混凝土表面碳化與應(yīng)力腐蝕關(guān)系的實驗研究

董 澄 姜保曉

中交一航局第一工程有限公司

混凝土表面碳化與應(yīng)力腐蝕關(guān)系的實驗研究

董 澄 姜保曉

中交一航局第一工程有限公司

混凝土一般是指用水泥作膠凝材料，砂、石作骨料，與水（可含外加劑和摻合料）按一定比例配合，經(jīng)攪拌而得的水泥混凝土。混凝土在水運、公路等工程中被廣泛地使用，是目前建筑市場上最常用、用量最多的建筑原料。由于多種原因，在使用一段時間后，混凝土表面會發(fā)生碳化現(xiàn)象，最終將導(dǎo)致建筑的承載能力降低。文章圍繞混凝土表面碳化與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系進(jìn)行了研究討論。

混凝土；表面碳化；應(yīng)力腐蝕

1 前言

一直以來，業(yè)界一直認(rèn)定混凝土的使用壽命至少為五十年，尤其是現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，很多企業(yè)在混凝土配合比的優(yōu)化方面也進(jìn)行了不少研究，市場上使用的混凝土的種類越來越多，也出現(xiàn)了不少高性能混凝土。但是，在現(xiàn)實中的情況是，我國混凝土建筑的使用壽命大多不滿五十年。這就要求相關(guān)企業(yè)加強在混凝土抗碳化方面的研究，盡可能的減緩混凝土的老化導(dǎo)致的建筑結(jié)構(gòu)失效的情況。

2 影響混凝土表面碳化的因素

2.1 混凝土自身的性質(zhì)

混凝土的組成成分中含有大量的堿性物質(zhì)，空氣中二氧化碳?xì)怏w與混凝土接觸，會跟堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O，生成碳酸鹽和水，導(dǎo)致混凝土堿度降低。混凝土發(fā)生碳化后堿性降低，當(dāng)碳化現(xiàn)象深入混凝土的保護(hù)層以內(nèi)后，鋼筋就會與空氣中的水、二氧化碳等物質(zhì)反應(yīng)，開始生銹。而混凝土組成成分的種類以及比例的不同，其碳化的程度也會有所不同。

2.2 外界環(huán)境

混凝土的碳化速度、程度與外界的環(huán)境條件比如溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、自然光強度等有著密不可分的關(guān)系。由化學(xué)原理可知，大部分的化學(xué)反應(yīng)都是溫度越高，反應(yīng)程度越大。因此，當(dāng)建筑周圍的溫度比較高時，混凝土與空氣中的物質(zhì)的反應(yīng)會更加充分。

3 混凝土表面碳化與應(yīng)力腐蝕關(guān)系

應(yīng)力腐蝕是材料、機械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生的失效現(xiàn)象。它與混凝土表面的碳化有很大的關(guān)系。

3.1 應(yīng)力影響混凝土的回彈值

首先，我先大致介紹一下工程背景，中交一航局所承接的天津市濱海新區(qū)西外環(huán)高速公路工程第九標(biāo)段是于2010年底進(jìn)行開工建設(shè)的，工程預(yù)計2012年底竣工通車，但是由于當(dāng)?shù)夭疬w問題影響，工程經(jīng)常由于這些外界因素暫時停工，于是截止目前2017年初仍然還有部分結(jié)構(gòu)未進(jìn)行施工，因此，由于工程跨度時間較長，每施工一個構(gòu)件28d齡期后監(jiān)理就會旁站監(jiān)督檢測項目部進(jìn)行混凝土強度回彈檢測，并且每年兩次質(zhì)監(jiān)站檢查，都會隨機抽檢過去已經(jīng)施工過的構(gòu)件強度，看是否有結(jié)構(gòu)破損以及強度損失，如果有再責(zé)令施工單位進(jìn)行修補，因此這種施工條件正好對于我們本次研究有大量的數(shù)據(jù)支持。

現(xiàn)在我們?nèi)訑?shù)據(jù)在2011年7月12日施工的引水河大橋墩柱Y4-3來進(jìn)行研究，混凝土強度設(shè)計為C30，28d齡期是2011年8月9日，當(dāng)時留置的混凝土試塊強度經(jīng)過檢測已經(jīng)合格，強度為38.9MPa，很好的符合設(shè)計要求，在有了合格報告之后，在2011年8月11日監(jiān)理旁站監(jiān)督進(jìn)行混凝土回彈檢測，后來在質(zhì)監(jiān)站隨機抽檢中于2013年5月12日和2016年10月15日又再次抽檢到了該構(gòu)件，三次檢測的碳化深度和回彈強度修正值如下：

由上圖對比可知，混凝土的回彈值要是比較高，碳化的程度就比較小。回彈值比較低的話，混凝土碳化的程度就比較大，碳化深度也比較深。

3.2 碳化深度越深，混凝土應(yīng)力腐蝕越嚴(yán)重

應(yīng)力腐蝕是指材料在拉應(yīng)力和特定的化學(xué)介質(zhì)聯(lián)合作用下所產(chǎn)生的低應(yīng)力脆性斷裂現(xiàn)象。由它導(dǎo)致的材料的斷裂稱為應(yīng)力腐蝕斷裂。下面的這個圖表是對公司試驗室所檢測過的濱海新區(qū)東海云天小區(qū)進(jìn)行取樣調(diào)查的調(diào)查結(jié)果。

應(yīng)力腐蝕的程度和混凝土表面的碳化程度成正比，和混凝土結(jié)構(gòu)的強度成反比。所以，混凝土表面的碳化深度的大小對混凝土建筑的耐受性有很大的影響。

3.3 碳化深度與強度大小成正比

在新中國成立之前，國民黨政府曾經(jīng)建筑了很多以混凝土為原料的碉堡。下面的圖表是對其中一個碉堡的多個部分的性質(zhì)進(jìn)行研究分析的數(shù)據(jù)結(jié)果。

由此可知，建筑的碳化深度與應(yīng)力強度大小成正比。其原理大致是，在混凝土結(jié)構(gòu)受到的應(yīng)力比較小的時候，建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部不會因為受力過大而被擠壓產(chǎn)生裂痕。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各方各面得到研究和技術(shù)都在不斷的升級，建筑行業(yè)無論是在建筑原料還是建筑方式上都有了改變。相關(guān)企業(yè)和人員應(yīng)該加強創(chuàng)新，研制輕質(zhì)，高強度，多功能的混凝土新品種，并且繼續(xù)加強在減緩混凝土表面碳化、延長混凝土結(jié)構(gòu)壽命的研究，使得建筑的質(zhì)量更高，提高建筑的安全性。

[1]蔡傳國.混凝土表面碳化與應(yīng)力腐蝕關(guān)系的實驗研究[J].中國市政工程,2015(3):68～69.

[2]蔡傳國.高齡混凝土表面碳化與應(yīng)力腐蝕關(guān)系的調(diào)查與試驗研究[J].混凝土,2013(6):4～6.