水工建筑中混凝土碳化的原因及對策

陳忠成

(貴州中水建設股份有限公司，貴陽 550002)

水工建筑中混凝土碳化的原因及對策

陳忠成

(貴州中水建設股份有限公司，貴陽 550002)

對水工建筑來說，由于混凝土質量的主要影響因素之一是混凝土的碳化問題，因此在水工建筑的施工過程中應該高度重視。分析了水工建筑混凝土的碳化機理和影響因素及影響混凝土碳化的主要原因，提出了水工建筑施工中防治混凝土碳化的對策，從而達到或延長施工建筑工程的使用壽命。

水工建筑;混凝土;碳化;原因;對策

0 前言

水工建筑主要組成部分就是混凝土，在水工建筑的混凝土建筑物中，普遍存在著因為混凝土碳化而導致水工建筑內部鋼筋的銹蝕，從而造成混凝土結構物的破壞，并且這種破壞是一種危害極大的損壞。水工建筑物的耐久性與混凝土的碳化密切相關，如果建筑物的混凝土碳化嚴重的話，將導致建筑物混凝土結構出現剝落、開裂的現象，不僅破壞了原有的保護層，同時還使得建筑結構物受到損壞，最終水工建筑物的壽命會縮短。因此，只有影響混凝土碳化的原因被充分正確地認識到的時候，才能據此采取和制定相關的措施，預防建筑物混凝土碳化現象的發生，從而真正實現水工建筑的功能，并且水工建筑的使用年限也將延長。

1 混凝土碳化的概念

混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學腐蝕。空氣中CO2氣滲透到混凝土內，與其堿性物質起化學反應后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學反應為：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質對鋼筋有良好的保護作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe3O4，稱為鈍化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。可見，混凝土碳化作用一般不會直接引起其性能的劣化，對于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對于鋼筋混凝土來說，碳化會使混凝土的堿度降低，同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數量，因而會使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。

2 水工建筑混凝土碳化的原因

導致水工建筑物混凝土碳化的原因有很多，主要可分為兩大類：內在原因和外部原因。

2.1 由于內部原因導致的水工建筑物混凝土碳化

2.1.1 集料級配和品種

混凝土所使用的集料級配和品種的不同，會使得建筑物內部的孔隙結構有很大的差別，水工建筑物混凝土的密實性會受到直接影響。混凝土碳化的速度比較慢的一般會是級配較好、材質致密堅實的集科的混凝土。

2.1.2 水泥的品種和用量

不同品種的水泥會有不同混合材量、礦物組成、生料化學成分、外加劑，混凝土的堿度和水泥本身的活性將會受到這些因素直接影響，同時這些因素對混凝土碳化的速度也有一定的影響。一般來說，混凝土的碳化速度與水泥中所含熟料的多少成反比。可以通過添加一些例如引氣劑、減水劑的外加劑來提高混凝土的抗滲性，減弱混凝土的碳化速度。增加水工建筑物中混凝土的水泥用量，不僅混凝土的和易性可以被改變，從而混凝土的密實性也會得到提高，同時混凝土的堿性儲備還可以得到一定程度的增加，增強了混凝土的抗碳化性能。隨水泥用量的增大，建筑物的混凝土碳化速度反而降低。

2.1.3 水灰比

在保證水泥用量一定的前提下，混凝土的孔隙率可以通過增大水灰比而得到增加，同時降低了密實度，增大了滲透性，導致建筑物混凝土體內進入了空氣中較多的有害化學物質及水分，從而使水工建筑物的混凝土碳化速度加快。

2.1.4 磨細礦物摻料的數量和品種

若混凝土中摻料不能自行硬化的活性水硬性材料，可以通過與加入的石灰或者與水泥水化析出的氫氧化鈣相互作用，并且形成了穩定性較強的膠結物質，從而降低了混凝土堿度。在采用等量取代水灰比不變的情況下，混凝土的碳化速度與摻料量取代水泥量的大小有關。

2.1.5 養護質量

在水工建筑物的混凝土成型后，其養護必須在適宜的環境中才能有效的進行，養護好的混凝土的特點有強度高、膠凝好、抗侵蝕能力強、內實外光，大氣中的水分和二氧化碳會被阻止進入混凝土的內部，混凝土的碳化速度會得到延緩。如果混凝土養護的不好，混凝土抗侵蝕性會變差，大氣中水分和二氧化碳將會很容易進入混凝土內部，從而會使混凝土的碳化速度加快。

2.1.6 施工質量

水工建筑的施工質量差主要表現為兩個方面：①蜂窩、麻面、空洞多，給大氣中的二氧化碳和水分的滲入創造了條件;②振搗不密實，造成混凝土強度低，從而會使混凝土的碳化速度加快。

2.2 由于外部原因導致的水工建筑物混凝土碳化

2.2.1 酸性介質

混凝土碳化的直接原因是由于混凝土孔隙中滲入了酸性氣體，并且在混凝土的液相中溶解形成酸，與水泥石中的硅酸鹽、鋁酸鹽、氫氧化鈣及其他化合物發生中和反應，使得水泥發生變質，降低了混凝土的堿度。混凝土中鋼筋銹蝕的另外一個原因是在混凝土液相中氯離子形成鹽酸，與氧氧化鈣作用后生成氯化鈣，由于氯化鈣吸濕性很高，從而導致鋼筋發生潰爛性銹蝕現象。

2.2.2 溫度和光照

如果混凝土表面的溫度下降，由于表面收縮產生的拉力在超過混凝土本身的抗拉強度后，開裂便會發生，逐漸脫落和裂縫會發生，使得水分和二氧化碳很容易進入，從而會使混凝土的碳化速度加快。

2.2.3 相對濕度和含水率

混凝土碳化速度系數和含水率的大小直接與周圍介質的相對濕度有關，在實際工程中，混凝土結構下部的碳化程度較上部輕，主要是濕度影響的結果。

2.2.4 滲漏和凍融

混凝土中的氫氧化鈣流失大部分原因是滲漏水的作用，碳酸鈣結晶會在混凝土表面上形成，從而會分解混凝土的水化產物，混凝土堿度和強度會被嚴重降低。由于溫度交替變化，在混凝土水位變化或浸水飽和部位，其內部的孔隙水交替地融解松弛和凍結膨脹，造成大面積產生裂縫或疏松剝落現象的發生，最終導致混凝土碳化的發生。

3 針對混凝土碳化采取的對策

3.1 水工混凝土建筑的設計

針對水工建筑物中不同的環境因素和不同的結構形式，混凝土的保護層也應當采取不同的厚度。

3.2 施工方面

水工建筑的施工直接關系著混凝土質量優劣：①建筑材料的選擇要謹慎。抗碳化能力強的硅酸鹽水泥優先選用;選用級配良好和質地硬實的石料和砂來做集料;施工中不僅要用篩選、石要洗，同時剔除集料中的有害物質也要高度重視;②在混凝土中可摻入適宜優質的如阻水劑、減水劑等外加劑，來改善混凝土的某些性能，提高其強度和抗滲性、抗凍性、密實性;③混凝土的水灰比要嚴格控制，要求是水灰比小，低塌落度，在滿足配料和施工需要的最低范圍內控制水的用量，盡量減少混凝土的自由水;④養護和振搗，要有及時的混凝土養護，養護按照不同水泥品種所要求的時間，環境的濕度和溫度要控制好，以使混凝土在適宜的環境中進行養護;嚴格按照相關的規定標準來進行振搗，必要時可作表面處理;⑤鋼筋混凝土保護層厚度，施工時要將鋼筋用事先預制好的高標號砂漿墊塊墊好，使鋼筋混凝土保護層厚度滿足設計要求;⑥施工縫要做到不留或少留，對留的施工縫要處理好接縫處。

3.3 水工建筑的使用

在水工建筑物的使用上，原設計的使用條件不要隨意改變。因為溫度、外界氣體、濕度等因素變化所引起的混凝土內部某些情況的變化直接與水工建筑物使用條件的改變相關。

3.4 水工建筑的治理方面

水工建筑中混凝土構件的治理主要包括加強維護和定期檢查兩方面。對于輕易產生混凝土碳化的構件，需要派專人定期觀察并及時進行濕度、溫度的測試，檢查并具體記錄碳化深度和裂縫情況。若發現混凝土表面有剝落、開裂現象時，需要采取使混凝土表面與大氣隔離或者及時利用防護涂料對混凝土表面進行封閉的措施，保證混凝土的裂縫不會繼續擴大，必要時可采取混凝土補強處理。

4 結語

綜上所述，水工建筑物中混凝土碳化的問題比較復雜，也有很多的原因，預防對策要及時的采取。雖然混凝土的耐久性與混凝土碳化有很重要的影響，但是只要管理嚴格，施工科學，采取各種措施，減慢混凝土碳化速度或預防混凝土的碳化是完全有可能做到的。

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1007-7596(2012)07-0251-02

2012-07-09

陳忠成(1974-)，男，貴州貴陽人，工程師，從事水利工程勘測設計工作。