鋼筋混凝土構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件碳化問題研究探討了橋梁結構中存在的問題,并從中找到問題存在的根源，以便更好的進行解決。

關鍵詞：鋼筋混凝土；構件；碳化；研究

混凝土碳化是在環境條件下，二氧化碳滲入混凝土內部，使得混凝土性能發生改變的作用過程。混凝土拌和時，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，大部分以結晶狀態存在，成為孔隙液保持高堿性的儲備。空氣中的CO2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。反應產物為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，使得混凝土性能發生改變。碳化后的混凝土質地疏松，強度降低。

混凝土碳化是影響鋼筋混凝土結構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力的作用。混凝土碳化會引起其所包裹鋼筋銹蝕，而鋼筋的銹蝕加速了混凝土的碳化，二者互相作用，形成一個惡性循環鏈條。當碳化達到一定深度后，混凝土內的鋼筋在二氧化碳作用下容易產生銹蝕，鋼筋銹蝕一方面使得鋼筋和混凝土分離，另一方面發生膨脹導致體積增加，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出現拉應力，從而出現由內向外的剝蝕。混凝土一旦開裂，與鋼筋之間的粘結力下降，混凝土保護層便會剝落，鋼筋斷面發生缺損，導致混凝土性質劣化，嚴重影響鋼筋混凝土結構的耐久性。

中性化也是鋼筋混凝土結構的病害之一。中性化是CO2等酸性氣體在混凝土內部擴散的指標，也是引起鋼筋混凝土結構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，如CO2，HC1，SO2，CL2，深入混凝土內部，與水泥石中的堿性物質發生化學反應（稱為混凝土的中性化）破壞了鋼筋的保護環境。在引起中性化的各種介質中， CO2遇水后呈現弱酸性，相對于其它酸性介質來說更加普遍，因此，對由CO2引起的混凝土結構劣化應引起足夠重視。隨著世界人口的增多和經濟的增長，所產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是兩個主導因素。處于干濕交替狀態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現，所檢各橋的立柱、蓋梁及部分主梁均出現不同程度的碳化現象，檢測的結果表明橋梁結構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境中水和CO2有關，還與混凝土標號、施工工藝、質量及使用年限關系密切。當然，周圍的自然環境不是我們短時間內能解決的問題，我們也不能將橋梁與空氣隔絕，在橋梁建設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、質量和施工工藝等的前提下，應該注意做好防水和排水，盡量使其處于干燥狀態下。

結語。隨著中國經濟的快速發展，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，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量呈快速增長趨勢。本文通過對鋼筋混凝土構件碳化問題的研究探討了橋梁結構中存在的問題,通過對鋼筋混凝土構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。

參考文獻

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