影響混凝土結(jié)構(gòu)實體碳化的因素及工程中解決方案

影響混凝土結(jié)構(gòu)實體碳化的因素及工程中解決方案引言混凝土作為建筑業(yè)應(yīng)用最多、最廣泛的建筑材料，具有廣泛的實用性和良好的經(jīng)濟(jì)性，而混凝土的碳化問題直接影響到混凝土的使用壽命，碳化使混凝土呈中性化，進(jìn)而易引起鋼筋銹蝕，最終影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。隨著建筑材料和混凝土技術(shù)的發(fā)展，礦物摻合料的應(yīng)用越來越廣泛，在混凝土中的摻量也越來越大。礦物摻合料的應(yīng)用，在環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用等方面發(fā)揮重要的作用，與此同時，因為其與水泥不同的水化機理，礦物摻合料對結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量、工程實體養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的管理和控制技術(shù)提出了更高的要求，由此帶來的混凝土碳化問題也凸顯出來。如一些工程在結(jié)構(gòu)驗收時，由于混凝土碳化深度過大而導(dǎo)致回彈強度值達(dá)不到設(shè)計要求，致使工程無法驗收。所以，分析混凝土碳化的主要影響因素，從混凝土的配合比技術(shù)及施工的管理上采取科學(xué)有效的措施，控制混凝土的生產(chǎn)及施工質(zhì)量是非常重要的。1混凝土碳化原理及其影響因素分析1.1混凝土碳化原理混凝土是多孔結(jié)構(gòu)，從表面到內(nèi)部分布著大大小小的毛細(xì)孔、氣泡等，導(dǎo)致環(huán)境中的CO2、SO2等酸性氣體侵入水泥石結(jié)構(gòu)內(nèi)部，與水泥石中的水化產(chǎn)物相互作用，發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。主要的碳化反應(yīng)方程式為：CO2+H2O=H2CO3Ca(OH)2+H2CO3=CaCO3+2H2OCaSiO3+H2CO3=CaCO3+SiO2+H2O碳化反應(yīng)導(dǎo)致混凝土堿性降低，呈中性化，對鋼筋的保護(hù)作用削弱，影響結(jié)構(gòu)的耐久性?；炷翐饺氪罅康V物摻合料，會使混凝土中出現(xiàn)“貧鈣”的問題，即大量活性摻合料的二次水化消耗膠材中的游離氫氧化鈣，導(dǎo)致混凝土的堿性降低，加劇了混凝土的碳化，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的耐久性。1.2混凝土碳化影響因素影響混凝土碳化的因素很多，主要分為外因（混凝土服役環(huán)境，外部條件）和內(nèi)因（內(nèi)在結(jié)構(gòu)）兩大類。本文主要是研究在混凝土生產(chǎn)和施工過程中對混凝土碳化影響較大，并且通過采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案和措施能夠有效控制的影響因素。通過對混凝土碳化及其影響因素的理論分析，結(jié)合工程實踐數(shù)據(jù)的積累，在研究應(yīng)用中選擇了混凝土礦物摻合料的摻量、混凝土的澆筑振搗方式、混凝土的早期養(yǎng)護(hù)等主要影響因素，設(shè)計了正交試驗的方案。2混凝土碳化試驗方案以普通C30混凝土為例，保持水膠比不變，設(shè)計礦物摻合料摻入量不同的5個混凝土配合比，通過調(diào)整外加劑摻量控制出機混凝土塌落度為200mm±10mm，將成型的試件置于不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，重點觀察混凝土碳化深度的變化，同時關(guān)注3d、7d、28d的抗壓強度的變化情況。2.1試驗選用的原材料水泥：選用河北京蘭水泥有限公司P·O42.5普通硅酸鹽水泥；試驗數(shù)據(jù)為比表面積368m2/kg，堿含量0.60%，氯離子含量0.06%，3d抗折強度6.0MPa、28d抗折強度9.0MPa，3d抗壓強度30MPa、28d抗壓強度52MPa。粉煤灰：采用大唐同舟科技有限公司張家口分公司F類Ⅱ級；試驗數(shù)據(jù)為細(xì)度18%，需水量比101%，燒失量5.9%，堿含量0.21%。礦粉：采用三河天龍新型建材有限公司S95級；試驗數(shù)據(jù)為比表面積417m2/kg，流動度比103%，7d活性指數(shù)82%，28d活性指數(shù)109%，氯離子含量0.042%，玻璃體含量98%。天然砂：采用河北淶水順合建材有限公司Ⅱ區(qū)中砂；試驗數(shù)據(jù)為細(xì)度模數(shù)2.6%，含泥量2.8%，泥塊含量0.2%，堅固性指標(biāo)5.4%，氯離子含量0.006%，堿集料反應(yīng)-14d膨脹率0.08%。碎石：采用河北淶水順合建材有限公司5～25mm碎石；試驗數(shù)據(jù)為顆粒級配（5～25mm）連續(xù)粒級合格，含泥量0.5%，泥塊含量0.2%，針、片狀含量5%，壓碎指標(biāo)7.6%，氯離子含量0.002%，堿集料反應(yīng)-14d膨脹率0.05%。外加劑：采用河北合眾建材有限公司HZ-2聚羧酸高性能減水劑；試驗數(shù)據(jù)為減水率27%，含固量13.1%，7d抗壓強度比207%、28d抗壓強度比186%，密度1.038g/cm3，pH值4.62。2.2混凝土試件成型方法采用表1中的配合比拌制混凝土，對每一個配合比的混凝土，試驗采用如下兩種成型方案。方案A：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采用振動臺振實成型抗壓試件5組（100mm×100mm×100mm），同時成型150mm×150mm×150mm試件6組，用于觀察混凝土的碳化深度。方案B：不振搗成型抗壓試件5組（100mm×100mm×100mm），同時成型150mm×150mm×150mm試件6組，用于觀察混凝土的碳化深度。2.3混凝土試件養(yǎng)護(hù)方法采用表1的配合比拌制混凝土，對每一個配合比的混凝土，采用如下3種養(yǎng)護(hù)方案進(jìn)行試驗。方案一(A1/B1)：放置標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)28d，轉(zhuǎn)入溫度（20±2）℃、濕度30%～50%的室內(nèi)環(huán)境下裸放2d（A30）；之后轉(zhuǎn)入室外環(huán)境中裸放30d（B60）；之后繼續(xù)在室外環(huán)境裸放30d（C90）。方案二(A2/B2)：放置標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)14d，轉(zhuǎn)入溫度（20±2）℃、濕度30%～50%的室內(nèi)環(huán)境下裸放16d（A30）；之后轉(zhuǎn)入室外環(huán)境中裸放30d（B60）；之后繼續(xù)在室外環(huán)境裸放30d（C90）。方案三(A3/B3)：脫模后不養(yǎng)護(hù)，直接轉(zhuǎn)入溫度（20±2）℃、濕度30%～50%的室內(nèi)環(huán)境下裸放30d（A30）；之后轉(zhuǎn)入室外環(huán)境中裸放30d（B60）；之后繼續(xù)在室外環(huán)境裸放30d（C90）。2.4試驗結(jié)果及分析碳化及抗壓強度的試驗結(jié)果見表2、表3。從表2的試驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：混凝土碳化深度隨著粉煤灰摻量的增加而增大。同時加入礦粉后，礦粉的摻量對碳化深度沒有明顯影響，多數(shù)數(shù)據(jù)甚至略低于同摻量粉煤灰單摻。原因可能是因為在水泥、礦粉、粉煤灰組成的膠凝體系中，顆粒分布更合理，從而使膠凝結(jié)構(gòu)更致密，增加CO2等有害氣體侵入混凝土內(nèi)部的難度，混凝土抗碳化能力提高。2019SP-20配合比中粉煤灰摻量達(dá)到了規(guī)范中規(guī)定的最大量。標(biāo)養(yǎng)14d的試件碳化深度明顯高于其他配合比的試件，但標(biāo)養(yǎng)30d的試件碳化深度與其它配合比試件相近。說明大摻量粉煤灰的混凝土對濕潤養(yǎng)護(hù)要求的時間比較長，不得少于14d。在養(yǎng)護(hù)方案中，由于方案一（A1/B1）、方案二（A2/B2）、方案三（A3/B3）的早期養(yǎng)護(hù)條件由好變差，30d的碳化深度A1/B1與A2/B2差異較小，A3/B3明顯變深，而后期碳化深度也因早期養(yǎng)護(hù)的情況有了明顯變化。A3/B3早期因無保濕養(yǎng)護(hù)，致使表面失水，膠凝材料不能充分水化，混凝土表層強度、密實度下降，導(dǎo)致混凝土碳化過快，所以混凝土的早期養(yǎng)護(hù)是混凝土碳化的主要影響因素?；炷琳駬v方式對其密實性有影響，從試驗結(jié)果看出混凝土不振搗或振搗不密實會影響其抗碳化能力，但不是主要影響因素。無論從混凝土碳化試驗還是從混凝土抗壓強度力學(xué)性能試驗的角度分析，2019SP-21配合比是最優(yōu)化的配合比。3工程應(yīng)用中混凝土結(jié)構(gòu)實體碳化深度在大量的工程實體回彈檢測中發(fā)現(xiàn)，一般C45的柱子在拆模后及時纏裹一層塑料薄膜，進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)一個月后，其30d碳化深度一般在0.6mm左右，而沒有采取任何措施的柱子30d碳化深度一般在1.5mm左右；結(jié)構(gòu)上的C30墻體在拆模后保濕保溫養(yǎng)護(hù)14d后，30d的碳化深度一般為0.6～1.3mm之間，而沒有任何養(yǎng)護(hù)措施的墻體，30d的碳化深度一般為3～5mm之間，經(jīng)打磨處理后測其碳化深度為1.5mm，60d的碳化深度高達(dá)5.0mm以上。另外，木模板混凝土墻面密實度較好，碳化深度較鋼模板墻體好的多；結(jié)構(gòu)上C25頂板的底模一般帶模時間比較長，表面光滑密實，碳化比較小，30d碳化深度一般在0.5mm左右?；炷撂蓟^快，碳化深度過大，不僅嚴(yán)重影響混凝土對鋼筋的保護(hù)作用，降低了混凝土的耐久性，也使采用回彈法檢測混凝土強度的準(zhǔn)確性、真實性大大降低了?；炷两Y(jié)構(gòu)實體碳化深度如圖1所示。4混凝土碳化解決方案和建議混凝土的碳化不僅影響工程驗收，而且破壞混凝土對鋼筋的保護(hù)作用，降低結(jié)構(gòu)的耐久性。在建筑設(shè)計和施工過程中，必須采取切實可行的技術(shù)方案和管理措施，有效控制混凝土的碳化?；炷林?，粉煤灰的摻量增加，混凝土抗碳化能力降低；磨細(xì)礦粉的摻量增加，不影響混凝土抗碳化能力；如果需要增加礦物摻合料的總量，應(yīng)優(yōu)先考慮同時摻加粉煤灰和磨細(xì)礦粉。混凝土表面及結(jié)構(gòu)的致密性對其抗碳化能力有一定影響，在施工過程中應(yīng)采用合理的澆筑和振搗方式，并加強施工管理，以確保混凝土結(jié)構(gòu)致密，以提高混凝土抗碳化能力?；炷猎缙陴B(yǎng)護(hù)對其抗碳化能力影響最大。在施工過程中，應(yīng)適當(dāng)延長拆模時間以防止混凝土裸露失水，應(yīng)盡早包裹、覆蓋混凝土表面或采取其他技術(shù)措施以避免混凝土失水。混凝土采用大摻量礦物摻和料時，尤其應(yīng)加強早期保溫保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14d?；炷撂蓟且粋€復(fù)雜的過程，應(yīng)綜合考慮摻和料摻量、混凝土致密性、早期養(yǎng)護(hù)、施工條件、環(huán)境天氣等多因素及其相互作用，因地制宜，針對具體的工程，制定相應(yīng)的科學(xué)有效的技術(shù)方案和管理規(guī)程，確保有效控制混凝土碳化。結(jié)語通過科學(xué)試驗和生產(chǎn)實踐得知，混凝土的碳化是有規(guī)律可循的、是可控的，并能夠通過采取一系列科學(xué)的方案和施工管理達(dá)到有效控制?；炷辽a(chǎn)和施工單位在混凝土施工過程中，應(yīng)綜合考慮碳化問題，優(yōu)化混凝