混凝土碳化的影响因素及应对措施

混凝土碳化的影响因素及应对措施 钱大伟戴炜 (宿迁市建设工程质量检测中心有限公司) 【摘要】本文先介绍了混凝土的碳化机理，然后分三个方面详细研究了混凝土碳化的影响因 素，最后给出了相应的防碳化措施。 【关键词】混凝土；碳化；影响；措施 1刖言 混凝土的强度和耐久度是混凝土结构的两个重要指标，随着技术的不断进 步，人们从片面追求混凝土的高强度转移到重视混凝土结构的耐久度上来。混凝 土抗碳化能力是衡量混凝土结构耐久性的一个重要指标。抗碳化能力差的混凝土 构件，会引起钢筋的锈蚀，导致混凝土结构破坏，减少建筑物的使用寿命。随着 经济的发展，温室效应越来越显著，大气中C02浓度越来越高，大量处于暴露环 境中的混凝土结构物面临的碳化问题越来越严重。因此，研究混凝土碳化的影响 因素及应对措施就显得尤为重要。 2混凝土的碳化机理 混凝土的基本组成材料为水泥、水、砂和石子，其中硅酸盐水泥熟料矿物主 要由硅酸三钙和硅酸二钙组成，在拌合混凝土时，它们与水发生如下的化学反应： 2 (3CaO - SiO2) +6H2O = 3CaO - 2SiO2 - 3H20+3Ca(0H)2 2 (2CaO • Si02) +4H20 = 3Ca0 • 2SiO2 • 3H20+Ca(OH)2 由上可知，硅酸盐水泥的主要水化产物为水化硅酸钙和Ca(OH“,期 Ca(OH)2在 水中的溶解度极低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液，它的 PH值为12. 5〜13. 5,这种高碱性的环境有利于保护钢筋，相当于在钢筋周围产 生了一层“保护膜”，使其免遭锈蚀。 由于施工过程中的种种原因，混凝土内部存在许多大小不一的毛细孔、孔隙、 气泡、甚至缺陷，因此形成的混凝土实际是一个含固相、液相、气相的非均匀物 质，于是环境中的二氧化碳气体便通过这些无法避免的缺陷，渗透到毛细孔和孔 隙中，与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应，其化学方程式如下： C02+ H20 =H2C03 Ca (OH) 2+H2C03 = CaC03+2H20 反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca*和0H「，反向扩散到 孔隙液中，与继续扩散进来的C02反应，一直到孔溶液中的PH值降为8. 5-9.0 时⑴，这层毛细孔才不再进行这种中和反应，即所谓“已碳化”，混凝土表层碳 化后，大气中的CO,继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩 散，更深入地进行碳化反应。这些反映使混凝土中的碱度降低，破坏钢筋周围的 “保护膜”，这样就会加速钢筋的锈蚀，因锈蚀就会引起体积膨胀使混凝土覆盖 层遭受破坏，从而发生沿钢筋界面出现裂缝以及混凝土覆盖层剥落等现象。 3混凝土碳化的影响因素 经上所述，碳化对钢筋混凝土结构有不利影响，必须对其影响因素进行全面 的了解以采取积极有效的预防措施。混凝土碳化速度取决于混凝土的密实度及其 碱储备量，混凝土的密实度越大，碱储备量越多，其抗碳化能力越强。影响混凝 土碳化的因素很多很复杂，可以从以下几个方面予以分类：混凝土自身方面、环 境条件方面、施工方面。 3. 1混凝土自身方面 3. 1. 1水泥用量 增加水泥用量可以改善混凝土的和易性和密实度，提高碱储备量。水泥用量 直接影响混凝土吸收C02的量，水泥用量越大，混凝土碳化速度就越慢。 3. 1. 2水泥品种 水泥品种不一样，其化学成分、矿物成分以及混合材的品种和含量有所差别， 必然影响到混凝土的渗透性及其碱性，对碳化速度必然有影响。一般说来，使用 加掺合料较多的水泥（如矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥）比普通硅酸盐水 泥碳化速度更快，早强水泥的抗碳化能力好一些，而且强度等级高一些的水泥的 抗碳化能力要强。 3. 1. 3水灰比 水灰比是决定混凝土各项性能的一个重要参数。水灰比越小，混凝土结构的 孔隙率就越小，密实度就越大，从而使C02的扩散速度以及碳化速度减小。 3. 1. 4骨料的品种及颗粒级配 骨料的品种和颗粒级配影响混凝土的密实度，从而影响到碳化速度。粗骨料 粒径越大，越容易造成离析、泌水，影响稳定性，增加了透气性，降低密实度。 而轻骨料本身气泡多，透气性大，所以能通过骨料使混凝土碳化。一般来说，轻 骨料混凝土的抗碳化能力弱于普通混凝土，需要掺用加气剂或减水剂来减缓它的 碳化速度。 3. 1. 5矿物掺合料 现在的商品混凝土中多数都使用粉煤灰，这样可以有效的降低成本。粉煤灰 混凝土的抗碳化能力呈现早期低后期强的特点。粉煤灰早期强度低，孔结构差， 抗碳化能力低于同等条件下的普通混凝土；随着养护龄期的增加，粉煤灰的火山 灰效应及微集料充填效应得以发挥，使得有害孔减少，无害孔增加，提高抗碳化 能力。但是粉煤灰影响到混凝土的碱储备量，掺量过大时（＞30%）时抗碳化能力 下降，低掺量粉煤灰显著提高了混凝土的抗碳化能力，其中粉煤灰的最佳掺量在 15%〜17%⑵。采用粉煤灰与矿渣双掺技术能够提高混凝土的抗碳化能力。还可 以掺加优质减水剂或引气剂，这样可以有效改善混凝土的和易性，减小水灰比， 制成密实度高的混凝土，减慢碳化速度。 3. 1.6覆盖层 覆盖层对混凝土碳化有一定的延缓作用，气密性高的覆盖层能够减少C02的 渗透量，提高抗碳化能力。 3.1.7抗压强度⑶ 混凝土抗压强度是其基本性能指标之一，也是衡量混凝土品质的综合性参 数，它与混凝土的水灰比有非常密切的关系，并在一定程度上反映了水泥品种、 水泥用量与水泥强度，骨料品种掺和剂，以及施工质量与养护方法等对混凝土品 质的共同影响。混凝土强度高，其抗碳化能力强。 3. 2环境条件方面 3. 2. 1光照和温度 混凝土碳化与光照和温度有直接关系。温度升高，碳化反应和C02扩散速度 加快，所以碳化速度加快。阳光的直射，加速了其化学反应，也能使碳化速度加 快。 3. 2. 2相对湿度 相对湿度决定孔隙水的饱和程度。碳化是液相反应，相对湿度低于45%空气 中（干燥状态）的混凝土很难碳化；在相对湿度＞95%的潮湿空气中或在水中的 混凝土由于透气性小，反而难以碳化。在45-95RH的环境相对湿度范围，随着 环境相对湿度的增大，混凝土的碳化速度降低 3. 2. 3环境中C02浓度 C02浓度越高，碳化速度就越快。一般认为，混凝土的碳化深度与C02浓度 的平方根成正比⑸。 3. 3施工方面 3. 3. 1施工质量 混凝土的浇注与振捣影响其密实性。搅拌不足，振捣不良，都会降低混凝土 的密实性，而且会使内部出现裂缝、孔洞、蜂窝等，降低其抗碳化能力。 3. 3. 2养护质量 养护方法以及养护龄期影响混凝土的抗碳化能力。一般情况下，蒸养混凝土 的碳化速度比正常养护下的混凝土快⑹。养护龄期延长，混凝土的密实度提高， 强度增加，孔结构更加细化，碳化速度下降。 4混凝土碳化的应对措施 明确了影响混凝土碳化的几方面因素，我们便可以对症下药，研究提高混凝 土抗碳化能力的方法。由于环境条件方面的客观因素，人们无法或很难改变，因 此，我们应该着重从混凝土自身方面及施工方面下手，研究防碳化的措施。 4. 1配合比设计方面 降低水灰比，提高混凝土的抗压强度，优化