混凝土碳化對鋼筋混凝土耐久性的影響

1、混凝土碳化對鋼筋混凝土耐久性的影響新澆筑的混凝土中，水泥的水化作用生成大量Ca（OH）2，使混凝土內(nèi)部保持pH值為11.5以上的堿性，有效避免鋼筋生銹。當空氣中CO2氣體逐漸滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化?；炷林袖摻畋３肘g化狀態(tài)不易生銹的最低堿度是pH值為11.5，而碳化后的混凝土pH值為8.59.5。碳化深度大于鋼筋保護層厚度后（比如梁板的保護層厚度為15mm），鋼筋會極易引起銹蝕，大大降低鋼筋混凝土耐久性?；炷恋乃冶冗^大、摻加粉煤灰質(zhì)量差且量大、養(yǎng)護不及時不充分、一些爛尾工程混凝土未能及時施工抹灰層防水層而長期暴露，都會加

2、劇混凝土碳化，從而降低耐久性。由于原材料質(zhì)量滑坡、粉煤灰等摻加量越來越大、且商品混凝土水灰比過大，當今混凝土的碳化愈來愈嚴重。據(jù)有關(guān)研究數(shù)據(jù)，一些于五六十年代建成的橋梁，經(jīng)過幾十年的使用，碳化深度值只有幾個毫米，我們現(xiàn)在很多項目齡期一年的混凝土，碳化深度都遠大于6mm甚至大于10mm。0前言混凝土碳化現(xiàn)象在混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在，混凝土碳化嚴重影響著混凝土的耐久性，是鋼筋銹蝕的罪魁禍首之一，在20世紀末就引起世界各國混凝土專家們的重視，并開始相應(yīng)的研究。近年來隨著預(yù)拌混凝土的普及以及建設(shè)速度的加快，更多的混凝土碳化問題不斷顯現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)碳化之快、碳化之深令人震驚，它值得每一個業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重

3、視。為此，如何采取科學(xué)措施，有效預(yù)防及處理混凝土碳化現(xiàn)象，提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，值得思考。1混凝土碳化概述混凝土的主要成分有水泥、粗細骨料、水以及外加劑。水泥摻與混凝土的拌合中，水泥中主要成分是CaO，經(jīng)水化作用后生成Ca（OH）2。混凝土的碳化作用是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕，當空氣中CO2氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化。碳化過程是二氧化碳由表及里向混凝土內(nèi)部逐漸擴散的過程。碳化的深度是隨時間的延續(xù)而增大；碳化的速度則受二氧化碳濃度及環(huán)境濕度等環(huán)境因素影響。假如在相對濕度50%的環(huán)境中，碳化速度最快，當相對濕度達

4、到100%時，或是相對濕度小于25%時，碳化停止進行。一般情況下，混凝土碳化值的大小與混凝土的齡期有關(guān)，齡期越長，碳化值越高。有統(tǒng)計表明，在400個混凝土構(gòu)件中，忽略混凝土齡期、設(shè)計強度等級、施工因素和溫濕度等差異后得出，碳化深度平均值為3.0mm，此為正常值。2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(xué)反應(yīng)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8.59.5。碳化現(xiàn)象的出

5、現(xiàn)，導(dǎo)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(xué)反應(yīng)，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(yīng)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。3提高混凝土耐久性的思路3.1調(diào)整保護層厚度保護層的厚度能夠起到延長碳化及侵蝕物質(zhì)留存在鋼筋表面的時間，并且提升混凝土結(jié)構(gòu)抗膨脹等變形現(xiàn)象的能力，因此加大保護層的厚度是有一定優(yōu)勢的。但同時，如果保護層厚度過大，也會產(chǎn)生適得其反的效果，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂等不良現(xiàn)

6、象。這就體現(xiàn)了保護層的厚度必須被控制在一個合理的程度，避免其過厚，減少了元件的有效高度，使得截面的負載水平降低，最終在混凝土結(jié)構(gòu)表面形成裂縫；同時避免其過薄，使得鋼筋材料被銹蝕，不能讓鋼筋與混凝土二者進行完美結(jié)合，降低混凝土的耐火性能。3.2確保材料質(zhì)量材料質(zhì)量和型號等作為影響混凝土性能的直接要素，必須得到高效控制，一般來說，水泥選用品質(zhì)復(fù)合GB175-2007規(guī)定的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥，強度等級不得低于P425。最好是選用堿含量低、水化熱低、干縮性小、耐熱性、抗水性、抗腐蝕性及抗凍性良好的水泥。攪拌混凝土所用水，最佳選擇是符合混凝土拌和用水標準的食用水，如果不能實現(xiàn)，則必須將所

7、用水的堿含量控制在0.6%之下，以免堿含量超標。在骨料的選擇方面，最佳的骨料是質(zhì)地較硬、表面相對粗糙、級配較好的碎石，區(qū)別其壓碎指數(shù)、含泥量都處于0.5%之下的水平，達不到該標準的材料應(yīng)該用清水去泥。砂，最好是選擇河沙，砂的級配與所使用的粗骨料的級配必須互相適應(yīng)，砂的含泥量不能高于1.5%，其中的堿含量最高不能超過3.0kg/m3。3.3控制水泥用量和水灰比混凝土碳化的速度與其密實程度息息相關(guān)，密實度越高，碳化的速度就越慢。而為了控制好混凝土的密實度，可以從控制其水灰比入手，將后者控制在較低水平，則混凝土的碳化速度也能隨之得到有效控制。通常情況下，施工單位會選擇提高水泥用量的辦法，但該方法的實

8、用價值并不高，只有科學(xué)調(diào)整混凝土的水灰比和保護層的厚度，才能在本質(zhì)上優(yōu)化混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而在后期的混凝土養(yǎng)護工作中，也要保持高度重視，以此增強混凝土的耐久性。3.4提高工程質(zhì)量影響混凝土碳化速度和耐久性的因素，不只表現(xiàn)在材料質(zhì)量本身，更與施工過程中的效率和質(zhì)量、施工后期的維護效果息息相關(guān)。在施工環(huán)節(jié)，人為失誤、不規(guī)范作業(yè)，都會直接對混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞。比如，澆筑流程不科學(xué)，振搗的頻率和次數(shù)有誤，就會導(dǎo)致混凝土密實度出現(xiàn)偏差。而孔隙太大，也會為空氣和水分的侵入提供機會，這就為加快鋼筋被腐蝕速度埋下了隱患。與之相應(yīng)，施工后的長期維護和檢修不到位，如果混凝土結(jié)構(gòu)有細微裂縫出現(xiàn)卻未能得到及時處理，就

9、會導(dǎo)致問題逐步惡化，最終形成破壞性作用，影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，這就要求施工和管理單位在施工、養(yǎng)護等多個環(huán)節(jié)加大控制力度，投入必要的人力物力成本，保證質(zhì)量。3.5做好混凝土碳化的預(yù)防與處理工作在事前預(yù)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(yù)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(xùn)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(yīng)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