混凝土的碳化分析與研究

[摘要]混凝土碳化是影響建筑物壽命的重要因素之一，影響碳化的因素多種多樣，本文從多方面分析研究混凝土碳化的因素，并提出混凝土碳化的防治措施。

[關鍵詞]混凝土碳化；影響因素；防治措施

[中圖分類號]Tu528[文獻標識碼] A

目前在我國建筑材料行業(yè)領域中，對于建筑材料質(zhì)量的評價指標名目繁多，而混凝土作為建筑行業(yè)中最為常見的建筑材料之一，混凝土的強度和耐久性是評價混凝土質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標。在現(xiàn)行的國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范中，對于混凝土的強度指標有著詳細而嚴格的試驗方法和計算方法。強度不符合標準的混凝土，即為不合格，而混凝土的耐久性指標卻沒有像強度指標那樣有嚴格的規(guī)定和要求。強度相同的混凝土，其耐久性因各種原因會千差萬別，甚至差異巨大。抗碳化能力是衡量混凝土耐久性的重要指標，抗碳化能力差會直接影響建筑物的壽命，縮短其使用年限。本文在分析影響混凝土碳化因素后，提出幾點延緩混凝土碳化的建議。

1混凝土碳化的機理與危害

在自然界中空氣里包含的二氧化碳、二氧化硫等酸性氣體，會與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應，使混凝土的PH值逐漸降低，混凝土逐步中性化，這個過程被稱之為混凝土的碳化。眾所周知，混凝土內(nèi)部有很多細小的、并不完全貫通的毛細孔，空氣中的酸性氣體與混凝土毛細孔中以液態(tài)形式存儲的氫氧化鈣、水化硅酸鈣等物質(zhì)發(fā)生化學反應，使混凝土的PH值由12——13逐漸降低至8.5——9，這時的混凝土，被稱為“已碳化”，或稱為“碳酸鹽化”。混凝土的碳化過程可用下列化學方程式表示：

Ca（OH）2+H2O+CO2→CaCO3+2H2O（1）

3CaO·2SiO2·3H2O + 3CO2→3CaCO3·2SiO2.3H2O（2）

3CaO·SiO2+ 3CO2+γH2O→3CaCO3+ SiO2·γH2O（3）

2CaO·SiO2+ 2CO2+γH2O→2CaCO3+ SiO2·γH2O（4）

混凝土在碳化過程中，由于二氧化碳和氫氧化鈣反應時釋放出大量的水分會對碳化層表面產(chǎn)生一定的拉應力，會使混凝土表面出現(xiàn)細小的裂縫。同時在碳化過程中隨著混凝土內(nèi)部PH值逐漸降低，碳化的深度也會逐步擴展到混凝土內(nèi)部，進而破壞鋼筋的保護層，從而使鋼筋發(fā)生銹蝕。一旦混凝土內(nèi)部的鋼筋發(fā)生銹蝕，鋼筋的體積就會較原先的體積增大3——4倍，隨著鋼筋體積的增加，會使混凝土保護層沿鋼筋敷設方向產(chǎn)生脹裂現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)混凝土保護層成塊脫落的嚴重后果。同時由于鋼筋的銹蝕會導致其截面減小，從而降低了構(gòu)件的承載能力，甚至可能會造成構(gòu)件的整體失效。

2混凝土碳化的影響與研究

在實際工作中，混凝土自然碳化過程非常緩慢，試驗周期長，為研究混凝土碳化帶來許多不便，所以在現(xiàn)階段對于混凝土碳化的研究大部分是在實驗室模擬碳化環(huán)境下人工快速碳化的基礎上進行的。然而自然碳化和人工快速碳化由于兩者的碳化條件有著諸多不同，所以大家對兩種碳化條件的差別和相關性都十分重視。在經(jīng)過10年的自然碳化研究的基礎上，對比人工快速研究，發(fā)現(xiàn)混凝土在兩種碳化條件下，其碳化規(guī)律可以用公式Xc=表示。這個公式表明了人工碳化和自然碳化的內(nèi)在聯(lián)系，同時也證明了混凝土在自然條件下的碳化也是可以進行預測的。

混凝土的碳化是空氣中的二氧化碳等酸性氣體通過混凝土的孔隙與氫氧化鈣進行中和反應，逐漸使混凝土碳酸鹽化。所以在混凝土的碳化過程中，二氧化碳與混凝土接觸的面積、與混凝土的反應速度等因素都直接影響混凝土的碳化速度。主表現(xiàn)在以下幾個方面：

3防治混凝土碳化的措施

3.1根據(jù)建筑物本身設計使用環(huán)境的不同，應選擇與之相適應的水泥品種和級別。在滿足施工條件的前提下，應優(yōu)先選擇普通硅酸鹽水泥。這是因為普通硅酸鹽水泥成分中的熟料含量高，攙和量較低，堿度高于其他品種，所以其碳化速度相對較慢。其他品種的水泥，如礦渣硅酸鹽漂水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥中的攙和料成分中含有的活性氧化硅與氫氧化鈣反應，會降低混凝土的堿度，導致混凝土碳化速度的加快。

3.2配制混凝土時應選擇材質(zhì)密實，級配好的優(yōu)質(zhì)骨料，這樣所形成的混凝土結(jié)構(gòu)密實孔隙率小，增強了混凝土的耐久性。另外根據(jù)實驗可知輕骨料的混凝土較其他混凝土碳化速度快，在拌制時需添加外加劑，如加氣劑或引水劑等，以提高混凝土的密實性，進而減緩輕骨料混凝土的碳化速度。

3.3在防治混凝土碳化的措施中，適宜的溫度、合理的養(yǎng)護、正確的方法都是影響混凝土碳化的因素。例如夏季施工時，應采用濕草袋等保水材料對混凝土進行覆蓋保濕；冬季施工時，應采用保溫材料對混凝土進行保溫覆蓋，避免養(yǎng)護不到位而引起的混凝土裂縫。

3.4根據(jù)不同的使用環(huán)境，混凝土的鋼筋保護層可適當增加厚度，并且在混凝土外表面涂刷抗?jié)B性和耐久性好的有機防滲材料，以阻滯二氧化碳等酸性氣體的侵入。同時，對于重要的構(gòu)件要定期檢查，對于容易碰撞的部位要設置包角等防護措施。

綜合以上論述，混凝土的碳化對于混凝土的耐久性有著巨大的影響，要想有效控制混凝土的碳化，作為工程技術人員，就要從工程設計、材料制作、具體施工等各個環(huán)節(jié)嚴加控制。應嚴格控制水灰比和選擇合理的原材料，加強混凝土的日常養(yǎng)護，這樣混凝土的碳化深度也就可以得到很好的控制。

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作者簡介：楊磊（1981-），男，講師，研究方向：建筑工程類。