張曉英 宋力 何崗忠

摘要：為得到黃河中下游水閘混凝土碳化深度的變化規(guī)律，并揭示其對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，利用43座水閘現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)混凝土強(qiáng)度和相對(duì)應(yīng)碳化深度的數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析方法研究了黃河中下游水閘不同構(gòu)件的混凝土碳化深度以及不同地區(qū)、不同設(shè)計(jì)強(qiáng)度混凝土碳化深度與強(qiáng)度之間的關(guān)系。結(jié)果表明：黃河中下游水閘碳化深度自閘底板起隨相對(duì)高程增加而變大；13～51a齡期內(nèi)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C18的混凝土比C13混凝土抗碳化能力強(qiáng)；黃河中下游不同地區(qū)的水閘混凝土強(qiáng)度增加量均隨著碳化深度的增加先增大后減小。由此可見(jiàn)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其抗碳化能力越強(qiáng)，且隨著混凝土碳化深度的增加，混凝土強(qiáng)度增加量先增加后減小。

關(guān)鍵詞：碳化深度；混凝土強(qiáng)度；齡期；水閘；黃河中下游

中圖分類(lèi)號(hào)：TV66 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/ j.issn.1000-1379.2018.01.025

混凝土碳化深度是水閘安全鑒定現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中影響材料性能指標(biāo)的重要因素之一，黃河中下游水閘常處在有水狀態(tài)下，長(zhǎng)期受到流水的沖刷，混凝土表面的沙子會(huì)被帶走，混凝土與外界空氣的接觸面變大，混凝土更容易被碳化，對(duì)混凝土強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生影響。現(xiàn)有研究成果表明，混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，抗碳化能力越強(qiáng)[1-4]，環(huán)境與混凝土本身品質(zhì)是混凝土碳化的主要因素；建立碳化深度與實(shí)際齡期混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系模型比建立碳化深度與混凝土28d齡期抗壓強(qiáng)度的關(guān)系模型更有意義[5]；顏承越[6]對(duì)混凝土碳化與強(qiáng)度的關(guān)系研究表明，混凝土碳化深度與抗壓強(qiáng)度之間存在良好的相關(guān)性；李夢(mèng)冉等[7]對(duì)混凝土碳化深度與強(qiáng)度關(guān)系的研究表明，隨著碳化深度的增加，混凝土強(qiáng)度越來(lái)越低，這與本文對(duì)混凝土碳化深度與強(qiáng)度關(guān)系的研究結(jié)果不同。國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土碳化深度與強(qiáng)度關(guān)系的研究多停留在個(gè)別工程或者實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，得到混凝土碳化深度與強(qiáng)度的關(guān)系也只能代表個(gè)別工程的規(guī)律，不能應(yīng)用到其他工程上，缺乏對(duì)大量實(shí)際工程的相關(guān)研究。為研究混凝土碳化深度的變化規(guī)律以及混凝土碳化深度與強(qiáng)度的關(guān)系，本文以黃河中下游43座水閘現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)混凝土強(qiáng)度和相對(duì)應(yīng)碳化深度成果為依據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)分析方法揭示黃河中下游水閘混凝土碳化深度的變化規(guī)律以及碳化深度與強(qiáng)度之間的關(guān)系。

1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用方法

在黃河中下游水閘的安全鑒定中，混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)和混凝土碳化深度的檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行，混凝土強(qiáng)度檢測(cè)采用回彈法、鉆芯法、鉆芯修正回彈法和超聲回彈綜合法，檢測(cè)的水閘主要構(gòu)件有閘墩、閘頂板、閘底板、胸墻和涵洞側(cè)墻、涵洞頂板、涵洞底板、閘門(mén)及機(jī)架橋梁、板、柱等。混凝土碳化深度檢測(cè)依據(jù)規(guī)范[8]要求，采用錘子和鋼釬在測(cè)區(qū)表面形成直徑約15mm的孔洞，其深度應(yīng)大于混凝土的碳化深度，孔洞中的粉末和碎屑應(yīng)除凈，并不得用水擦洗，同時(shí)采用濃度為1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，當(dāng)已碳化與未碳化界線(xiàn)清楚時(shí)，再用深度測(cè)量工具測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離，測(cè)量不應(yīng)少于3次，取其平均值。

2 黃河中下游水閘混凝土碳化深度的變化規(guī)律

2.1 水閘不同構(gòu)件混凝土碳化深度的變化規(guī)律

對(duì)黃河中下游43座水閘的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，水閘個(gè)別構(gòu)件的混凝土碳化深度數(shù)據(jù)較少，這里只對(duì)水閘的涵洞底板、閘底板、閘墩、涵洞側(cè)墻、閘頂板、涵洞頂板、胸墻以及機(jī)架橋混凝土碳化深度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖1。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，黃河中下游穿堤建筑物水閘混凝土有長(zhǎng)期水下、水下和水上交替變化及完全水上三種使用環(huán)境，可以把水閘分成三類(lèi)構(gòu)件：第一類(lèi)構(gòu)件為閘底板和涵洞底板；第二類(lèi)構(gòu)件為閘墩、閘頂板、涵洞側(cè)墻、胸墻和涵洞頂板；第三類(lèi)構(gòu)件為機(jī)架橋。閘底板和涵洞底板處在淤泥之下，混凝土與空氣中的CO2隔離，不能發(fā)生碳化反應(yīng)，所以閘底板和涵洞底板混凝土碳化深度比較小。水閘內(nèi)的水長(zhǎng)期處在流動(dòng)狀態(tài)，水閘的閘墩、涵洞側(cè)墻和頂板混凝土長(zhǎng)期受到流水的沖刷，構(gòu)件混凝土表面的沙子被帶走，另外季節(jié)交替變化，使混凝土表面受到凍融循環(huán)的影響變得疏松，加大空氣中的CO2進(jìn)入混凝土中尚未完全充水的毛細(xì)孔，在潮濕的環(huán)境下，有利于與混凝土中的Ca（OH）2發(fā)生碳化反應(yīng)，因此其混凝土碳化深度相對(duì)比較大。但不同的第二類(lèi)構(gòu)件碳化深度也不同，可根據(jù)水位變化區(qū)來(lái)劃分混凝土碳化深度的變化，水位變化區(qū)以下、水位變化區(qū)、水位變化區(qū)以上的碳化深度逐漸變大。黃河中下游水閘所處的位置一般在野外，受風(fēng)吹、日曬等惡劣環(huán)境的影響，水閘的機(jī)架橋和胸墻混凝土腐蝕很快，混凝土表面的孔洞比較多，加大了與空氣中CO2的接觸面積，另外水分的蒸發(fā)使得水閘周?chē)諝庵械乃趾勘容^大，在此環(huán)境下混凝土中的Ca（OH）2將發(fā)生快速的碳化反應(yīng)，因此水閘的機(jī)架橋和胸墻混凝土碳化深度往往非常大。分析可知，黃河中下游水閘的碳化深度自閘底板起隨相對(duì)高程增加而變大。

2.2 不同強(qiáng)度等級(jí)的水閘混凝土碳化深度與齡期的關(guān)系

黃河中下游水閘混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般為C13和C18，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，13～51a齡期內(nèi)，C13水閘混凝土碳化深度比C18水閘混凝土碳化深度大，表明C18水閘混凝土比C13混凝土抗碳化能力強(qiáng)。混凝土的抗壓強(qiáng)度是混凝土最基本的性能指標(biāo)，它與混凝土的水灰比、水泥用量等有關(guān)。水灰比基本上決定了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，水灰比越大，混凝土在硬化中失去的水分就越多，產(chǎn)生的毛細(xì)孔就越多，加大了CO2在混凝土中的擴(kuò)散速度，因此水灰比越大混凝土碳化就越快。水泥用量直接影響混凝土吸收CO2的量，因此對(duì)混凝土碳化速度有一定影響，混凝土吸收CO2的量等于水泥用量與混凝土水化程度的乘積，水泥用量越大，混凝土強(qiáng)度越高，其碳化越慢，從而說(shuō)明混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其抗碳化能力越強(qiáng)。

3 水閘混凝土碳化深度與強(qiáng)度變化的關(guān)系

3.1 黃河中下游不同地區(qū)的水閘混凝土碳化深度與強(qiáng)度的關(guān)系

對(duì)黃河中下游河南段和山東段的水閘檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到不同地區(qū)水閘混凝土碳化深度與強(qiáng)度增加量關(guān)系曲線(xiàn)，見(jiàn)圖2。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，黃河中下游河南段和山東段水閘的混凝土強(qiáng)度增加量隨著碳化深度的增加先增大后減小。混凝土發(fā)生水化反應(yīng)，內(nèi)部水分蒸發(fā)，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)孔，混凝土在碳化作用下生成了碳酸物質(zhì)，填補(bǔ)了混凝土的毛細(xì)孔，當(dāng)混凝土的碳化深度比較小時(shí)（一般為1～2mm），在一定程度上增加了混凝土的強(qiáng)度，所以隨著混凝土碳化深度的增加，混凝土強(qiáng)度增加量會(huì)先增大后減小。

3.2 不同強(qiáng)度等級(jí)的水閘混凝土碳化深度與強(qiáng)度增加量的關(guān)系

不同強(qiáng)度等級(jí)的水閘混凝土碳化深度與強(qiáng)度增加量的關(guān)系見(jiàn)圖3。可見(jiàn)，隨著碳化深度的增加，混凝土強(qiáng)度增加量先增大后減小，C13混凝土強(qiáng)度增加量比C18混凝土強(qiáng)度增加量大。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)黃河中下游水閘強(qiáng)度以及相應(yīng)碳化深度的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出以下結(jié)論：

（1）黃河中下游水閘混凝土碳化深度隨相對(duì)高程的增加而逐漸變大。

（2）13～51a齡期內(nèi)，C18混凝土比C13混凝土的抗碳化能力強(qiáng)，表明混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其抗碳化能力越強(qiáng)。

（3）通過(guò)對(duì)不同地區(qū)、不同強(qiáng)度等級(jí)的黃河中下游水閘混凝土碳化深度與強(qiáng)度關(guān)系的分析可知，隨著碳化深度的增加，混凝土強(qiáng)度增加量先增大后減小。

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