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1、应该是“混凝土碳化作用”,是指碳酸气或含碳酸的水与混凝土中氢氧化钙 作用生成碳酸钙的反应,正确地说,应是“碳酸化作用”,可是在国内已有通称 “碳化作用”的习惯。碳化作用通常是指C02气体的作用,它不会直接引起混凝 土性能的劣化,经过碳化的水泥混凝土,表面强度、硬度、密度还能有所提高。 混凝土碳化作用的机理,艮即碳化过程乃是外界环境中的C02通过混凝土表层的 孔隙和毛细孔,不断地向内部扩散的过程。混凝土的碳化一定要有水分存在。若 在毛细孔的孔壁上附着一层含有Ca(OH)2的水膜,则碳化就从带水膜的毛细孔壁 开始。当环境的相对湿度为5060%时,碳化的反应最快,可是当孔隙全部为 水分所充满时,也会
2、妨碍CO 2的扩散。CO2扩散的深度,通常用来作为评价混 凝土抗碳化性能的技术参数,因为表面暴露在大气之中的混凝土,无论如何都免 不了被碳化,只是碳化速度和抑制碳化进展的能力不同而已。碳化对混凝土的不利影响:混凝土碳化后强度硬度有所提高,但由于碳化一 般均在结构表面,深度不大,故对整体结构强度影响不大。但是混凝土碳化后会 产生体积收缩,当收缩应力超过混凝土表面抗拉强度时,会在表面产生裂缝。潮 湿空气进入裂缝使裂缝处的混凝土碳化收缩,继而使裂缝向混凝土内部发展。当 裂缝穿透混凝土保护层到达钢筋时,由于混凝土碱性降低,湿气锈蚀钢筋,锈蚀 严重时会胀裂保护层,加速锈蚀进程,最终有可能影响结构安全。耐
3、久性良好的 混凝土应该具有一定的抗拉强度、良好的抗渗透性能及良好的体积稳定性。砼碳化指砼中的Ca(OH)2与空气中CO2或水中溶的CO2或其它酸性物质反 应变成CaCO3而失去碱性的过程。砼的碳化值指砼自表面的碳化深度。它是钢筋 保层厚度的依据。当砼失去碱性环境,钢筋就易锈蚀膨胀并胀裂砼,最终削弱砼 对钢筋的握裹力,导至钢筋砼构件的破坏。混凝土回弹与碳化深度综述:碳化深度过深会降低混凝土的碱性,影响结构的耐久度。碳化就 是混凝土中的Ca(OH)2和空气中的CO2反应生成CaCO3和水的过程。碳化深度主要与水灰比和周围环境有关。一般说来,水泥用量一定的时候, 水灰比越大,碳化越快。当水灰比一定的
4、时候,水泥用量越少,碳化越快。从碳 化的定义我们可以看出如果水泥用量多的话,混凝土中的Ca(OH)2就多碱性就越 强,越不容易碳化。还有就是周围的环境,CO2的浓度及湿度。非常潮湿和非常 干燥的时候,混凝土都不易碳化。太湿可以隔离CO2与Ca(OH)2的反映,太干 CO2无法结合到水生成H2CO3 (碳酸),混凝土也不会碳化。回弹检测混凝土强度是以混凝土的表面硬度来推断混凝土强度的.碳化会增 大混凝土表面硬度,所以回弹判定其强度时需要检测碳化深度进行修正。一、混凝土碳化机理及原因1、混凝土碳化机理拌和混凝土时,硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca(OH)2,它 在水中的溶解度低,除少量
5、溶于孔隙液中,使孔隙液成为饱和碱性溶液外,大部 分以结晶状态存在,成为孔隙液保持高碱性的储备,它的PH值为12.513.5。 空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道,气相扩散到混 凝土中部分充水的毛细孔中,与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应。 反应产物为CaCO3和H2O, CaCO3溶解度低,沉积于毛细孔中。该反应式为:Ca (OH)2+CO2-CaCO3!+H2O反应后,毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为 Ca2+和OH-,反向扩散到孔隙液中,与继续扩散进来的CO2反应,一直到孔隙液 的PH值降为8.59. 0时,这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反
6、应,此 时即所谓“已碳化”。确切地说,碳化应称为碳酸盐化。另外,凡是能与Ca(OH) 2进行中和反应的一切酸性气体,如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI等,均能进 行上述中和反应,使混凝土碱度降低,故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。 混凝土表层碳化后,大气中的CO2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。2、混凝土碳化原因混凝土的主要成分有水泥、粗细骨料、水以及外加剂。水泥掺与混凝土的 拌合中,水泥中主要成分是CaO,经水化作用后生成Ca(OH)2,混凝土的碳化, 是指混凝土中的Ca(OH)2与空气中的CO2起化学反应,生成中性的碳酸盐 CaCO3
7、。未碳化的混凝土呈碱性,混凝土中钢筋保持钝化状态的最低(临界)碱 度是PH值为11.5,碳化后的混凝土 PH值为8.59.5。碳化使混凝土的碱度降 低,同时,增加混凝土孔溶液中氢离子数量,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。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。二、影响混凝土碳化的因素影响混凝土碳化的因素有环境因素、
8、原材料因素、施工操作因素等。铜 陵地区空气污染较重,空气中二氧化硫含量较多,酸雨也较多,是影响混凝土质 量的主要原因,另外影响混凝土碳化的因素还有如下几点。1、环境条件因为碳化是液相反应,十分干燥的混凝土即一直处于相对湿度低于25% 空气中的混凝土很难碳化;在空气湿度50%75%的大气中,不密实的混凝土最 容易碳化;但在相对湿度95%的潮湿空气中或在水中的混凝土反而难以碳化,这 是因为混凝土含水时透气性小,碳化慢;在湿度相同时,风速愈高、温度愈高, 混凝土碳化也愈快;混凝土碳化速度与空气中CO2浓度的平方根成正比。2、水泥品种一般说来,普通硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快,掺混合材的 水泥
9、碳化速度更快,混合材掺量越大,碳化速度越快。掺用优质减水剂或加气剂, 可以大大改善混凝土的和易性,减小水灰比,制成密实的混凝土,使碳化减慢。 尤其是加气减水剂,由于抗冻性提高,可以大大改善钢筋混凝土建筑物的耐久性。3、骨料种类混凝土中的骨料本身一般比较坚硬、密实,总的说来,天然砂、砾石、 碎石比水泥浆的透气性小,因此混凝土的碳化主要通过水泥浆体进行。但是,在 轻混凝土中,由于轻质骨料本身气泡多,透气性大,所以能通过骨料使混凝土碳 化。一般说来,轻混凝土比普通混凝土碳化快,需要掺用加气剂或减水剂来减缓 它的碳化速度。4、水灰比混凝土的碳化速度与它的透气性有很密切的关系,混凝土的透气性越小,碳化进
10、行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实,透气性小,因而 碳化速度就慢。同理,单位水泥用量多的混凝土碳化较慢。5、浇筑与养护质量密实的混凝土表层孔隙很小,易从潮湿的空气中吸取水分而充满水,故不易 碳化;欠密实的混凝土表层中大孔隙内无水,CO2可以由气相扩散到充满水的毛 细孔隙而完成碳化。所以越是密实的混凝土其抗碳化能力越高。混凝土浇筑与养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因素。如果 混凝土浇筑时不规范,特别是振捣不密实,以及养护方法不当、养护时间不足时, 就会造成混凝土内部毛细孔道粗大,且大多相互连通,严重时会引起混凝土再现 蜂窝、裂缝等缺陷,使水、空气、侵蚀性化学物质沿着粗大的毛细孔道或
11、裂缝进 入混凝土内部,从而加速混凝土的碳化和钢筋腐蚀。混凝土结构工程施工质量验收规范中规定:在混凝土试件强度评定 不合格及结构实体检验中,可采用非破损或局部破损的检测方法,按国家现行有 关标准的规定对结构构件中的混凝土强度进行推定。常用的有回弹法、超声回弹 综合法、钻芯法、后装拔出法等,其中最常用的是回弹法。而回弹法中碳化深度 对混凝土强度的推定值影响很大。碳化是一个缓慢发展的过程,在进行混凝土结 构及构件强度的检验时,为取得比较准确的混凝土的实际强度,应在28d后尽早 进行,即在未碳化或碳化程度很小时进行。三、混凝土碳化的防治1、在使用时合理选用水泥品种。对于水位变化区以及干湿交替作用的部位
12、 或较严寒地区选用抗硫酸盐普通水泥;对矿渣水泥和粉煤灰水泥要控制掺量,普 通水泥掺粉煤灰,可以在水泥用量不变的情况下,再外掺粉煤灰取代部分砂子, 或同时掺用粉煤灰的减水剂,即采用“双掺”的技术措施,这样可以提高混凝土 的抗碳化能力。2、选好合适的配合比,适量的外加剂,控制细骨料、粉料用量。分析骨料 的性质,如抗酸性骨料与水,水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用。对 于使用江砂的地方,砂的级配不合理,粉料较多,更应选择合适的配合比,控制 水灰比。科学地搅拌和运输,及时地养护,以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀, 确保混凝土的密实性。混凝土的密实度也是保证工程质量的关键因素。3、碳化后的混凝土构件还可采用涂刷环氧基液的方法,对建筑物地下部分 在其周围设置保护层;用各种溶注液浸注混凝土,如用溶化的沥青涂抹。对碳化 深度较大的,可凿除混凝土松散部分,洗净进入的有害物质,将混凝土衔接面凿 毛,用环氧砂浆或细石混凝土填补,最后以环氧基液做涂基保护。