碳化效應對鋼筋銹蝕及混凝土破壞的機理

張國雙 唐夏卉 彭光艷

【摘 要】 本文從混凝土中的物理化學的成分和物理化學的反應過程，論述了鋼筋混凝土結構的碳化和鋼筋銹蝕的機理。

【關鍵詞】 碳化效應；碳化過程；鋼筋銹蝕；電化學腐蝕；氧化還原反應

1、砼的碳化過程

對鋼筋砼而言，碳化過程使鋼筋所處的堿性環境變弱，降低了強堿性對鋼筋的防腐蝕能力。

另外砼構件在施工中，其表面不可避免地會出現或多或少的裂紋，這就使得不斷有二氧化碳侵入到砼構件中，因此有足夠數量的二氧化碳參與上述一系列的化學反應，造成鋼筋保護層的碳化。

鋼筋混凝土結構受到碳化后，其鋼筋保護層強度變小，質地酥松，使空氣與鋼筋之間形成通道，空氣與鋼筋形成良好的接觸，導致鋼筋銹蝕。

2、鋼筋銹蝕過程

在濕度和氧氣得到滿足的情況下，混凝土中的鋼筋就會發生電化學腐蝕作用。電化學腐蝕的工作過程包括下述四個基本方面：

3、碳化效應

自然工作狀態下的鋼筋混凝土結構，當混凝土碳化深度超過結構配筋的保護層時，鋼筋就會產生銹蝕，而銹蝕層達到一定厚度時，銹層膨脹所產生的應力超過砼保護層內聚力時，則混凝土保護層就要發生爆裂，使得鋼筋出現暴筋。一則爆裂處的砼喪失了握裹力而分離，使結構達不到共同作用；二則鋼筋斷面不斷地削弱，致使結構處于承載能力不斷下降的狀態。混凝土碳化效應主要表現在以下幾個方面

（1） 混凝土的碳化深度達到或超過鋼筋的保護層厚度；

（2） 結構表面初始出現沿鋼筋走向方向展布的鐵銹斑跡；

（3） 結構出現點狀、片（塊）狀和條（帶）狀的爆裂，并且其配筋斷面有明顯的削弱和露筋，隨著時間的推移，這種狀態將加速展。

實踐證明，上述任何一種情況的出現，均應及時采取維護措施，否則將進一步惡化，從而導致承載力下降和結構的失穩和破壞。

4、影響混凝土碳化速度的影響因素：

（1）混凝土的密實性。密實性越高，也就是混凝土中的孔隙率越小，則混凝土抗碳化能力越強。而混凝土的密實性是與混凝土的搗固密實程度、水灰比大小、石碴和砂子的級配以及混凝土的配合比有關。

（2）與拌制混凝土所用的水泥品種及其用量有關。混凝土中游離的氫氧化鈣含量越高，其碳化速度越快。

（3）與混凝土的施工質量及養護方法有關。施工質量越好、養護越充分，混凝土表面收縮的裂紋就越少，抗碳化的能力就越強。

（4）與構件表面是否有粉飾有關。

（5）與構件所處的環境有關。主要是與有害氣體的種類、濃度、環境溫度高低、溫度高低和雜散電流的大小等因素有關。

5、結束語

根據混凝土碳化及鋼筋銹蝕的機理與混凝土碳化速度的影響因素等關系的分析，在工程設計、選材、施工過程中就可以有針對性地采取預先防措施，研究如何加強堿性環境的保護，防止砼碳化的發展。一旦出現問題苗頭時，就可以根據其基本原理和它自身的發生、發展和變化規律，進行檢測、分析與判定；必要的時候，可以根據其規律研究當發現問題后盡快展開防止或減緩混凝土碳化以及對已遭受碳化的鋼筋混凝土工程，制定出切實可行的措施，進行及時的修復。只有認識到砼碳化效應產生的原因及其生成條件，再對產生砼碳化的條件加以限制，就會收到良好的效果。

參考文獻

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