混凝土碳化分析探討

混凝土的碳化程度與對混凝土的破壞作用成正比，因此，掌握混凝土的碳化機(jī)理和防控措施在混凝土工程中越來越引起行業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員的重視。

一、混凝土碳化概念

混凝土的碳化又稱為混凝土的中性化，幾乎所有混凝土表面都處在碳化過程中。它是空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化、使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過程。混凝土碳化本身對混凝土并無破壞作用，其主要危害是由于混凝土堿性降低使鋼筋表面在高堿環(huán)境下形成的對鋼筋起保護(hù)作用的致密氧化膜(鈍化膜)遭到破壞，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，混凝土的碳化還會加劇混凝土的收縮，這些都可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞。

混凝土碳化是在潮濕環(huán)境下滲入混凝土體內(nèi)的co2與水泥石中的ca2發(fā)生中和反應(yīng),降低混凝土中的堿度的過程。

水泥中的礦物以硅酸三鈣和硅酸二鈣含量較多，約占總的75%，水泥完全水化后，生成的水化硅酸鈣凝膠約占總體積的50%，氫氧化鈣約占25%，水泥石的強(qiáng)度主要取決于水化硅酸鈣，在混凝土中水泥石的含量占總體積的25%。

混凝土具有毛細(xì)管——孔隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，這些毛細(xì)管——孔隙包括混凝土成型時殘留下來的氣泡，水泥石中的毛細(xì)孔和凝膠孔，以及水泥石和骨料接觸處的孔穴等等。此外，還可能存在著由于水泥石的干燥收縮和溫度變形而引起的微裂縫。普通混凝土的孔隙率一般不少于8——10%。

混凝土的碳化是伴隨著co2氣體向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，溶解于混凝土孔隙內(nèi)的水中，再與各水化產(chǎn)物發(fā)生碳化反應(yīng)，生成碳酸鈣等產(chǎn)物?；炷撂蓟怯捎诨炷链嬖谥紫叮锩娉錆M著水分和空氣，在混凝土的氣相、液相、固相中進(jìn)行著一個十分復(fù)雜的多相物理化學(xué)連續(xù)過程。水泥石中各水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的ph值。

在混凝土的細(xì)孔溶液中，存在較多的是k+、na+和與之平衡的oh-。ca+2的濃度很低。但是，這樣的溶液在碳酸的作用下，由于碳酸鹽中caco3的溶解度是最低的，所以caco3有選擇性地首先沉淀，這是為了補(bǔ)充溶液中ca+2的不足，固相中的ca2溶解。有的學(xué)者指出水與空氣的存在是混凝土發(fā)生碳化的先決條件。

根據(jù)已碳化完了的試件的孔隙壁及內(nèi)部的取樣，測定其鈣化比得知，碳化反應(yīng)主要發(fā)生在孔隙內(nèi)壁上。水泥的水化產(chǎn)物對co2具有吸收與緩沖能力，在該能力喪失之前，碳化反應(yīng)進(jìn)行，直到緩沖能力喪失，co2氣體再一步向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散。所以，碳化是呈階梯狀進(jìn)行的?；炷恋奶蓟Y(jié)果，使凝膠孔和部分毛細(xì)管可能被碳化產(chǎn)物caco3等堵塞，混凝土本身的抗?jié)B性和強(qiáng)度會有所提高。但是，碳化降低了混凝土孔隙液體中ph值，碳化一旦達(dá)到鋼筋表面，鋼筋就會因其表面的鈍化膜遭到破壞而銹蝕。鋼筋開始銹蝕后，隨后鋼筋徑向膨脹，保護(hù)層順筋開裂，最后鋼筋銹蝕加劇直至結(jié)構(gòu)破壞；混凝土碳化破壞了混凝土結(jié)構(gòu)的表面穩(wěn)定的水化生成物，碳化反應(yīng)生成的碳酸鈣強(qiáng)度較低，從而降低混凝土強(qiáng)度。同時，混凝土的碳化還會加劇混凝土的收縮，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫,從而破壞建筑物。

二、混凝土碳化影響因素

由上可知，混凝土的碳化是伴隨著co2氣體向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，溶解于混凝土孔隙內(nèi)的水中，再與各水化產(chǎn)物發(fā)生碳化反應(yīng)這樣一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。所以，混凝土的碳化速度取決于co2氣體的擴(kuò)散速度及co2與混凝土成分的反應(yīng)性。而co2氣體的擴(kuò)散速度又受混凝土本身的組織密實(shí)性、co2氣體的濃度、環(huán)境溫度、濕度等因素影響，所以碳化反應(yīng)受混凝土內(nèi)孔隙溶液的組成、水化產(chǎn)物的形態(tài)等因素的影響。具體表現(xiàn)在：

內(nèi)在因素

1、水泥品種

不同的水泥，其礦物組成、混合材量、外加劑、生料化學(xué)成分不同，直接影響著水泥的活性和混凝土的堿度，對碳化速度有重要影響。一般而言，水泥中熟料越多，則混凝土的碳化速度越慢。外加劑一般均能提高抗?jié)B性，減弱碳化速度，但含氯鹽的防凍、早強(qiáng)劑則會嚴(yán)重加速鋼筋銹蝕，應(yīng)嚴(yán)格控制其用量。

2、骨料品種和級配

骨料品種和級配不同，其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)差別很大，直接影響著混凝土的密實(shí)性。材質(zhì)致密堅(jiān)實(shí)，級配較好的骨料的混凝土，其碳化的速度較慢。

3、磨細(xì)礦物摻料的品種和數(shù)量

如具有活性水硬性材料的摻料，其不能自行硬化，但能與水泥水化析出的氫氧化鈣或者與加入的石灰相互作用而形成較強(qiáng)較穩(wěn)定的膠結(jié)物質(zhì)，使混凝土堿度降低。在水灰比不變采用等量取代的條件下，摻料量取代水泥量越多，混凝土的碳化速度就越快。

4、水泥用量

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；另一方面還可以增加混凝土的堿性儲備，使其抗碳化性能增強(qiáng)，碳化速度隨水泥用量的增大而減少。

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