氣中的二氧化碳進入到混凝土孔隙及毛細管中并進行溶解，氫氧化鈣、硅酸三鈣和磷酸氫鈣等物質(zhì)會形成水泥的中間產(chǎn)物碳酸鈣，最后碳化。換句話說，污染物中的酸性氣體與二氧化碳充分接觸，即使二氧化碳的體積遠遠大于酸性氣體，但是二氧化碳是弱酸。所以，形成的氣體進入到混凝土表面時，堿性物質(zhì)會比酸性物質(zhì)先發(fā)生反應，酸性氣體如二氧化硫、鹽酸等會氫氧化鈣進行中和反應。

三、碳化作用的危害

碳化作用主要引起鋼筋砼結(jié)構(gòu)的表面損壞，它是大氣中二氧化碳侵入砼的結(jié)果。一般情況下，碳化深度與時間的平方根成正比。因此，表面砼迅速碳化，然后其碳化速度由表及里下降。碳化速率還取決于水泥的用量和它的滲透性。因此，對于碳化對鋼筋結(jié)構(gòu)的破損來說，主要是碳化引起的鋼筋銹蝕而使體積膨脹及砼表面收縮，并對周圍的砼產(chǎn)生拉應力，當超過砼的抗拉極限時，造成砼結(jié)構(gòu)開裂，從而降低結(jié)構(gòu)的強度和耐久性。

四、混凝土碳化對鋼筋的影響

混凝土本身對鋼筋是有保護作用的，因為混凝土的存在會是鋼筋經(jīng)過化學反應后有一個純化膜，如果混凝土碳化，就會破壞這層保護膜，鋼筋在水和氧氣的作用下很快發(fā)生腐蝕，性能直線下降。詳細的過程如下所示;未碳化的混凝土呈堿性，混凝土中鋼筋保持鈍化狀態(tài)的最低堿度是pH值為11.5，碳化后的混凝土pH值為8.5～9.5。碳化現(xiàn)象的出現(xiàn)，導致混凝土的堿度直線下滑，且會同時使得孔溶液中氫離子數(shù)目增多，這酒削弱了其對鋼筋的保護效果。當碳化程度遠遠大于混凝土保層，一旦與水、空氣等物質(zhì)接觸便會發(fā)生化學反應，出現(xiàn)鋼筋被銹蝕的問題。生銹了的鋼筋，其體積會成倍上升，形成較大的膨脹應力，進而引起混凝土出現(xiàn)裂縫的問題。通過裂縫，水和CO2能夠直接進入內(nèi)部，反過來加快碳化和鋼筋銹蝕速度。

五、破損面修補處理方法

（一）準備工作

修補處理前的準備工作主要包括兩個方面。一是破損面的清理;二是修補材料的選用。首先必須清除疏松的砼，可以用切割出淺槽劃定清理范圍，以便形成到此為整齊而規(guī)則的邊緣。再用沖擊工具對疏松砼進行清除，深度至少10mm，應保證暴露鋼筋受腐蝕的全部范圍，并能夠?qū)︿摻钸M行清理。若鋼筋直徑較小時，通常是去掉鋼筋周圍的砼，徹底清洗鋼筋。修補材料可采用水泥基材料。因為水泥基材料不僅能為鋼筋提供堿性的環(huán)境，使鋼筋表面形成一層純化膜，而且施工質(zhì)量易于保證，費用也較低。

（二）水泥用量和水灰比

碳化的速度與密實性緊密相關(guān)，密實性能越好，相對碳化的速度也就越慢。水灰比小的混凝土密實性較好，碳化的速度就比水灰大的速度慢，相同條件下，水灰小的抗碳化能力也較好。一般施工采用的加大水泥用量的方法可行性并不高，反而是合理的設(shè)計水灰比和保護層厚度，才能夠從根本上解決混凝土結(jié)構(gòu)的問題。再加上后期的保養(yǎng)和維護，混凝土的碳化問題就能得到延緩，這也就延長了混凝土的耐久性，提高了使用性能。

（三）修補方法

修補工作應分若干層施工。首先在砼表面涂以粘結(jié)層。粘結(jié)層材料可采用兩份水泥對一份聚合物（如丙稀酸乳液）。在粘結(jié)層尚處于潮濕狀態(tài)時，就應立即進行第一層修補材料的施工。修補材料通常是1：2.5或1：3的水泥砂漿。也可在水泥砂漿中摻入10%的聚合物外加劑，這樣可改善修補材料的粘結(jié)力及提高修補砂漿的變形能力。每一層的施工厚度一般不超過20mm。對于修補表面要求光滑的結(jié)構(gòu)，在最后一層施工中必須采用細砂。實踐證明，砼碳化破損面的修補是一項難度很大的施工內(nèi)容。同時，其修復后的性能也很難完全滿足原有的性能及質(zhì)量要求。因此，對碳化作用，應從防止入手。首先應選擇抗碳化性能好的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，并有足夠的水泥水量。在施工時，應采用機械震搗，以保證砼的密實性。有條件時，可采用表面涂層或表面覆蓋層的方法，隔絕砼與大氣的直接接觸。在設(shè)計方面，可適當增加保護層的厚度，使其厚度大于50mm，保護鋼筋免遭銹蝕。采用水泥基材料修補時，應盡可能避免采用加熱養(yǎng)護以加速砼硬化。當采用自然養(yǎng)護時，應按有關(guān)規(guī)定，經(jīng)常灑水養(yǎng)護，以減水份蒸發(fā)和表面裂縫。

（四）做好混凝土碳化的預防與處理工作

在事前預防方面，由于碳化危害大，處理麻煩，因此最好能在施工過程中注意預防，盡可能地控制碳化的程度和威脅性。在對混凝土進行攪拌處理時，可以根據(jù)施工現(xiàn)場實際需要適當增加摻合料，借助外加劑的作用，全部材料質(zhì)量滿足施工需要。攪拌時要對材料配比做合理把握，把控好拌合物的坍落度，在達到泵送條件的前提下盡可能降低坍落度。建設(shè)單位需要做好施工人員的日常培訓和素質(zhì)教育工作，幫助其掌握防止碳化、提升鋼筋耐久性求的基本技巧和理論知識。在事后處理方面，由于不同混凝土結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)差異化的碳化現(xiàn)象，產(chǎn)生碳化的位置不同，其處理技術(shù)也應該是多元化的。對于深度超常的碳化，會形成嚴重的鋼筋銹蝕問題，此時需要對可能危機建筑安全的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)元件進行拆除處理。對于深度不大且在鋼筋保護層厚度范圍內(nèi)的碳化現(xiàn)象，其碳化層往往相對堅固，施工人員可以直接用涂料進行封閉處理。而對于某些鋼筋被大范圍、深度銹蝕的部分，則需要在修補前做妥善的除銹處理，并且根據(jù)實際情況適當加補鋼筋。

六、結(jié)語

碳化是空氣中的二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用的很復雜的一種化學過程。在某些條件下，砼的碳化會增加其密實性，提高砼的抗化學腐蝕能力。但由于碳化會降低砼的堿度，破壞鋼筋表面的純化膜，使砼失去對鋼筋的保護作用，給砼中鋼筋銹蝕帶來不利影響。同時，砼碳化還會加劇砼的收縮，這些都會導致結(jié)構(gòu)的破壞。所以，碳化對鋼筋砼結(jié)構(gòu)的耐久性有很大影響，從而影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]武海榮.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性環(huán)境區(qū)劃與耐久性設(shè)計方法[D].杭州：浙江大學，2017.

[2]吳慶令.海洋環(huán)境鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的耐久性與壽命預測[D].南京：南京航空航天大學，2018.

[3]宋立元.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)氯離子腐蝕耐久性研究[D].大連：大連理工大學，2018.