關于橋涵砼結構炭化現象的分析探討

謝潔龍

（廣東長宏公路工程有限公司，420010）

從事橋涵檢測工作的技術人員都知道，在日常檢測中，在一些橋梁砼結構的外表面，總會有意無意地發現砼保護層出現脫落、鋼筋表面存在銹蝕的跡象。類似的情況，一些項目在建成通車的若干幾年后更是隨處可見。對于該現象，就是我們平時所講的砼碳化。從學術的角度來闡析這個定議，是這樣給出解釋的：砼碳化作用是指空氣中的二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣在有水存在的條件下發生化學作用，生成碳酸鈣和水。碳化過程是二氧化碳由表及里向混凝土內部逐漸擴散的過程。碳化對混凝土最主要的影響（危害）是：使混凝土的堿度降低，減弱了對鋼筋的保護作用，可能導致鋼筋的銹蝕。碳化還會引起混凝土收縮（碳化收縮），容易會使混凝土的表面產生細微的裂縫。下面，就讓我們一同來了解一下，砼碳化的產生原因及相關防范問題吧。

1 砼炭化現象發生機理

混凝土中水泥一經水化就會游離出大約35%的氫氧化鈣，它對于混凝土的硬化起了主要作用。已經硬化的混凝土結構一般是暴露在空氣中的，空氣土壤、地下水等環境中的酸性氣體或液體侵入混凝土中，與水泥石中的堿性物質發生反應，使混凝土中的pH值下降的過程稱為混凝土的中性化過程，其中由大氣環境中的CO2引起的中性化過程稱為混凝土的碳化。由于大氣中均有一定量的CO2，碳化是最普遍的混凝土中性化過程。空氣中的CO2氣體通過水作為介質滲透到混凝土內部，與堿性物質反應，生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為碳化，又稱為中性化。

2 碳化的潛在危害性

碳化與混凝土結構物的耐久性密切相關，是衡量鋼筋混凝土結構物使用壽命的重要指標之一。目前，工廠排泄的廢液、廢渣也使二氧化碳濃度呈增加趨勢。所以，混凝土碳化是一個不可忽視的問題。過去由于在設計和施工時對混凝土碳化問題重視不夠，導致混凝土抗碳化能力較低，造成不少建筑物的耐久性差，被迫提前加固。另一方面，碳化更主要的是對混凝土內部鋼筋的影響。碳化使得孔隙水中Ca(OH)2濃度及pH值降低，導致鋼筋脫鈍而銹蝕。混凝土的pH值低于10時，鋼筋要發生銹蝕，鐵銹要比鐵的體積膨脹2.5倍，因此，鋼筋生銹的同時，混凝土發生裂縫，與鋼筋的粘結力降低，保護層的混凝土剝落，鋼筋的斷面積減小，使鋼筋混凝土造成重大損傷，耐久性大大降低。

3 導致出現碳化的主要因素

影響鋼筋混凝土碳化效應的因素較多，歸納起來可分為:環境因素、施工因素和材料因素三大類。在環境因素中，CO2濃度、Cl-含量、酸雨和空氣的溫、濕度是諸影響因素中的主要因素。在施工因素中，水灰比、水泥用量、保護層厚度、養護條件和混凝土齡期是諸影響因素中的主要因素。在材料因素中，水泥品種、粗骨料品種、外加劑是諸影響因素中的主要因素。這里主要針對水泥本身的特性來闡述。

3.1 水泥品種

水泥品種不同意味著其中所包含的熟料的化學成分和礦物成分以及水泥混合材料的品種和摻量有別，直接影響著水泥的活性和混凝土的堿度，對碳化速度系數有重要影響。實踐證明，用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥生產的混凝土抗碳化能力較強；用礦渣、火山灰、粉煤灰水泥生產的混凝土抗碳化能力較弱。這是由于活性混合料易于與水泥的水化產物Ca(OH)2反應，消耗了較多的Ca(OH)2，使混凝土堿性降低,從而影響其抗碳化能力。前一段時間報道的“凝石”材料，如果“凝石”中的Ca(OH)2含量低，將直接影響其耐久性。這也是在工程實踐中沒有得到推廣的原因之一。

3.2 水泥含堿量

水泥含堿量越高，孔溶液pH值增加，碳化速度加快。這是因為:①含堿量越高，水泥硬化石中的CSH結構不均勻，毛細孔增多，水泥石中粗大孔隙增多；②含堿量越高，孔溶液中OH-濃度增大，碳化后沉積的碳酸鈣溶解度減少，即孔溶液中鈣離子濃度減少，補充鈣離子濃度的氫氧化鈣晶體易溶解，加速混凝土碳化。即混凝土的含堿量越高，碳化速度加快。混凝土中含有氯化鈉，碳化速度更為明顯。砂漿試件中氯化鈉含量與孔溶液OH-濃度之間的關系。可以看出:氯化鈉含量越高，砂漿孔溶液中OH-濃度增加。這是因為水泥中的C3A與約占水泥質量0.4%的Cl-發生反應生成Fridel復鹽時消耗氯離子的同時生成OH-。一定氯化鈉含量范圍內單位水泥用量越多，孔溶液OH-濃度高，碳化速度加快。同樣,與C3A礦物相結合的氯離子范圍內，氯化鈉含量越高，孔溶液OH-濃度增加，碳化速度加快。

此外，對于自然養護的混凝土，炭化作用與齡期的影響是相伴產生的，隨著齡期的增長，混凝土強度增長，炭化深度也增長。但只用齡期來反映炭化的因素是不全面的，相同齡期但處于不同環境條件下或不同標號的混凝土，其炭化深度值差異較大。

此外，關于一年的混凝土碳化到底有多大沒有一定之規，因為影響碳化的因素很多，如砼強度高、底不同、密實度不同，碳化也就不同，混凝土結構所處的環境不同碳化也就不同，如在二氧化碳濃度高的環境下碳化可能就快些，反之碳化就慢些。所以就檢測工作而言我們不要單純的去考慮一個方面的問題，要將思路放開，多考慮一些其他方面的因素，(當然這需要綜合素質為前提)這對于我們檢測工作是有益處的。碳化深度還與混凝土堿性程度有很大關系。

4 砼碳化的檢測

測量碳化深度值時，用合適的工具在測區表面形成直徑約為15mm并有一定深度的孔洞。清除孔洞中的碎屑和粉末是，注意不得用水沖洗，應立即用濃度為1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內壁的邊緣處，用深度測量工具測量表面至深部不變色邊緣處與測量面相垂直的距離多次，取其平均值，該距離即為該測區混凝土的碳化深度值。每次測量讀數精確到0.5mm。當深度小于0.5mm時，按無碳化處理。一般被鑿的部分顏色越鮮艷，也就是越紅，碳化則越小，反之則越大。當然碳化越小越好，一般碳化1MM左右。如超過2MM，則對強度換算影響較大。舉個例子。如果C30柱，回彈值34，如果碳化值超過2MM，則推算強度可能在C30以下

5 碳化防范措施

鑒于對混凝土碳化機理的分析，為防止碳化，可以采用如下防范措施：

5.1 選用抗碳化能力強的水泥品種。52.5水泥配制混凝土的抗碳化性能比42.5水泥配制的要好。同標號早強型水泥比普通型水泥的抗碳化性能要好。

5.2 在施工條件允許的情況下，盡可能采用較小的水灰比。水灰比是影響混凝土碳化的關鍵因素。混凝土吸收二氧化碳的量主要取決于水泥用量。當水灰比大于0.65時，其抗碳化能力急劇下降；當水灰比小于0.55時，混凝土抗碳化能力一般可得到保證。

5.3 選用能夠提高混凝土抗碳化能力的外加劑。如：羥基羧酸鹽復合性高性能減水劑等。

5.4 采用優質粉煤灰和超摻系數。在混凝土中摻入優質粉煤灰，可提高混凝土抗碳化能力；采用超量取代水泥方式時，只要選擇配合比適中，混凝土抗碳化能力一般可得到保證。

5.5 采用適量硅粉、粉煤灰共摻技術。在混凝土中采用適量硅粉、粉煤灰共摻技術，可以大大增強混凝土密實性，提高混凝土抗碳化能力。

6 結語

從上述可以看出，一項實用有效的防碳化處理方案是需要經過反復的施工實踐總結而成的。作為一名工程技術檢測人員，通過對橋涵砼碳化機理進行分析，也讓我們更加清楚地認識到在一個新建工程中，我們嚴格執行規范各種要求的重要性，盡量把影響到橋涵砼結構耐久性和安全性的質量問題減少到最低。

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