鋼筋混凝土構(gòu)件碳化問題的分析研究

鄭延輝　寇永輝　李　悠

摘要：通過對鋼筋混凝土構(gòu)件碳化問題研究探討了橋梁結(jié)構(gòu)中存在的問題,并從中找到問題存在的根源，以便更好的進行解決。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；構(gòu)件；碳化；研究

混凝土碳化是在環(huán)境條件下，二氧化碳滲入混凝土內(nèi)部，使得混凝土性能發(fā)生改變的作用過程?；炷涟韬蜁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?？諝庵械腃O2氣體不斷地透過混凝土中未完全充水的粗毛細孔道，氣相擴散到混凝土中部分充水的毛細孔中，與其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2進行中和反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物為CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉積于毛細孔中。混凝土表層碳化后，大氣中的CO2繼續(xù)沿混凝土中未完全充水的毛細孔道向混凝土深處氣相擴散，更深入地進行碳化反應(yīng)，使得混凝土性能發(fā)生改變。碳化后的混凝土質(zhì)地疏松，強度降低。

混凝土碳化是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個重要因素。鋼筋對鋼筋混凝土的承載能力起著極其重要的作用，混凝土握裹著鋼筋，當混凝土受到拉伸時鋼筋起著拉應(yīng)力的作用?；炷撂蓟瘯鹌渌摻钿P蝕，而鋼筋的銹蝕加速了混凝土的碳化，二者互相作用，形成一個惡性循環(huán)鏈條。當碳化達到一定深度后，混凝土內(nèi)的鋼筋在二氧化碳作用下容易產(chǎn)生銹蝕，鋼筋銹蝕一方面使得鋼筋和混凝土分離，另一方面發(fā)生膨脹導(dǎo)致體積增加，銹蝕后的鋼筋體積比原來的體積膨脹2.5倍。體積增加使得鋼筋周圍的混凝土內(nèi)出現(xiàn)拉應(yīng)力，從而出現(xiàn)由內(nèi)向外的剝蝕?；炷烈坏╅_裂，與鋼筋之間的粘結(jié)力下降，混凝土保護層便會剝落，鋼筋斷面發(fā)生缺損，導(dǎo)致混凝土性質(zhì)劣化，嚴重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

中性化也是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的病害之一。中性化是CO2等酸性氣體在混凝土內(nèi)部擴散的指標，也是引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的重要原因，中性化的程度基本上反映了鋼筋銹蝕的速度。早期的混凝土呈堿性，當空氣、土壤或地下水中的酸性物質(zhì)，如CO2，HC1，SO2，CL2，深入混凝土內(nèi)部，與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（稱為混凝土的中性化）破壞了鋼筋的保護環(huán)境。在引起中性化的各種介質(zhì)中， CO2遇水后呈現(xiàn)弱酸性，相對于其它酸性介質(zhì)來說更加普遍，因此，對由CO2引起的混凝土結(jié)構(gòu)劣化應(yīng)引起足夠重視。隨著世界人口的增多和經(jīng)濟的增長，所產(chǎn)生的能源消耗也在迅速上升，隨之而來的是各種諸如CO2，SO2等酸性氣體逐年增加，這也加劇了鋼筋混凝土的碳化現(xiàn)象。

影響混凝土碳化、中性化深度的因素很多，水和CO2是兩個主導(dǎo)因素。處于干濕交替狀態(tài)的混凝土碳化速度最快，其原因：干濕交替時，CO2與水長時間共同存在，CO2便會溶解于水，成為弱酸(H2CO3)，致使混凝土碳化，若只有水，沒有CO2；或只有CO2但沒有水的情況下，混凝土便不易碳化。

在鄭州市國道220線鄭州至白沙段改建工程橋梁普查中發(fā)現(xiàn)，所檢各橋的立柱、蓋梁及部分主梁均出現(xiàn)不同程度的碳化現(xiàn)象，檢測的結(jié)果表明橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土保護層厚度一般在25～30mm范圍，碳化深度往往都大于6mm，有些測區(qū)的碳化深度達到20mm以上，而且，隨著大氣污染的日益嚴重，這種形勢也將會日趨嚴重。

混凝土墩柱的碳化深度不僅與所處環(huán)境中水和CO2有關(guān)，還與混凝土標號、施工工藝、質(zhì)量及使用年限關(guān)系密切。當然，周圍的自然環(huán)境不是我們短時間內(nèi)能解決的問題，我們也不能將橋梁與空氣隔絕，在橋梁建設(shè)和維修中要解決鋼筋混凝土橋梁中混凝土碳化這一問題，在保證混凝土標號、質(zhì)量和施工工藝等的前提下，應(yīng)該注意做好防水和排水，盡量使其處于干燥狀態(tài)下。

結(jié)語。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通壓力越來越大，越來越多的超載、超速、超重車輛不斷出現(xiàn)，使得人們對安全、快速、舒適和美觀的公路交通提出了更的要求。各級公路的交通流量均在不斷增加，運輸車輛的噸位和軸載均有較大增加，特別是各種超限車輛對公路橋梁造成的損害，使得近幾年來我國的舊橋變危橋數(shù)量呈快速增長趨勢。本文通過對鋼筋混凝土構(gòu)件碳化問題的研究探討了橋梁結(jié)構(gòu)中存在的問題,通過對鋼筋混凝土構(gòu)件碳化問題的分析研究,使我們掌握這些問題存在的根源,在以后的工作，從理論的角度上多方位考慮，并不斷的研究探索此類問題的解決方法。

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