氯離子侵蝕對混凝土碳化過程的影響

徐銘 別聰穎 李志偉 張力方

摘要：文章進行了混凝土浸泡腐蝕和加速碳化試驗，由碳化深度和抗壓強的變化，分析了氯離子侵蝕對碳化深度的影響。結果發現，氯離子侵蝕后的混凝土試件，在加速碳化過程中，初期出現碳化延遲現象，隨碳化時間增加，碳化速率加劇。

關鍵詞：氯離子侵蝕；碳化；抗壓強度；抗碳化性能

1概述

本文基于鋼纖維混凝土和粉煤灰混凝土混凝土，進行了浸泡腐蝕和加速碳化試驗，分析混凝土在氯鹽腐蝕的后碳化過程對碳化深度和抗壓強度的影響。試驗數據和規律對于長期在氯鹽腐蝕環境下服役的混凝土結構，如沿?；炷两ㄖ锖湍壳芭d起的以海砂鹽代替河沙的混凝土來說，很有參考價值。

1.1試驗材料

采用試件尺寸為100mm×100mm×100mm的混凝土試塊。本次實驗所用水泥為普通硅酸鹽42.5級水泥，細骨料為天然河沙，粗骨料為5~20mm連續級配的碎石，水為普通自來水，外加劑為FDN-1奈系高效減水劑，摻合料為1級粉煤灰。

粉煤灰混凝土水膠比為0.39，減水率按20%計算，粉煤灰摻料是砂的30%.

鋼纖維混凝土中鋼纖維采用浙江博恩鋼纖維，銑削型，長徑比34，每立方米約400~430根。

采用機械攪拌方法，鋼模振動成型，20±5℃靜置24h拆模。

1.2試驗設備和方法

1.2.1加速腐蝕試驗?；炷猎嚰跇藴蕳l件下（20±3℃，相對濕度90%~98%）養護28d后，取出用清水沖洗。然后將試件放入濃度3.5%的NaCl 溶液中浸泡，每3個試件為組。

1.2.2加速碳化實驗。碳化儀器采用天津市北辰建工試驗儀器廠研制的混凝土碳化試驗箱，箱內CO2濃度保持在（20±3）%，相對濕度控制在（70±5）%，溫度控制在（20±5）℃。每3 個試件為組，碳化齡期見表2。

1.2.3抗壓試驗?；炷亮⒎襟w抗壓強度采用JYE -200A液壓式建材壓力試驗機進行測試，最大可施加荷載為2000kg。試驗根據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002），選擇與試件在模板內時的兩個相對面作為試驗時的受力面，使兩個受力面相互平行并且與中軸線垂直。選用力控制方式，加載速度為0.5MPa/s。試驗時將試驗試塊放在試驗機原形底座中心位置，確保試塊中軸線與試驗機的壓力線重合，調整橫梁的上下位置，使壓力機的壓力端接觸試塊。開始加載，直到試件被壞，記錄數據。

1.2.4碳化深度測試方法。本試驗中采用酚酞酒精溶液測定混凝土的碳化深度。濃度為l％的酚酞酒精溶液，以PH-9為分界線，已碳化區為無色，未碳化區為粉紅色，該方法僅能測試完全碳化的深度，是一種定性指示劑。

1.3試驗方案設置

不同試件在不同試驗環境下的分配。試驗設置了鋼纖維與粉煤灰的對照及清水與氯鹽溶液的對照，具體試驗安排見表1。

表1試件品種與試驗環境安排

品種 浸泡溶液 浸泡時間/d 碳化時間/d

鋼纖維/粉煤灰 清水/3%的氯化鈉溶液 60 0

3

7

14

28

2結果與分析

對試件經氯鹽充分浸泡但還未破壞的情況下（浸泡60天后）混凝土力學強度隨碳化時間增加的變化情況進行了試驗，取碳化深度試驗數據，并繪制圖1、圖2。

圖 1圖 2

結果顯示，碳化初期，清水浸泡的混凝土的碳化緩慢進行，而氯離子腐蝕的混凝土發生碳化延遲或碳化作用微弱，在碳化3天后測得碳化深度依舊為0，抗碳化性能增強。分析原因可能是氯離子浸泡過程的腐蝕產物細化了混凝土的孔隙結構，阻礙CO2進入，導致碳化過程極其微弱?？梢娐入x子的腐蝕在一定程度上提高了混凝土的抗碳化性能。

在后續的碳化過程中（7d-28d），氯離子腐蝕的混凝土的碳化速率明顯較大，說明氯離子侵蝕對碳化產生了促進作用。從化學反應上分析，碳化前，腐蝕產物均勻分布于腐蝕區域，當二氧化碳擴散到混凝土表面發生碳化反應時會釋放氯離子溶解于孔溶液中通過濃度擴散作用遷移到未碳化區，并在該區域重新形成腐蝕產物，二氧化碳擴散到該區域發生碳化作用時發生分解作用，這樣隨著碳化和鹽生成的循環過程，碳化鋒面逐漸向混凝土內部發展，因此加劇了混凝土的碳化速度。

這個過程中氯離子侵蝕促使碳化加速，同時，碳化過程會釋放結合氯離子導致氯離子濃度局部峰值，加速氯離子滲透，造成氯離子的深入侵蝕，會使得混凝土發生嚴重局部腐蝕破壞，導致混凝土抗壓強度降低。

對比圖1 和圖2 中的碳化深度數值，在同樣的試驗環境下，鋼纖維混凝土的抗碳化性能顯著優越于粉煤灰混凝土。

3結論

（1）氯鹽侵蝕對碳化作用先抑制后促進，主要表現在促進方面；（2）鋼纖維混凝土抗碳化性能顯著優越于粉煤灰混凝土。

參考文獻

[1] 田野,宋顯銳.氯離子對混凝土結構的侵蝕作用[J].河南建材, 2010(1):13-14.

[2] 許晨,王傳坤,金偉良.混凝土中氯離子侵蝕與碳化的相互影響[J].建筑材料學報,2011(6):376-380.

基金項目：本試驗為鄭州大學全國大學生創新創業訓練計劃資助項目。

作者簡介：徐銘（1993- ），男，江蘇東海人，鄭州大學水利水電工程2011級本科生；別聰穎（1992- ），女，湖北宜昌人，鄭州大學水利水電工程2011級本科生；李志偉（1992- ），男，山東濟南人，鄭州大學水利水電工程2011級本科生；張力方（1994- ），河北保定人，鄭州大學水利水電工程2011級本科生。