建筑工程用混凝土碳化，凍融破壞影響因素及防治

摘 要：建筑物中混凝土的碳化，對(duì)其耐久性有很大影響，嚴(yán)重時(shí)使混凝土開裂、剝落，保護(hù)層遭受破壞，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物破壞。本文對(duì)混凝土碳化機(jī)理和影響因素作了分析性的歸納，提出了混凝土碳化的簡易測(cè)試方法和防止措施。對(duì)水工建筑物混凝土的管理維修及預(yù)防老化均具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：混凝土 碳化 分析

建筑物多以混凝土結(jié)構(gòu)組成，而這些混凝土結(jié)構(gòu)多處在氣候惡劣的環(huán)境中，受泥沙、水流、物理、化學(xué)、氣溫等影響因素頗多。混凝土的破壞以碳化、凍融破壞為常見，致使許多建筑物的運(yùn)行壽命大為縮短，造成極大浪費(fèi)。所以有必要進(jìn)一步探討水工建筑物混凝土的碳化、凍融破壞機(jī)理及防治措施。

1.混凝土碳化機(jī)理

混凝土的碳化是指大氣中的二氧化碳首先滲透到混凝土內(nèi)部的孔隙中，而后溶解于毛細(xì)孔中的水分，與水泥水化過程中所產(chǎn)生的水化硅酸鈣和氫氧化鈣等水化產(chǎn)物相互作用，生成碳酸鈣等產(chǎn)物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在著孔隙，里面充滿著水分和空氣，在混凝土的氣相、液相、固相中進(jìn)行著一個(gè)十分復(fù)雜的多相物理化學(xué)連續(xù)過程。

混凝土碳化有增加混凝土強(qiáng)度和減少滲透性的作用，這可能是因?yàn)樘蓟懦龅乃执龠M(jìn)水泥的水化及碳酸鈣沉淀減少了水泥石的孔隙之故。但混凝土碳化后，其堿性降低，加快鋼筋腐蝕。

混凝土的抗凍性是混凝土受到的物理作用（干濕變化、溫度變化、凍融變化等）的一方面，是反映混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一。對(duì)混凝土的抗凍性不能單純理解為抵抗凍融的性質(zhì)，不僅在嚴(yán)寒地區(qū)混凝土建筑物有抗凍的要求，溫?zé)岬貐^(qū)混凝土建筑物同樣會(huì)遭到干、濕、冷、熱交替的破壞作用，經(jīng)歷時(shí)間長久會(huì)發(fā)生表層削落，結(jié)構(gòu)疏松等破壞現(xiàn)象。

另外凝膠不斷增大，形成更大膨脹壓力，當(dāng)混凝土受凍時(shí)，這兩種壓力會(huì)損傷混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)經(jīng)過反復(fù)多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴(kuò)大，發(fā)展成互相連通的裂縫，使混凝土的強(qiáng)度逐步降低，最后甚至完全喪失。從實(shí)際中不難看出，處在干燥條件的混凝土顯然不存在凍融破壞的問題，所以飽水狀態(tài)是混凝土發(fā)生凍融破壞的必要條件之一，另一必要條件是外界氣溫正負(fù)變化，使混凝土孔隙中的水反復(fù)發(fā)生凍融循環(huán)，這兩個(gè)必要條件，決定了混凝土凍融破壞是從混凝土表面開始的層層剝蝕破壞。

2.混凝土碳化影響因素

水工建筑物混凝土碳化的影響因素較多，有內(nèi)在因素，也有外界因素。

2.1 影響混凝土碳化的內(nèi)在因素

影響混凝土碳化的內(nèi)在因素主要有：水泥品種、集料品種和級(jí)配、磨細(xì)礦物摻料的品種和數(shù)量、水泥用量、水灰比、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量等，另外，混凝土成型后，必須在適宜的環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)好的混凝土，具有膠凝好、強(qiáng)度高、內(nèi)實(shí)外光和抗侵蝕能力強(qiáng)，能阻止大氣中的水分和二氧化碳侵入其內(nèi)，延緩碳化速度。

2.2 影響混凝土碳化的外界因素

影響混凝土碳化的外在因素主要有：酸性介質(zhì)、溫度和光照、含水量和相對(duì)濕度、凍融和滲漏等。

3.混凝土碳化的防止措施

混凝土碳化有混凝土“癌癥”之說，關(guān)鍵是應(yīng)采取防止措施。

3.1 設(shè)計(jì)方面

根據(jù)水工建筑物中不同的結(jié)構(gòu)形式和不同的環(huán)境因素，分別對(duì)混凝土的保護(hù)層采取不同的厚度，應(yīng)盡量避免一律采用2-3cm。

3.2 施工方面

混凝土質(zhì)量好壞，施工是關(guān)鍵。一是要認(rèn)真選擇建筑材料。水泥選用抗碳化能力強(qiáng)的硅酸鹽水泥；集料選用質(zhì)地硬實(shí)和級(jí)配良好的砂和石料；施工中除砂要篩、石要洗外，還要特別注意剔除集料中的有害物質(zhì)。二是在混凝土中可摻入優(yōu)質(zhì)適宜的外加劑，如減水劑、阻水劑等，以改善混凝土的某些性能，提高其強(qiáng)度和密實(shí)性、抗?jié)B性、抗凍性。三是要嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，要求是小水灰比，低塌落度，要把水的用量控制在滿足配料和施工需要的最低范圍內(nèi)，盡量減少混凝土的自由水。四是振搗和養(yǎng)護(hù)，振搗一定要充分并嚴(yán)格按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，必要時(shí)可作表面處理；養(yǎng)護(hù)一定要及時(shí)，一旦混凝土達(dá)到初凝時(shí)，就應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并堅(jiān)持按不同水泥品種所要求的時(shí)間養(yǎng)護(hù)，控制好環(huán)境的溫度和濕度，以使混凝土在適宜的環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。五是鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，施工時(shí)要將鋼筋用事先預(yù)制好的高標(biāo)號(hào)砂漿墊塊墊好，使鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求。六是施工縫要做到少留或不留，必須要留的，應(yīng)作好接縫處的工藝處理。

3.3 使用方面

對(duì)于水工建筑物在使用上不要隨意改變?cè)O(shè)計(jì)的使用條件。因?yàn)樗そㄖ锸褂脳l件的改變，直接關(guān)系到外界氣體、溫度、濕度等因素變化所引起的混凝土內(nèi)部某些情況的變化，尤其是對(duì)于混凝土構(gòu)件的容易碰撞部位，更應(yīng)當(dāng)設(shè)置包角和隔層保護(hù)。

3.4 管理方面

對(duì)于水工建筑中混凝土構(gòu)件的管理，主要是定期檢查、加強(qiáng)維護(hù)。對(duì)于容易產(chǎn)生碳化的混凝土構(gòu)件，則應(yīng)派專人定期觀察及測(cè)試溫度、濕度，檢查裂縫情況和碳化深度，并作好詳細(xì)記錄。若發(fā)現(xiàn)混凝土表面有開裂、剝落現(xiàn)象時(shí)，則應(yīng)及時(shí)利用防護(hù)涂料對(duì)混凝土表面進(jìn)行封閉或采取使混凝土表面與大氣隔離措施，絕對(duì)不允許其裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，必要時(shí)可作混凝土補(bǔ)強(qiáng)處理。

4、混凝土凍融破壞的防治

對(duì)于混凝土凍融破壞的防治，結(jié)合我們的施工實(shí)踐，總結(jié)出了如下幾點(diǎn)：

（1）預(yù)防措施。一是在混凝土施工中應(yīng)根據(jù)不同情況選擇含有不同礦物成份和不同性能的水泥、骨料和外加劑，從材料方面確保混凝土的耐久性；二是嚴(yán)格混凝土制作配合比，一定要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型和所處的環(huán)境條件，試驗(yàn)確定關(guān)鍵參數(shù)，主要是降低混凝土的水灰比，水泥水化所需水分僅為其重量的25%左右，若水量增加，多余的水就游離析出，產(chǎn)出孔隙，飽和后易受凍脹破壞；另外摻入引氣型外加劑是提高混凝土抗凍性最有效的途徑之一；三是人為地優(yōu)化建筑物混凝土構(gòu)件周圍的環(huán)境條件，以減少或改善致使混凝土凍融的各種不利因素。

（2）治理措施。①水泥砂漿修補(bǔ)，適用于輕微的表層破壞；②預(yù)縮砂漿修補(bǔ)，所謂預(yù)縮砂漿是指經(jīng)拌和好之后再歸堆放置30～90mih后才使用的干硬性砂漿，此種方法適高速水流區(qū)混凝土表面的損壞；③噴漿修補(bǔ)，多用于混凝土凍融破壞化較嚴(yán)重的部位；噴混凝土修補(bǔ)，是指經(jīng)施高壓將混凝土拌料以高速運(yùn)動(dòng)注入被修補(bǔ)的部位，其密度及抗?jié)B性較一般混凝土好，且具有快速，高效的特點(diǎn)；④環(huán)氧材料修補(bǔ)，一般有環(huán)氧基液、環(huán)氧砂漿和環(huán)氧混凝土等，這種材料具有較高的強(qiáng)度和抗蝕、抗?jié)B能力，并與混凝土結(jié)合力較強(qiáng)，但價(jià)格較貴，施工工藝復(fù)雜，材料配比嚴(yán)格，此法可與其它修補(bǔ)方法配合使用，效果更佳；總之我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)水工建筑物所處的環(huán)境、位置和凍融破壞的程度以及原混凝土構(gòu)件制作的主要材料性能綜合選用不同的修補(bǔ)方法，才能獲得較好的效果。

5.結(jié)束語

影響水工建筑物中混凝土碳化的因素很多，問題比較復(fù)雜，其檢測(cè)手段與預(yù)防對(duì)策還有待于進(jìn)一步分析研究。本文所述的水工建筑物混凝土碳化的因素與對(duì)策，也適用于其他建筑物中混凝土碳化的研究。