混凝土的碳化

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1、混凝土的碳化前言在混凝土建筑工程中，混凝土必须是耐久性的（混凝土耐久性是指混凝土在所使用的 环境中保持长期性能稳定的能力）。如耐久性能不足，就会造成结构物不同程度的损坏，一旦被损坏，所作修复工作投入的人力、物力往往是很大的；如耐久性能不足，甚至整个工程就会完全遭到破坏，给国家造成重大 损失。因此提高混凝土的耐久性、 对延长混凝土建筑物的使用年限，节约国家对建筑的投资 ，具有重要的 现实意义和深远 的历史意义。 影响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。混凝土碳化，会引起钢筋锈蚀，导致其体积膨胀，使混凝土保护层开裂，直至使混凝土剥落，严重的影响了混凝土建筑物的耐久性。

2、因此必须采取相应措施，防止混凝土的碳化或降低碳化速度。1. 定义混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中 CO2 气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化。2. 原理混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：（）2232。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充 满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的 23 和34，称 为纯化膜。碳化后使混凝

3、土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说 ，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢 筋的保护作用减弱。3. 影响因素影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同，水泥品种是影响混凝土碳化的主要因素。矿渣水泥和粉煤灰水泥中的掺合料含有活性氧化硅和活性氧化铝，它们和氢氧化钙结合形成具有胶凝性的活性物质，降低

4、了碱度，因而加速了混凝土表面形成碳酸钙的过程，固而碳化速度较快。普通水泥碳化速度慢；其次，影响混凝土碳化主要还与周围 介质中 CO2 的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止，所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因；再次，在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还将决定于水中是否存在影响 Ca（OH）2 溶解度的物质，如水中含有 Na2SO4 及少量 Mg2+时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有 Ca（HCO3）2 的 Mg（HCO3）2 对抵抗溶出侵蚀则十分有利。因为它们在混凝土表面形成一种碳化保护层；另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝土的过度振捣、混凝土

5、附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。另外影响混凝土碳化的因素还有如下几点：粗、 细骨料。若使用的是江砂，细骨料及粉料过多，则碳化速度加快。 水灰比。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，碳化速度较慢。外加剂 。混凝土外加剂的种类较多，但不可使用含有氯化物的外加剂，因为氯化物会加剧钢筋的腐蚀。 浇筑和养护质量。混凝土浇筑时，振捣不密实、养护方法不当、养护时间不足会造成混凝土内部毛 细孔道粗大，使水、空气、侵蚀性化学物质进入混凝土内部，加速混凝土的碳化和钢筋腐蚀。4. 检测方法.在砼表面凿个小洞，深 1cm 左右；.用洗耳球或小皮老虎吹掉灰

6、尘碎屑；.在凿开的砼表面滴或者喷 1%的酚酞酒精溶液；.用游标卡尺或碳化深度深度测定仪测定没有变色的砼的深度。注意：碳化深度值测量行标（JGJ/T 23-2001）：采用适当工具在测区表面形成直径约 15mm 的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。孔洞中的粉末和碎屑应除净，并不得用水擦洗。同时，应采用浓度为 1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁边缘处，当已碳化与未碳化界线清楚时，再用深度测量工具测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离，测量不应少于 3 次，取其平均值。每次读数精确至 0.5mm。5. 危害钢筋混凝土结构在使用寿命期间可能遇到的最危险倾入介质就是氯离子。它对混凝土结构的危

7、害是多方面的。正常情况下，钢筋混凝土结构中，混凝土的孔隙中存在着碱性溶液，钢筋在这种碱性介质条件下，生成一 层厚度很薄的氧化膜，氧化膜牢固吸附在钢筋的表面上，保护钢筋不发生锈蚀。可是碳化会使混凝土 对钢筋的保护 作用减弱，当碳化超 过混凝土的保护层厚度时，钢筋就会开始锈蚀 。这是因为碳化降低了混凝土的碱性，并增加混凝土孔溶液中氯离子的含量。经研究表明，对于混凝土中的钢筋，当周围环境中的 pH 值大于 11.5 时，钢筋处于完全钝化状态，锈蚀 不会发生；pH 值小于 910 时， 钢筋完全脱钝， 锈蚀速度不受pH 值影响；而当 pH 值小于 4 时，钢筋锈蚀速度急剧增加，造成混凝土的强度降低并引

8、起构件力学性能和结构承载力降低，从而 导致结构过早退出独、 、服役期， 带来不可估量的经济损失甚至还可能造成人员伤亡。混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果。水泥在水化过 程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保 护作用，使 钢筋表面生成 难溶的 Fe2O3 和 Fe3O4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢 筋的保护作用， 钢筋开始生 锈。同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土 对钢筋的保护作用减弱。同 时

9、，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，使混凝土对钢筋的保护作用减弱。当钢筋锈蚀后，锈蚀产生的体积比原来膨胀 24 倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力， 锈蚀越严重， 铁锈越多，膨胀力越大，最后导致混凝土开裂形成顺筋裂缝。裂缝的产生使水和 CO2 得以顺利的进入混凝土内，从而又加速了碳化和钢筋的锈蚀。6. 防治措施 提高混凝土的抗渗性。由以上所知，混凝土的碳化与其抗渗性有直接关系。一般说来，混凝土的抗渗性能越好，则混凝土的碳化速度越慢。因此为防止混凝土的碳化，必 须提高混凝土的抗渗性。其方法有： （1）降低水灰比。影响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浆的组织密实，透气性小，既有较好

10、的抗渗性，因而碳化速度慢。所以在拌制混凝土时，在满足设计要求和施工要求的情况下，尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，提高混凝土的抗渗性。为此，可掺引气型的高效减水剂，一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通的微小气泡，阻止了 CO2 的渗透，另一方面也大大减少了混凝土的用水量，增加了混凝土的密实度，提高了抗渗性； （2）选择合适的材料。应选用颗粒细、水化热低的水泥。因为越细，凝结越快，泌水越少，抗渗性能越好。水泥标号一般不低于 425#；细骨料要求砂的颗粒均匀、圆滑、质地坚硬、平均粒径为 0.4mm 左右的河砂，含泥量3%，并含适量的粉砂；选用粗骨料，除大体 积外，一般情况下粒径 530

11、mm 为宜，最大粒径不超过40 mm、含泥量1%，要求组织细密、 颗粒整齐、 质地坚硬，另外级配要优良，以改善混凝土的和易性，增加密实度，提高抗渗性。 （3）加强早期养护。如混凝土早期养 护不好，水泥得不到正常水化，一是会降低混凝土的密实度，二是极易产生裂缝继 而影响抗渗性。据有关 资料记载 ：水灰比 0.6 的矿渣水泥混凝土，湿养 3d 比湿养 7d 者碳化加快 50%。所以一定要加强混凝土的早期湿润养护，时间不得少于 14d，以保证水泥正常水化，增加密实度，提高抗渗性。 （4）防止裂缝。由于各种原因容易使混凝土产生裂缝。混凝土建筑物中常见的裂缝有：干缩裂缝、塑性收缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝

12、等。防止干缩裂缝、塑性裂缝、收 缩裂缝、沉降裂缝采取的措施有：除以上提到的（1）（3）项外，混凝土搅拌时间要适当， 浇筑时下料不要太快，防止堆积，振捣要密实，但避免过振，一般振捣时间为每次 1015s，混凝土初凝前要抹平，终凝前要压光，压光后要及时用湿草帘苫盖或 喷涂养护剂认真养护。夏天气温高，要及时喷水养护，使其保持湿润；防止温度裂缝的措施有：施工 时，首先要考虑矿渣水泥、粉煤灰水泥，对于大体积混凝土要用中热或低热水泥，同时在保证强度指标的情况下加入一定量的活性掺合料(如粉煤灰、矿渣微粉等)。在一定范围内，活性掺合料对水泥的代用量越多，降低混凝土温升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期强度

13、，根据工程结构实际承载力和工期长等情况，和 设计单位协商，用 56d、90d 的抗压强度代替 28d的抗压强度做为设计强度。如充分利用混凝土的后期强度，可使每方混凝土少用水泥约50kg，则混凝土温度可降低约 5，可减少混凝土温度裂 缝 。再就是在大体积混凝土里加入缓凝、引气型的减水剂，以改善其和易性、流动性、粘聚性、保水性。通过分散和减水作用，可降低用水量，增加混凝土的密实度和强度，同时还降低水化热，推迟温峰出现的时间，因而减少温度裂缝，亦提高混凝土抗渗性。 要用生成 Ca(OH)2 多的水泥。由于水泥品种、掺合料品种及其掺量的不同，水泥水化时生成的碱性物质 Ca(OH)2 含量都有所不同，故

14、 对混凝土的碳化速度也有一定的影响，生成 Ca(OH)2 多的水泥，其混凝土碳化速度慢。所以施工时要选择生成 Ca(OH)2 多的水泥，以减慢混凝土的碳化速度。如：使用普通硅酸盐水泥浇筑的混凝土要比使用早 强硅酸盐水泥浇筑的混凝土碳化速度稍快些。而使用加掺合料的水泥 浇筑的混凝土则比使用普通硅酸盐水泥浇筑的混凝土碳化速度要快些。因为熟料含量多、掺合料少的水泥，通常碱性较高，碳化速度慢。掺粉煤灰、煤矸石者一般比掺等量矿渣的水泥碳化快，高铝水泥在水化过程中不生成氢氧化钙，所以混凝土不 显碱性，易于碳化。各种水泥混凝土的碳化速度参见碳化速度比率 R 表。 适当增加钢筋混凝土保护层的厚度，以延 缓二氧

15、化碳等到达 钢筋表面的时间。 表面涂刷防渗层。为防止渗透在混凝土 结构表面涂刷抗渗性和耐久性好的有机防渗 层材料，在一定程度上可以阻滞空气的渗透而减慢混凝土的碳化。 在混凝土里掺阻锈剂，这样 也可以防止由于混凝土的碳化而引起的 钢筋锈蚀。 混凝土碳化的反映与混凝土浇注完毕后的养护工作有一定的关系，只要混凝土养 护及时到位就可以减低混凝土炭化深度，一般养护是保持混凝土表面湿 润 7-14 天就可以了。7. 处理方式对于混凝土碳化的程度不同、部位不同，处理方法也不同。对碳化深度过大，钢筋锈蚀严重，危机结构安全的构建应该进 行拆除重建；对于碳化深度小于 钢筋保护层厚度，碳化 层比较坚硬的混凝土结构，可以采用 优质涂料进行封闭处理； 对于碳化深度大于钢筋保护层厚度或碳化深度虽然小，但是碳化 层疏松脱落的，均 应凿去碳化 层，再粉刷高强砂浆或浇筑高强度等级混凝土；对于钢筋锈蚀严重的， 应在修补前进行除 锈，并根据 锈蚀情况和结构需要加补钢筋。8. 读后感混凝土的碳化虽然能对混凝土的耐久性产生严重的不良影响，但只要科学施工，严格管理，采取各种措施，预防混凝土的碳化或减慢碳化速度是完全有可能做到的。