淺談混凝土的碳化

碳化是混凝土中性化最常見的一種形式，在某些條件下，混凝土的碳化會增加其密實(shí)性，提高混凝土的強(qiáng)度，但隨著碳化深度的增加，會加速鋼筋的銹蝕，降低混凝土的耐久性。1混凝土的碳化原理拌和混凝土?xí)r，硅酸鹽水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成為飽和堿性溶液外，大部分以結(jié)晶狀態(tài)存在，成為孔隙液保持高堿性的儲備，它的pH值為12.5～13.5?？諝庵械亩趸?xì)怏w不斷地透過混凝土中未完全充水的粗毛細(xì)孔道，氣相擴(kuò)散到混凝土中部分充水的毛細(xì)孔中，與其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2進(jìn)行中和反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物為CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉積于毛細(xì)孔中。該反應(yīng)式為：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O反應(yīng)后，毛細(xì)孔周圍水泥石中的羥鈣石補(bǔ)充溶解為Ca2+和OH-，反向擴(kuò)散到孔隙液中，與繼續(xù)擴(kuò)散進(jìn)來的二氧化碳反應(yīng)，一直到孔隙液的pH值降為8.5～9.0時(shí)，這層混凝土的毛細(xì)孔中才不再進(jìn)行這種中和反應(yīng)，即所謂“已碳化”。確切地說，碳化應(yīng)稱為碳酸鹽化。2影響混凝土碳化的因素2.1內(nèi)部因素2.1.1材料（1）水泥品種和用量不同的水泥，其礦物組成、混合材量、生料化學(xué)成分不同，其抗碳化能力也會有所差異。水泥中CaO的含量高，混凝土中的氫氧化鈣就高，其吸收二氧化碳的能力就越大，也就需要更多的二氧化碳來中和混凝土的堿性，因此其抗碳化能力就越強(qiáng)。如礦渣水泥、普通硅酸鹽水泥、早強(qiáng)水泥，這三種水泥的CaO含量依次增加，相應(yīng)混凝土的抗碳化能力就依次增強(qiáng)[1]。水泥用量直接影響混凝土吸收二氧化碳的量，增加水泥用量一方面可以改變混凝土的和易性，提高混凝土的密實(shí)性；另一方面可以增加混凝土的堿性儲備。因此，水泥用量越大，混凝土強(qiáng)度越高，其碳化速度就越慢。（2）集料品種和級配集料的品種和級配不同，其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)差別很大，直接影響混凝土的密實(shí)性。輕集料混凝土與普通混凝土相比，由于集料的孔隙多，對二氧化碳和水分的滲透性大，碳化進(jìn)行也比普通混凝土快。同樣都是普通混凝土，材質(zhì)致密堅(jiān)實(shí)，級配較好的集料的混凝土，其碳化的速度較慢。（3）摻合料的品種①粉煤灰和礦粉不同摻合料對混凝土抗碳化能力的影響是不一樣的，優(yōu)質(zhì)的粉煤灰或礦粉，顆粒組成更細(xì)，它的微集料填充效果更好，可以充分改善水泥石中的孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性，阻止酸性氣體的侵入，因而抗碳化能力較高。②外加劑不同品種的外加劑對混凝土的抗碳化能力有不同的作用。一般情況下，混凝土外加劑都兼有減水和引氣的作用，減水作用降低了水灰比，增加了混凝土的抗碳化能力；引氣作用會增加混凝土的孔隙含量，加劇了二氧化碳?xì)怏w向混凝土內(nèi)部的擴(kuò)散，導(dǎo)致碳化速度加快。因此，引氣含量要嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。2.1.2水灰比水灰比越小，水用于水化反應(yīng)的比例高，蒸發(fā)排出混凝土的水分少，因而混凝土中遺留的微空隙量小，混凝土比較密實(shí)，二氧化碳向混凝土內(nèi)擴(kuò)散受到的阻力增加，延緩了混凝土的碳化速度，混凝土的抗碳化能力較高。水灰比控制著混凝土的滲透性。在水泥用量一定的條件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密實(shí)度降低，滲透性增大，碳化速度加快。2.1.3施工質(zhì)量密實(shí)的混凝土表層孔隙很小，易從潮濕的空氣中吸取水分而充滿水，所以不易碳化；不密實(shí)的混凝土表層空隙內(nèi)無水，二氧化碳可以擴(kuò)散到毛細(xì)孔內(nèi)進(jìn)行碳化?；炷翝仓r(shí)不規(guī)范，振搗不密實(shí)，造成混凝土強(qiáng)度低，蜂窩、麻面、空洞多，為大氣中的二氧化碳和水分的滲入創(chuàng)造了有利條件，加速了混凝土的碳化。2.1.4養(yǎng)護(hù)質(zhì)量在混凝土的水化、凝結(jié)、硬化過程中，混凝土的外部濕度和內(nèi)外溫度對混凝土的成型后質(zhì)量的優(yōu)劣起著重要作用。加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，保證混凝土在澆筑后的一定時(shí)間內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏貪穸龋M可能減少由于混凝土硬化和收縮引起的裂縫或其它病害，使混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求和耐久性指標(biāo)等。養(yǎng)護(hù)好的混凝土具有強(qiáng)度高、密實(shí)性好、抗侵蝕能力強(qiáng)，能阻止空氣中二氧化碳和水分侵入其內(nèi)，延緩碳化速度；反之，如果養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)或養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足，會造成混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大且相互連通，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)裂縫，使水、空氣、侵蝕性物質(zhì)沿著毛細(xì)孔道或裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而加速了混凝土的碳化。2.2外部因素2.2.1光照和溫度碳化作為一種化學(xué)反應(yīng)過程與一般的化學(xué)反應(yīng)有相似之處，溫度升高將加速二氧化碳?xì)怏w向混凝土中的擴(kuò)散，提高反應(yīng)速度，加速碳化。因此陽面混凝土受陽光的直接照射會加速混凝土的碳化。2.2.2相對濕度和二氧化碳濃度二氧化碳?xì)怏w和水結(jié)合形成碳酸是混凝土碳化的一個(gè)前提條件。因此，相對濕度30％以下非常干燥的環(huán)境下，碳化進(jìn)行的非常緩慢[2]。在空氣相對濕度60％～80％的時(shí)候，不密實(shí)的混凝土最容易碳化。二氧化碳濃度的增大也會加劇混凝土結(jié)構(gòu)的碳化，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性帶來更為不利的影響。3混凝土碳化的危害與作用混凝土的碳化作用分為有利和有害兩個(gè)方面。形成的CaCO3可減少孔隙率，阻斷孔道之間連通，并且使強(qiáng)度有所增加，這是有利的一面。碳化的不利影響主要是降低孔隙液中的pH值，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用，導(dǎo)致混凝土中鋼筋銹蝕。同時(shí)，混凝土碳化還會加劇混凝土的收縮，從而產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，造成耐久性嚴(yán)重下降，縮短工程壽命。4防止混凝土碳化的措施4.1控制水灰比水灰比的大小不僅影響混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性，而且也影響著混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗蝕性和抗碳化性能。水灰比小的混凝土水泥漿的組織密實(shí)，透氣性小，即有較好的抗?jié)B性，因而碳化速度慢。所以在拌制用水量，增加密實(shí)度，提高混凝土的抗?jié)B性。4.2采用活性摻合料和減水劑摻加優(yōu)質(zhì)的摻合料，不僅可以節(jié)約水泥，改善和易性，并且反應(yīng)生成的水化硅酸鈣凝膠體封堵毛細(xì)孔，從而提高對鋼筋的防護(hù)性能；另摻引氣型的高效減水劑，一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定、互不連通的微小氣泡，阻止了二氧化碳的滲透，另一方面也大大減少了混凝土的用水量，增加了混凝土的密實(shí)度，提高了抗?jié)B性。4.3加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)施工質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)對混凝土的耐久性的影響超過其他因素。僅憑試驗(yàn)室確定的配合比和預(yù)期性能，不能代表現(xiàn)場構(gòu)筑物的真實(shí)情況。從大量混凝土工程出現(xiàn)的碳化看，多出現(xiàn)在施工質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)上，因此，嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求，嚴(yán)格操作規(guī)程、嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，是十分必要的。5工程實(shí)例蘇商大廈工程混凝土強(qiáng)度等級為C60，因拆模較晚，后來在工程驗(yàn)收期