略论水工钢筋混凝土的碳化机理与防碳化处理.docVIP

略论水工钢筋混凝土的碳化机理与防碳化处理 摘要：随着经济和社会的快速发展，我国的水利基础建设工程规模越来越大。当前水工建筑中基本以钢筋混凝土结构为主。水工钢筋混凝土常见的破坏主要是碳化。本文将对造成水工钢筋混凝土碳化的机理进行分析，并提出切实有效的防碳化处理措施。 关键词：水工钢筋混凝土；碳化机理；防碳化处理；分析 1 钢筋混凝土碳化概述 　 钢筋混凝土的碳化又称为混凝土的中性化，几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。它是空气中二氧化碳与水泥中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化、使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏作用，其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜(钝化膜)遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，导致混凝土中钢筋锈蚀。同时钢筋，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。 2 水工钢筋混凝土的碳化机理与防碳化处理 2.1 钢筋混凝土的碳化机理分析 钢筋混凝土的碳化程度与对混凝土的破坏作用成正比，因此，掌握混凝土的碳化机理和防控措施在混凝土工程中越来越引起行业内工程技术人员的重视。水泥中的矿物以硅酸三钙和硅酸二钙含量较多，约占75%，水泥完全水化后，生成的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%，氢氧化钙约占25%，水泥石的强度主要取决于水化硅酸钙，在混凝土中水泥石的含量占总体积的25%。混凝土具有毛细管的特点，这些孔隙包括混凝土成型时残留下来的气泡，水泥石中的毛细孔和凝胶孔，以及水泥石和骨料接触处的孔穴等等。此外，还可能存在着由于水泥石的干燥收缩和温度变形而引起的微裂缝。普通混凝土的孔隙率一般不少于8%～10%。根据已碳化完了的试件的孔隙壁及内部的取样，测定其钙化比得知，碳化反应主要发生在孔隙内壁上。但是，碳化降低了混凝土孔隙液体中pH值，碳化一旦达到钢筋表面，钢筋就会因其表面的钝化膜遭到破坏而锈蚀，随后钢筋径向膨胀，保护层顺筋开裂，最后钢筋锈蚀加剧直至结构破坏；混凝土碳化破坏了混凝土结构的表面稳定的水化生成物，碳化反应生成的碳酸钙强度较低，从而降低混凝土强度。同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土产生裂缝,从而破坏建筑物。　 混凝土的碳化是伴随着CO2气体向混凝土内部扩散，溶解于混凝土孔隙内的水中，再与各水化产物发生碳化反应这样一个复杂的物理化学过程。所以，混凝土的碳化速度取决于CO2气体的扩散速度及CO2与混凝土成分的反应性。而CO2气体的扩散速度又受混凝土本身的组织密实性、CO2气体的浓度、环境温度、湿度等因素影响，所以碳化反应受混凝土内孔隙溶液的组成、水化产物的形态等因素的影响。主要包括以下几个部分：酸性介质：酸性气体（如CO2）渗入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，导致水泥石逐渐变质，混凝土的碱度降低，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究已证明，混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。混凝土中钢筋锈蚀的另一个重要和普通的原因是氯离子作用。氯离子在混凝土液相中形成盐酸，与氢氧化钙作用生成氯化钙，氯化钙具有高吸湿性，在其浓度及湿度较高时，能剧烈地破坏钢筋的钝化膜，使钢筋发生溃烂性锈蚀。温度和光照：混凝土温度骤降，其表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面便开裂，导致形成裂缝或逐渐脱落，为二氧化碳和水分渗入创造了条件，加速混凝土碳化。阳面混凝土温度较背阳面混凝土温度高，二氧化碳在空气中的扩散系数较大，为其与氢氧化钙反应提供了有利条件，阳光的直接照射，加速了其化学反应和碳化速度。据检测同一结构的背阳面的碳化速度是阳面的60%～80%。相对湿度：周围介质的相对湿度直接影响混凝土含水率和碳化速度系数的大小。过高的湿度（如100%），使混凝土孔隙充满水，二氧化碳不易扩散到水泥石中，过低的湿度（如25%），则孔隙中没有足够的水使二氧化碳生成碳酸，碳化作用都不易进行；当周围介质的相对湿度为50%～70%，混凝土碳化速度最快。因此，混凝土碳化速度还取决于混凝土的含水量及周围介质的相对湿度。实际工程中混凝土结构下部的碳化程度较上部轻，主要是湿度影响的结果。冻融和渗漏：在混凝土浸水饱和或水位变化部位，由于温度交替变化，使混凝土内部孔隙水交替地冻结膨胀和融解松弛，造成混凝土大面积疏松剥落或产生裂缝，导致混凝土碳化。渗漏水会使混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面结成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，其结果是严重降低混凝土强度和碱度，恶化钢筋锈蚀条件。　 2.2 水工钢筋混凝土防碳化处理措施 在水工钢筋混凝土防碳化处理中主要包括以下几种方法：（1）提高钢筋混凝土的抗渗性。