混凝土碳化對結(jié)構(gòu)的影響

1、混凝土碳化對結(jié)構(gòu)的影響普通混凝土的工作特征是帶裂縫工作，混凝土長期裸露于空氣中，并受到日曬、風(fēng)吹、雨淋、霜雪的侵蝕和其他化學(xué)腐蝕介質(zhì)作用，使結(jié)構(gòu)表面發(fā)生碳化、污染，從而引起鋼筋腐蝕，降低了結(jié)構(gòu)的可靠度和耐久性。隨著工程實踐中建（構(gòu)）筑物因混凝土耐久性問題而提前破壞的實例的發(fā)生，混凝土的碳化及其對鋼筋腐蝕的影響已經(jīng)引起了工程界的重視。如何選擇原材料和控制配合比，從根源上防止混凝土的碳化、提高結(jié)構(gòu)耐久性已成為很重要的一個課題。1.混凝土的碳化混凝土的碳化是指空氣中的CO2滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)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，又稱中性化。1.1碳化作用原理由于混凝土內(nèi)部存在著

2、大小不同的毛細(xì)管、孔隙、氣泡等缺陷,具有一定的透氣性?？諝庵械腃O2首先滲透到混凝土內(nèi)部充滿空氣的孔隙和毛細(xì)管中，隨后溶解于毛細(xì)管中的液相，與水泥水化過程中產(chǎn)生的Ca(OH)2和水化硅酸鈣等物質(zhì)相互作用，形成了CaCO3 。研究表明，混凝土的碳化過程是CO2氣體由表及里向混凝土內(nèi)部逐漸擴散的物理化學(xué)反應(yīng)過程。隨著混凝土碳化過程的進行，混凝土毛細(xì)孔中Ca(OH)2的含量會逐漸減少，必然會使混凝土PH值降低。碳化改變了混凝土的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，對混凝土物理力學(xué)性能和耐久性有著明顯的影響。1.2影響碳化的因素根據(jù)混凝土碳化原理可知，影響混凝土碳化的主要因素是混凝土的表面裂縫、內(nèi)部密實度和所含堿性物

3、質(zhì)的多少。如果混凝土表面裂縫越少、內(nèi)部密實度越高、Ca(OH)2含量越大，則抗碳化性能就越好；反之則越差。而影響混凝土表面裂縫、密實度及Ca(OH)2含量大小又與多種因素有關(guān)，主要有材料因素、環(huán)境因素和施工因素三方面。材料因素主要有混凝土水灰比大小、水泥品種及用量、混凝土強度等級、粉煤灰摻量等；環(huán)境因素主要有周圍環(huán)境的相對濕度、溫度、CO2濃度等；施工因素主要有混凝土振搗質(zhì)量和養(yǎng)護等。（1）水灰比水灰比對混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)影響極大。在水泥用量不變的條件下，水灰比越大，混凝土內(nèi)部的孔隙率越大，滲透性增大，CO2在清水混凝土毛細(xì)孔中的擴散速度越快，導(dǎo)致清水混凝土的碳化速度加快。（2）水泥品種及其用量

4、水泥品種不同，水化產(chǎn)物中堿性物質(zhì)的含量及混凝土的滲透性不同，對混凝土的碳化速度有一定程度影響。實踐表明：使用礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥配制的混凝土的碳化速度要比用硅酸鹽水泥配制的混凝土的碳化速度快。這是因為火山灰水泥、粉煤灰水泥熟料中的CaO含量低而SiO2的含量高，水泥水化生成的Ca(OH)2含量較少，混凝土的堿性低；而硅酸鹽水泥中CaO的含量高，能生成較多的Ca(OH)2，堿性高。另外，混凝土的碳化還與CO2的滲透速度有關(guān)。在相同濕度下，火山灰水泥或粉煤灰水泥混凝土中CO2的滲透速度要比硅酸鹽水泥混凝土的滲透速度快。水泥用量也是影響混凝土碳化的主要因素之一。水泥用量增加，不僅可以改善

5、混凝土拌合物的和易性，提高強度，還可以增加混凝土的堿性儲備，使其抗碳化能力大大增強。（3）混凝土強度等級混凝土強度等級越高,內(nèi)部組織越密實, CO2的擴散速度降低,致使混凝土的碳化速度降低，抗碳化能力得到提高。（4）粉煤灰摻量在水灰比一定時，粉煤灰中的活性SiO2與水泥熟料水化產(chǎn)生的Ca(OH)2進行二次水化反應(yīng)，生成低堿性的水化硅酸鈣，致使混凝土含堿量降低。粉煤灰摻量越大，消耗的Ca(OH)2的越多，混凝土抗碳化能力越弱。但在水灰比較小時，隨著養(yǎng)護齡期的延長，混凝土后期強度不斷提高，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)更加致密，CO2在混凝土中的擴散速度和能力逐漸降低，混凝土的抗碳化性能得到改善。（5）環(huán)境相對濕度

6、環(huán)境相對濕度的大小對混凝土碳化有直接的影響。Ca(OH)2與CO2反應(yīng)生成的水要向外擴散，以保持混凝土內(nèi)部與大氣之間的濕度平衡。如果水向外的擴散速度由于環(huán)境濕度大而被減慢，混凝土內(nèi)部的水蒸氣壓力將增大，CO2向混凝土內(nèi)部擴散滲透的速度將降低乃至終止，混凝土的碳化反應(yīng)也隨之減慢。因此在相對濕度接近100% 時，混凝土中的孔隙被水蒸氣的冷凝水所充滿，反應(yīng)產(chǎn)生的水向外擴散和CO2向內(nèi)滲透的速度大幅度降低，碳化將終止。相對濕度小于25% 時，雖然CO2的擴散滲透速度很快，但混凝土毛細(xì)孔中沒有足夠的水，空氣中的CO2無法溶解于混凝土毛細(xì)管水中，或其溶解量非常有限，使之不能與堿性溶液發(fā)生反應(yīng)，因此碳化反應(yīng)

7、實際上也無法進行。只有在相對濕度為5070% 的條件下，最有利于清水混凝土的碳化。（6）環(huán)境溫度環(huán)境溫度的變化對碳化反應(yīng)速度有一定影響。當(dāng)溫度降低到0時，碳化反應(yīng)無法進行；當(dāng)溫度升高時，C02的擴散速度和碳化反應(yīng)速度加快，混凝土抗碳化能力降低。（7）空氣中CO2濃度碳化反應(yīng)包含著CO2通過混凝土表面孔隙向其內(nèi)部逐漸滲入、反應(yīng)的過程，然而這個過程的快慢取決于CO2的濃度?？諝庵蠧O2濃度越高，混凝土碳化速度就越快，碳化深度越大。（8）混凝土振搗質(zhì)量和養(yǎng)護施工過程中混凝土的振搗質(zhì)量高，則混凝土硬化后密實度高，可降低C02在混凝土中的擴散，使混凝土碳化速度減弱。養(yǎng)護條件對碳化反應(yīng)也有一定影響。如果養(yǎng)

8、護不良，混凝土中的水分蒸發(fā)過快，混凝土表面滲透性增大，可加快混凝土的碳化。2. 混凝土碳化對鋼筋腐蝕的影響2.1鋼筋腐蝕原理根據(jù)鋼筋腐蝕的作用原理不同，鋼筋腐蝕一般分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕，混凝土構(gòu)件中鋼筋的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕必須具備兩個條件，一是鋼筋表面形成電位差，二是陽極部位的鋼筋表面處于活性狀態(tài)，可以自由地釋放電子，在陰極部位鋼筋表面存在足夠的水和氧氣。由于鋼筋同時含有碳、硅、錳等合金元素和雜質(zhì)，不同元素處在相同或不同介質(zhì)中，其電極電位也不同，必然存在著電位差，因此，在潮濕的環(huán)境下鋼筋表面的鈍化膜受到破壞時，就可以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。2.2碳化對鋼筋腐蝕的影響當(dāng)混凝土P

9、H值為1213時，混凝土對鋼筋具有一定的保護作用，這是因為水泥水化過程中產(chǎn)生一定量的溶解度很小Ca(OH)2，在鋼筋表面形成一層鈍化膜，使鋼筋免受腐蝕。使鈍化膜破壞的因素有兩個，一個是內(nèi)在因素，指混凝土本身具有腐蝕性，如在混凝土中使用了過量的氯鹽類外加劑等引起鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕。另一個是外在因素，主要指混凝土碳化。碳化反應(yīng)的結(jié)果是降低了混凝土中堿的含量，使鈍化膜失去穩(wěn)定性或被破壞，引起鋼筋腐蝕?；炷恋奶蓟且痄摻罡g的主要原因之一。3. 鋼筋腐蝕對結(jié)構(gòu)的影響鋼筋表面被腐蝕而生成鐵銹，會對混凝土結(jié)構(gòu)造成不利影響：（1）鐵銹的體積增大，是原體積的24倍。增大的體積擠壓周邊混凝土，在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)該拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度后，會沿鋼筋表面產(chǎn)生順筋裂縫。這種裂縫進一步使水、氫氣、氯離子等使鋼筋發(fā)生腐蝕的物質(zhì)直接與鋼筋