淺談混凝土回彈與碳化深度

　　摘要：碳化就是混凝土中的氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣和水的過程。本文淺談了混凝土碳化的機(jī)理、原因及影響因素，簡(jiǎn)單闡述防止混凝土碳化的方法。

　　關(guān)鍵詞：混凝土;碳化;回彈

　　前言：

　　新拌混凝土由于水化作用形成氫氧化鈣，水泥漿在空氣中硬化時(shí)，表層水化形成的氫氧化鈣就會(huì)與空氣中的二氧化碳生成碳酸鈣，這被稱為混凝土的碳化作用。碳化深度過深會(huì)降低混凝土的堿性，影響結(jié)構(gòu)的耐久度。碳化深度主要與水灰比和周圍環(huán)境有關(guān)。一般說來，水泥用量一定的時(shí)候，水灰比越大，碳化越快。當(dāng)水灰比一定的時(shí)候，水泥用量越少，碳化越快。從碳化的定義我們可以看出如果水泥用量多的話，混凝土中的氫氧化鈣越多堿性就越強(qiáng)，越不容易碳化。還有就是周圍的環(huán)境，二氧化碳的濃度及濕度。非常潮濕和非常干燥的時(shí)候，混凝土都不易碳化。太濕可以隔離二氧化碳與氫氧化鈣的反映，太干二氧化碳無法結(jié)合到水生成H2CO3(碳酸)，混凝土也不會(huì)碳化。

　　回彈檢測(cè)混凝土強(qiáng)度是以混凝土的表面硬度來推斷混凝土強(qiáng)度的.碳化會(huì)增大混凝土表面硬度，所以回彈判定其強(qiáng)度時(shí)需要檢測(cè)碳化深度進(jìn)行修正。

　　1、混凝土碳化機(jī)理及原因

　　1.1 混凝土碳化機(jī)理

　　拌和混凝土?xí)r，硅酸鹽水泥的主要成份碳化鈣水化作用后生成氫氧化鈣，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(chǔ)備，它的PH值為12.5～13.5�？諝庵械亩�氧化碳?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氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物為碳化鈣和水，碳化鈣溶解度低，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)，此時(shí)即所謂“已碳化”。確切地說，碳化應(yīng)稱為碳酸鹽化。另外，凡是能與氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)的一切酸性氣體，如SO2、SO3、H2S以至于氣相HCI等，均能進(jìn)行上述中和反應(yīng)，使混凝土堿度降低，故混凝土碳化應(yīng)廣義地稱為“中性化”。混凝土表層碳化后，大氣中的二氧化碳繼續(xù)沿混凝土中未完全充水的毛細(xì)孔道向混凝土深處氣相擴(kuò)散，更深入地進(jìn)行碳化反應(yīng)。

　　1.2 混凝土碳化原因

　　混凝土的主要成分有水泥、粗細(xì)骨料、水以及外加劑。水泥摻與混凝土的拌合中，水泥中主要成分是氧化鈣，經(jīng)水化作用后生成氫氧化鈣 ，混凝土的碳化，是指混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳起化學(xué)反應(yīng)，生成中性的碳酸鹽碳酸鈣 。未碳化的混凝土呈堿性，混凝土中鋼筋保持鈍化狀態(tài)的最低(臨界)堿度是PH值為11.5，碳化后的混凝土PH值為8.5～9.5。碳化使混凝土的堿度降低，同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。當(dāng)碳化超過混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開始生銹。鋼筋銹蝕后，銹蝕產(chǎn)生的體積比原來膨脹2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，銹蝕越嚴(yán)重，鐵銹越多，膨脹力越大，最后導(dǎo)致混凝土開裂形成順筋裂縫。裂縫的產(chǎn)生使水和二氧化碳得以順利的進(jìn)入混凝土內(nèi)，從而又加速了碳化和鋼筋的銹蝕。

　　2、影響混凝土碳化的因素

　　影響混凝土碳化的因素有環(huán)境因素、原材料因素、施工操作因素等。主要有以下幾點(diǎn)：

　　2.1 環(huán)境條件

　　因?yàn)樘蓟�是液相反�?yīng)，十分干燥的混凝土即一直處于相對(duì)濕度低于25%空氣中的混凝土很難碳化;在空氣濕度50%～75%的大氣中，不密實(shí)的混凝土最容易碳化;但在相對(duì)濕度95%的潮濕空氣中或在水中的混凝土反而難以碳化，這是因?yàn)榛炷�土含水時(shí)透氣性小，碳化慢;在濕度相同時(shí)，風(fēng)速愈高、溫度愈高，混凝土碳化也愈快;空氣中二氧化碳濃度愈高混凝土碳化速度愈快。

　　2.2 水泥品種

　　一般說來，普通硅酸鹽水泥要比早強(qiáng)硅酸鹽水泥碳化稍快，摻混合材料的水泥碳化速度更快，混合材料摻量越大，碳化速度越快。摻用優(yōu)質(zhì)減水劑或加氣劑，可以大大改善混凝土的和易性，減小水灰比，制成密實(shí)的混凝土，使碳化減慢。尤其是加氣減水劑，由于抗凍性提高，可以大大改善鋼筋混凝土建筑物的耐久性。

　　2.3 骨料種類

　　混凝土中的骨料本身一般比較堅(jiān)硬、密實(shí)，總的說來，天然砂、礫石、碎石比水泥漿的透氣性小，因此混凝土的碳化主要通過水泥漿體進(jìn)行。但是，在輕混凝土中，由于輕質(zhì)骨料本身氣泡多，透氣性大，所以能通過骨料使混凝土碳化。一般說來，輕混凝土比普通混凝土碳化快，需要摻用加氣劑或減水劑來減緩它的碳化速度。

　　2.4 水灰比

　　混凝土的碳化速度與它的透氣性有很密切的關(guān)系，混凝土的透氣性越小，碳化進(jìn)行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥漿的組織密實(shí)，透氣性小，因而碳化速度就慢。同理，單位水泥用量多的混凝土碳化較慢。

　　2.5 澆筑與養(yǎng)護(hù)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，故不易碳化;欠密實(shí)的混凝土表層中大孔隙內(nèi)無水，二氧化碳可以由氣相擴(kuò)散到充滿水的毛細(xì)孔隙而完成碳化。所以越是密實(shí)的混凝土其抗碳化能力越高。

　　混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量是影響混凝土密實(shí)性的一個(gè)重要因素。如果混凝土澆筑時(shí)不規(guī)范，特別是振搗不密實(shí)，以及養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足時(shí)，就會(huì)造成混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大，且大多相互連通，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起混凝土再現(xiàn)蜂窩、裂縫等缺陷，使水、空氣、侵蝕性化學(xué)物質(zhì)沿著粗大的毛細(xì)孔道或裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而加速混凝土的碳化和鋼筋腐蝕。

　　3、混凝土碳化的防治

　　3.1 在使用時(shí)合理選用水泥品種。對(duì)于水位變化區(qū)以及干濕交替作用的部位或較嚴(yán)寒地區(qū)選用抗硫酸鹽普通水泥;對(duì)礦渣水泥和粉煤灰水泥要控制摻量，普通水泥摻粉煤灰，可以在水泥用量不變的情況下，再外摻粉煤灰取代部分砂子，或同時(shí)摻用粉煤灰的減水劑，即采用“雙摻”的技術(shù)措施，這樣可以提高混凝土的抗碳化能力。

　　3.2 選好合適的配合比，適量的外加劑，控制細(xì)骨料、粉料用量。分析骨料的性質(zhì)，如抗酸性骨料與水，水泥的作用對(duì)混凝土的碳化有一定的延緩作用。對(duì)于使用江砂的地方，砂的級(jí)配不合理，粉料較多，更應(yīng)選擇合適的配合比，控制水灰比�？茖W(xué)地?cái)嚢韬瓦\(yùn)輸，及時(shí)地養(yǎng)護(hù)，以減少滲流水量和其它有害物的侵蝕，確�；炷�土的密實(shí)性。混凝土的密實(shí)度也是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

　　3.3 碳化后的混凝土構(gòu)件還可采用涂刷環(huán)氧基液的方法，對(duì)建筑物地下部分在其周圍設(shè)置保護(hù)層;用各種溶注液浸注混凝土，如用溶化的瀝青涂抹。對(duì)碳化深度較大的，可鑿除混凝土松散部分，洗凈進(jìn)入的有害物質(zhì)，將混凝土銜接面鑿毛，用環(huán)氧砂漿或細(xì)石混凝土填補(bǔ)，最后以環(huán)氧基液做涂基保護(hù)。

　　綜述：混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定：在混凝土試件強(qiáng)度評(píng)定不合格及結(jié)構(gòu)實(shí)體檢驗(yàn)中，可采用非破損或局部破損的檢測(cè)方法，按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行推定。常用的有回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、后裝拔出法等，其中最常用的是回彈法。而回彈法中碳化深度對(duì)混凝土強(qiáng)度的推定值影響很大。由于碳化收縮，碳酸鈣的生成能提高混凝土表面的硬度，在回彈法檢測(cè)強(qiáng)度時(shí)提高了回彈值讀數(shù)，而且碳化深度與混凝土的齡期接近正比，因此為了克服混凝土碳化及齡期對(duì)回彈法測(cè)強(qiáng)的影響，就把碳化深度作為一個(gè)參量來采用，使之成為一個(gè)反比的系數(shù)，當(dāng)回彈值相當(dāng)時(shí)，碳化深度值越大其對(duì)應(yīng)的混凝土檢測(cè)強(qiáng)度值越低。碳化是一個(gè)緩慢發(fā)展的過程，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件強(qiáng)度的檢驗(yàn)時(shí)，為取得比較準(zhǔn)確的混凝土的實(shí)際強(qiáng)度，應(yīng)在28d后盡早進(jìn)行，即在未碳化或碳化程度很小時(shí)進(jìn)行。

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