碳化深度對混凝土強度影響的研究

李夢冉， 楊 超， 余曉彥， 宋廣鋒

(湖北工業大學 土木工程與建筑學院， 湖北 武漢 430068)

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碳化深度對混凝土強度影響的研究

李夢冉， 楊 超， 余曉彥， 宋廣鋒

(湖北工業大學 土木工程與建筑學院， 湖北 武漢 430068)

影響混凝土強度的因素有很多，混凝土的碳化就是其中的一個。介紹混凝土碳化過程的基礎上，通過實際工程和實驗分析混凝土碳化對強度的影響，最終論證混凝土強度隨碳化深度的加深逐漸降低。在實際工程和實驗中分別采取回彈法來測定混凝土強度，用酒精酚酞指示劑的方法檢測混凝土的碳化深度。然后整理、分析混凝土強度和碳化深度數據，實驗室理論數據和實測數據結合分析驗證結論。

混凝土碳化； 混凝土強度； 回彈法； 碳化深度

混凝土碳化的本質是一種反應過程，簡單來說就是混凝土結構中的堿性物質和外界環境中的酸性物質發生反應，特別是空氣中的CO2。隨著酸堿物質的反應擴散，混凝土的碳化深度會慢慢增加，當碳化深度增加到一定的程度以后，引起內部鋼筋的銹蝕破壞。鋼筋銹蝕體積膨脹，混凝土保護層剝落，進而混凝土構件強度降低，混凝土構件截面的減小最終將導致結構構件破損或者失效。

2008年的研究結果顯示: 截止2008年，全球大氣中CO2的平均濃度達到0.394‰[1]，2005年到2006年一年的時間就上升了0.53個百分點，而且預計到2090年大氣中CO2的平均濃度將達到不可思議的1‰[2]。顯而易見，我們所生活的環境中CO2濃度正在逐年上升。因此，對混凝土碳化的研究就勢在必行，而且有著極其重要的實際意義。減小碳化對混凝土強度的影響可以增強建筑的耐久性，延長使用年限，更好地體現建筑的價值。

此次混凝土強度與碳化檢測的實例，選取我國東部某省境內高速路段上57座橋梁，此路段通車年限20 a。在同一混凝土強度等級的條件下對橋梁構件碳化深度和強度做了數據采集，在實測數據的基礎上分析不同碳化深度對混凝土強度的影響。通過室內試驗與室外檢測進行比對，更進一步驗證結論。

1 混凝土的碳化機理

在正常環境下，混凝土中的堿性物質與外界環境中的酸性物質發生反應是一個極其復雜的過程。水泥中的物質遇水發生反應以后會生成很多的堿性物質，例如：水化硫鋁酸鈣、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、水化硅酸鈣等，這些強堿性的物質分別會在12.23、10.4、11.43、10.17的pH值下穩定存在[3]。混凝土慢慢硬化的過程中其內部必定會留下一部分孔隙水，這些孔隙水都是pH值為12-13飽和氫氧化鈣溶液，呈強堿性。這些強堿性的物質與大氣中的CO2接觸發生反應,堿性就會漸漸失去,這種現象就是碳化?；炷撂蓟^程中其內部會留下很多的孔隙,這種情況下外界環境中的酸性物質和水汽會隨著這些孔隙進入到混凝土的內部，氫氧化鈣遇水溶解后沿著混凝土內部的孔隙流出。這種情況下，隨著時間增加，碳化程度也會越來越嚴重?；炷撂蓟?，堿性會逐漸消失，對鋼筋的保護作用也越來越小，使鋼筋更容易銹蝕[4],最終降低混凝土構件的強度，使其失去應該有的作用。

2 碳化深度與強度檢測

在這次的實際工程檢測過程中，同時進行混凝土碳化深度的測試與混凝土強度的測試。其中混凝土強度的檢測使用ZBL—S201回彈儀(圖1)，在檢測過程中每個構件選取10個相對比較干燥、光滑的測區，每個測區選取16個回彈點呈4×4狀分列。數據測量過程中，讓回彈儀始終與構件的測區保持垂直?；炷粱貜棌姸葴y試完成后，在同一測區鉆孔，并在鉆孔中滴入1%酒精酚酞試劑，用碳化深度儀(圖2)測量混凝土表面到鉆孔中紅色邊緣的距離。

圖1 混凝土強度回彈儀

圖2 碳化深度測量儀

數據收集完成以后，將數據導入到回彈儀自帶軟件中進行處理，按照實際情況設定混凝土強度等級為C60;回彈環境溫度為250℃;空氣相對濕度RH=80;測面狀況為干燥、光潔。設定好之后，輸入測區對應的碳化深度,運算得出結果以后將報告導出。 所導出的混凝土強度及碳化深度測試結果形式見表1。

表1 混凝土強度及碳化深度測試結果

如表1所示，不同測區回彈值對應測區碳化深度計算出每個構件的強度推定值，此處選用構件不再一一表明。最終選定不同碳化深度下的6組構件的對應強度推定值來驗證本文最初的結論，具體數值及關系見表2及圖3、圖4。由表2和圖3、圖4中所表現出來的不同碳化深度與強度的關系，可以發現：在相同條件下，隨著碳化深度的增加，初始強度相同的混凝土構件強度逐漸地降低，很好的驗證了本文的觀點。

表2 不同碳化深度以及強度數據

圖3 各組強度與碳化深度關系圖

圖4 平均強度與碳化深度關系圖

3 實驗

在實驗室進行了A、B兩組帶有加速碳化的混凝土碳化實驗。首先將澆筑好的標準試塊在標準條件下養護28 d， A、 B兩組分別在加速碳化條件下每隔7 d收集一次混凝土試塊的碳化深度值和回彈強度值。28 d試驗完成后整理分析混凝土碳化深度、回彈強度值，最后得出試塊碳化深度和強度之間的關系(表3)。

表3 實驗室混凝土試塊碳化深度及強度數據

圖5 A組碳化深度與強度關系圖

圖6 B組碳化深度與強度關系圖

圖5、圖6可以看出,加速碳化之后，隨著時間的增長,混凝土碳化深度的增加,回彈法強度推定值呈現下降的趨勢。這就進一步的驗證了，不考慮其他因素的影響，隨著混凝土碳化程度的加重,混凝土強度會有一定的降低。

4 結論

由上述實驗及實例檢測知，在同等外部環境條件下，隨著混凝土碳化深度的增加，其強度越來越低?；炷翉姸鹊慕档捅貙⒁鸷罄m一系列的變化，最終影響結構的耐久性，從而使建筑破壞，最終影響或不能正常使用。

可以采取一定的措施來降低碳化對強度的影響：適當降低水灰比，減少混凝土空隙率延緩碳化速度[5]；可以在混凝土表面刷涂或粘貼材料，將混凝土與空氣隔開，這些都會在一定程度上降低混凝土的碳化速度，也就是說相同時間內，降低了混凝土碳化深度，提高了混凝土的強度，從而使混凝土結構耐久性得以提升。

[1] 肖 佳，勾成福.混凝土碳化研究綜述[J].混凝土，2010(01):40-45.

[2] 楊 靜.混凝土碳化機理及影響因素[J].混凝土，1995(06)：23-28.

[3] VI Babushkin,GM Matveev,OP Mchedlov-Petrosiá.Thermodynamics of silicates[M].Germany:springer-verlag，1985.

[4] 朱安民.混凝土碳化與鋼筋混凝土耐久性[J].混凝土,1992(06):18-22.

[5] 曾家民.混凝土碳化對鋼筋銹蝕的影響及防護措施探討[J].華僑大學學報(自然科學版).1994,15(01):58-62.

[責任編校： 張巖芳]

The Impact of Carbonation Depth on the Concrete Strength

LI Mengran, YANG Chao, YU Xiaoyan, SONG Guangfeng

((SchoolofCivilEngin.andArchitecture,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

Concrete carbonation is one of the factors affecting the strength of concrete. This paper first briefly described the concrete carbonation process, and then analysed the impact of carbonation on the concrete strength through practical projects and experiments, and finally proved that the strength of concrete carbonation gradually decreases with depth deepened. In practical projects and experiments, the rebound method was taken to measure the concrete strength, with alcohol phenolphthalein indicator to detect the concrete carbonation depth. The concrete strength and carbonation depth data, together with laboratory data and field data, were then organized and analyzed to verify the conclusions.

concrete carbonation; concrete strength; Rebound Method; Carbonation depth

2014-07-29

李夢冉(1990-)， 男， 河南安陽人，湖北工業大學碩士研究生，研究方向為建筑與土木工程

1003-4684(2015)01-0103-03

TU317

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