淺談混凝土碳化的危害及預(yù)防措施

　　摘要：混凝土的碳化是引起鋼筋銹蝕影響混凝土耐久性的重要原因之一，為提高混凝土的耐久性，必須防止混凝土的碳化或降低碳化速度。本文論述了混凝土碳化的機(jī)理、危害及影響碳化的因素，并提出了防止混凝土的碳化或放慢碳化速度所采取的措施，為防止鋼筋銹蝕，提高混凝土的耐久性提供了重要依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：混凝土的碳化 耐久性 鋼筋銹蝕 抗?jié)B 保護(hù)層 

　　1 概述

　　在混凝土建筑工程中，混凝土必須是耐久性的（混凝土耐久性是指混凝土在所使用的環(huán)境中保持長期性能穩(wěn)定的能力）。如耐久性能不足，就會造成結(jié)構(gòu)物不同程度的損壞，一旦被損壞，所作修復(fù)工作投入的人力、物力往往是很大的；如耐久性能不足，甚至整個工程就會完全遭到破壞，給國家造成重大損失。因此提高混凝土的耐久性、對延長混凝土建筑物的使用年限，節(jié)約國家對建筑的投資，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

　　影響混凝土耐久性的因素是多方面的，而其中重要因素之一就是混凝土的碳化?；炷撂蓟?，會引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致其體積膨脹，使混凝土保護(hù)層開裂，直至使混凝土剝落，嚴(yán)重的影響了混凝土建筑物的耐久性。因此必須采取相應(yīng)措施，防止混凝土的碳化或降低碳化速度。

　　2 混凝土碳化機(jī)理

　　硬化的混凝土，由于水泥水化生成Ca(OH)2，故顯堿性，PH值>12，此時混凝土里的鋼筋表面生成一層穩(wěn)定、致密、鈍化的保護(hù)膜，使鋼筋不生銹。當(dāng)不密實(shí)的混凝土置于空氣中或Co2環(huán)境中時，由于Co2的侵入，混凝土中的Ca(OH)2與空氣中的Co2在一定濕度的范圍內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaCO3等物質(zhì)，其堿性逐漸降低，甚至消失，這種化學(xué)反應(yīng)稱為混凝土的碳化。當(dāng)環(huán)境處于50-70%的濕度時碳化速度最快。（另外凡是能與Ca(OH)2進(jìn)行中和反應(yīng)的一切酸性氣體，如SO2、SO3、H2S以至于HCI等，均能進(jìn)行中和反應(yīng)，使混凝土堿性降低，使其中鋼筋去鈍化，故混凝土碳化應(yīng)更廣義的稱為“中性化”）。這個碳化過程是由表及里、由淺入深，逐漸向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散。表層的混凝土碳化后，侵入的Co2將繼續(xù)沿著混凝土中的空隙通道向混凝土的深處擴(kuò)展，直至到達(dá)混凝土里鋼筋的表面。碳化作用降低了混凝土的堿性，對鋼筋的保護(hù)膜起破壞作用，當(dāng)混凝土的PH值<12時，鋼筋的保護(hù)膜就不穩(wěn)定，當(dāng)PH值<11.5時，鋼筋的鈍化膜就會遭到破壞，引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致其體積膨脹至約為基體的2-4倍，所產(chǎn)生的膨脹力將使混凝土保護(hù)層開裂。開裂的混凝土由于Co2不斷的侵入，碳化更加嚴(yán)重，鋼筋銹蝕更加厲害，直至使混凝土剝落，嚴(yán)重的影響了混凝土的耐久性。

　　3 混凝土碳化造成的危害 

　　混凝土碳化引起鋼筋銹蝕使混凝土遭到嚴(yán)重破壞，據(jù)新出版的有關(guān)文獻(xiàn)記載：大量的調(diào)查結(jié)果表明，由于混凝土的碳化引起鋼筋銹蝕，使工程遭到了破壞或降低了使用年限。造成了很大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。

　　如江蘇水科所許冠紹等1988年對40座內(nèi)陸地區(qū)淡水閘的調(diào)查表明，因混凝土的碳化引起的鋼筋銹蝕導(dǎo)致62%的上部結(jié)構(gòu)破壞，有的工程由于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差，建成不久就出現(xiàn)病害，運(yùn)行5-10年就不得不進(jìn)行大修。

　　季詩政對北京河道上的40多年來先后修建的130余座涵閘作了老化和病害情況的調(diào)查，結(jié)果表明普查面積的40%須盡快維修，對這些涵閘威脅最大的破壞就是混凝土碳化引起的鋼筋腐蝕。

　　近年來南京水利科學(xué)研究院對渦河上運(yùn)行了20多年的10余座水閘進(jìn)行了調(diào)查和檢測，結(jié)果表明各水閘混凝土結(jié)構(gòu)均存在較為嚴(yán)重的混凝土順筋脹裂、剝落的破損問題，混凝土碳化引起鋼筋銹蝕是破損的主要原因。水閘必須進(jìn)行維修、加固改造。

　　華南地區(qū)18座海港碼頭中，因碳化而引起的工程破壞占89%。

　　滄州沿海地區(qū)20世紀(jì)60-70年代建造的中小型水庫、中小型橋梁中，也因碳化作用發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷破壞。

　　孫家瑛、吳初航等對上海地區(qū)范圍內(nèi)建設(shè)10多年的立交橋和高架道路的初步觀察發(fā)現(xiàn)，混凝土構(gòu)筑物在耐久性方面存在著不同程度的問題，由于混凝土保護(hù)層太薄，混凝土抗水、抗有害離子滲透及抗碳化性能差等，某些部位的混凝土開裂，鋼筋銹蝕，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)正常的使用壽命。

　　4 影響混凝土碳化的因素

　　影響混凝土碳化的因素是由于混凝土的抗?jié)B能力不足和環(huán)境條件引起的，抗?jié)B能力取決于混凝土所用的水泥品種、骨料、水灰比以及澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量等；環(huán)境條件包括溫度、濕度、和CO2的濃度等。環(huán)境條件是客觀存在的，幾乎無法改變。因此防止混凝土的碳化必須從提高混凝土的抗?jié)B性著手，以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗?jié)B能力，降低混凝土的滲透以及采取各種辦法，防止混凝土的碳化或降低混凝土的碳化速度。 [Page]

　　5 預(yù)防混凝土碳化的措施

　　如何防止混凝土的碳化，下面介紹幾種方法。

　　5.1提高混凝土的抗?jié)B性。由以上所知，混凝土的碳化與其抗?jié)B性有直接關(guān)系。一般說來，混凝土的抗?jié)B性能越好，則混凝土的碳化速度越慢。因此為防止混凝土的碳化，必須提高混凝土的抗?jié)B性。其方法有：（1）降低水灰比。影響混凝土碳化速度的主要因素是水灰比。水灰比小的混凝土水泥漿的組織密實(shí)，透氣性小，既有較好的抗?jié)B性，因而碳化速度慢。所以在拌制混凝土?xí)r，在滿足設(shè)計要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實(shí)度，提高混凝土的抗?jié)B性。為此，可摻引氣型的高效減水劑，一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定、互不連通的微小氣泡，阻止了CO2的滲透，另一方面也大大減少了混凝土的用水量，增加了混凝土的密實(shí)度，提高了抗?jié)B性；（2）選擇合適的材料。應(yīng)選用顆粒細(xì)、水化熱低的水泥。因為越細(xì)，凝結(jié)越快，泌水越少，抗?jié)B性能越好。水泥標(biāo)號一般不低于425#；細(xì)骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質(zhì)地堅硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂，含泥量<3%，并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑5–30mm為宜，最大粒徑不超過40 mm、含泥量<1%，要求組織細(xì)密、顆粒整齊、質(zhì)地堅硬，另外級配要優(yōu)良，以改善混凝土的和易性，增加密實(shí)度，提高抗?jié)B性。（3）加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。如混凝土早期養(yǎng)護(hù)不好，水泥得不到正常水化，一是會降低混凝土的密實(shí)度，二是極易產(chǎn)生裂縫繼而影響抗?jié)B性。據(jù)有關(guān)資料記載：水灰比0.6的礦渣水泥混凝土，濕養(yǎng)3d比濕養(yǎng)7d者碳化加快50%。所以一定要加強(qiáng)混凝土的早期濕潤養(yǎng)護(hù)，時間不得少于14d，以保證水泥正常水化，增加密實(shí)度，提高抗?jié)B性。（4）防止裂縫。由于各種原因容易使混凝土產(chǎn)生裂縫。混凝土建筑物中常見的裂縫有：干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等。防止干縮裂縫、塑性裂縫、收縮裂縫、沉降裂縫采取的措施有：除以上提到的（1）–（3）項外，混凝土攪拌時間要適當(dāng)，澆筑時下料不要太快，防止堆積，振搗要密實(shí)，但避免過振，一般振搗時間為每次10–15s，混凝土初凝前要抹平，終凝前要壓光，壓光后要及時用濕草簾苫蓋或噴涂養(yǎng)護(hù)劑認(rèn)真養(yǎng)護(hù)。夏天氣溫高，要及時噴水養(yǎng)護(hù)，使其保持濕潤；防止溫度裂縫的措施有：施工時，首先要考慮礦渣水泥、粉煤灰水泥，對于大體積混凝土要用中熱或低熱水泥，同時在保證強(qiáng)度指標(biāo)的情況下加入一定量的活性摻合料(如粉煤灰、礦渣微粉等)。在一定范圍內(nèi)，活性摻合料對水泥的代用量越多，降低混凝土溫升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實(shí)際承載力和工期長等情況，和設(shè)計單位協(xié)商，用56d、90d的抗壓強(qiáng)度代替28d的抗壓強(qiáng)度做為設(shè)計強(qiáng)度。如充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，可使每方混凝土少用水泥約50kg，則混凝土溫度可降低約5℃，可減少混凝土溫度裂縫。再就是在大體積混凝土里加入緩凝、引氣型的減水劑，以改善其和易性、流動性、粘聚性、保水性。通過分散和減水作用，可降低用水量，增加混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度，同時還降低水化熱，推遲溫峰出現(xiàn)的時間，因而減少溫度裂縫，亦提高混凝土抗?jié)B性。

　　5.2要用生成Ca(OH)2多的水泥。由于水泥品種、摻合料品種及其摻量的不同，水泥水化時生成的堿性物質(zhì)Ca(OH)2含量都有所不同，故對混凝土的碳化速度也有一定的影響，生成 Ca(OH)2多的水泥，其混凝土碳化速度慢。所以施工時要選擇生成Ca(OH)2多的水泥，以減慢混凝土的碳化速度。如：使用普通硅酸鹽水泥澆筑的混凝土要比使用早強(qiáng)硅酸鹽水泥澆筑的混凝土碳化速度稍快些。而使用加摻合料的水泥澆筑的混凝土則比使用普通硅酸鹽水泥澆筑的混凝土碳化速度要快些。因為熟料含量多、摻合料少的水泥，通常堿性較高，碳化速度慢。摻粉煤灰、煤矸石者一般比摻等量礦渣的水泥碳化快，高鋁水泥在水化過程中不生成氫氧化鈣，所以混凝土不顯堿性，易于碳化。各種水泥混凝土的碳化速度參見碳化速度比率R表。 [Page]

　　5.3適當(dāng)增加鋼筋混凝土保護(hù)層的厚度，以延緩二氧化碳等到達(dá)鋼筋表面的時間。

　　5.4表面涂刷防滲層。為防止?jié)B透在混凝土結(jié)構(gòu)表面涂刷抗?jié)B性和耐久性好的有機(jī)防滲層材料，在一定程度上可以阻滯空氣的滲透而減慢混凝土的碳化。

　　5.5在混凝土里摻阻銹劑，這樣也可以防止由于混凝土的碳化而引起的鋼筋銹蝕。

　　6 結(jié)論

　　混凝土的碳化雖然能對混凝土的耐久性產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，但只要科學(xué)施工，嚴(yán)格管理，采取各種措施，預(yù)防混凝土的碳化或減慢碳化速度是完全有可能做到的。

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