水工建筑中混凝土碳化的原因及对策

2012-08-15陈忠成

黑龙江水利科技 2012年7期

关键词：碱度水工碳化

陈忠成

(贵州中水建设股份有限公司，贵阳 550002)

水工建筑中混凝土碳化的原因及对策

陈忠成

(贵州中水建设股份有限公司，贵阳 550002)

对水工建筑来说，由于混凝土质量的主要影响因素之一是混凝土的碳化问题，因此在水工建筑的施工过程中应该高度重视。分析了水工建筑混凝土的碳化机理和影响因素及影响混凝土碳化的主要原因，提出了水工建筑施工中防治混凝土碳化的对策，从而达到或延长施工建筑工程的使用寿命。

水工建筑;混凝土;碳化;原因;对策

0 前言

水工建筑主要组成部分就是混凝土，在水工建筑的混凝土建筑物中，普遍存在着因为混凝土碳化而导致水工建筑内部钢筋的锈蚀，从而造成混凝土结构物的破坏，并且这种破坏是一种危害极大的损坏。水工建筑物的耐久性与混凝土的碳化密切相关，如果建筑物的混凝土碳化严重的话，将导致建筑物混凝土结构出现剥落、开裂的现象，不仅破坏了原有的保护层，同时还使得建筑结构物受到损坏，最终水工建筑物的寿命会缩短。因此，只有影响混凝土碳化的原因被充分正确地认识到的时候，才能据此采取和制定相关的措施，预防建筑物混凝土碳化现象的发生，从而真正实现水工建筑的功能，并且水工建筑的使用年限也将延长。

1 混凝土碳化的概念

混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe3O4，称为钝化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。

2 水工建筑混凝土碳化的原因

导致水工建筑物混凝土碳化的原因有很多，主要可分为两大类：内在原因和外部原因。

2.1 由于内部原因导致的水工建筑物混凝土碳化

2.1.1 集料级配和品种

混凝土所使用的集料级配和品种的不同，会使得建筑物内部的孔隙结构有很大的差别，水工建筑物混凝土的密实性会受到直接影响。混凝土碳化的速度比较慢的一般会是级配较好、材质致密坚实的集科的混凝土。

2.1.2 水泥的品种和用量

不同品种的水泥会有不同混合材量、矿物组成、生料化学成分、外加剂，混凝土的碱度和水泥本身的活性将会受到这些因素直接影响，同时这些因素对混凝土碳化的速度也有一定的影响。一般来说，混凝土的碳化速度与水泥中所含熟料的多少成反比。可以通过添加一些例如引气剂、减水剂的外加剂来提高混凝土的抗渗性，减弱混凝土的碳化速度。增加水工建筑物中混凝土的水泥用量，不仅混凝土的和易性可以被改变，从而混凝土的密实性也会得到提高，同时混凝土的碱性储备还可以得到一定程度的增加，增强了混凝土的抗碳化性能。随水泥用量的增大，建筑物的混凝土碳化速度反而降低。

2.1.3 水灰比

在保证水泥用量一定的前提下，混凝土的孔隙率可以通过增大水灰比而得到增加，同时降低了密实度，增大了渗透性，导致建筑物混凝土体内进入了空气中较多的有害化学物质及水分，从而使水工建筑物的混凝土碳化速度加快。

2.1.4 磨细矿物掺料的数量和品种

若混凝土中掺料不能自行硬化的活性水硬性材料，可以通过与加入的石灰或者与水泥水化析出的氢氧化钙相互作用，并且形成了稳定性较强的胶结物质，从而降低了混凝土碱度。在采用等量取代水灰比不变的情况下，混凝土的碳化速度与掺料量取代水泥量的大小有关。

2.1.5 养护质量

在水工建筑物的混凝土成型后，其养护必须在适宜的环境中才能有效的进行，养护好的混凝土的特点有强度高、胶凝好、抗侵蚀能力强、内实外光，大气中的水分和二氧化碳会被阻止进入混凝土的内部，混凝土的碳化速度会得到延缓。如果混凝土养护的不好，混凝土抗侵蚀性会变差，大气中水分和二氧化碳将会很容易进入混凝土内部，从而会使混凝土的碳化速度加快。

2.1.6 施工质量

水工建筑的施工质量差主要表现为两个方面：①蜂窝、麻面、空洞多，给大气中的二氧化碳和水分的渗入创造了条件;②振捣不密实，造成混凝土强度低，从而会使混凝土的碳化速度加快。

2.2 由于外部原因导致的水工建筑物混凝土碳化

2.2.1 酸性介质

混凝土碳化的直接原因是由于混凝土孔隙中渗入了酸性气体，并且在混凝土的液相中溶解形成酸，与水泥石中的硅酸盐、铝酸盐、氢氧化钙及其他化合物发生中和反应，使得水泥发生变质，降低了混凝土的碱度。混凝土中钢筋锈蚀的另外一个原因是在混凝土液相中氯离子形成盐酸，与氧氧化钙作用后生成氯化钙，由于氯化钙吸湿性很高，从而导致钢筋发生溃烂性锈蚀现象。

2.2.2 温度和光照

如果混凝土表面的温度下降，由于表面收缩产生的拉力在超过混凝土本身的抗拉强度后，开裂便会发生，逐渐脱落和裂缝会发生，使得水分和二氧化碳很容易进入，从而会使混凝土的碳化速度加快。

2.2.3 相对湿度和含水率

混凝土碳化速度系数和含水率的大小直接与周围介质的相对湿度有关，在实际工程中，混凝土结构下部的碳化程度较上部轻，主要是湿度影响的结果。

2.2.4 渗漏和冻融

混凝土中的氢氧化钙流失大部分原因是渗漏水的作用，碳酸钙结晶会在混凝土表面上形成，从而会分解混凝土的水化产物，混凝土碱度和强度会被严重降低。由于温度交替变化，在混凝土水位变化或浸水饱和部位，其内部的孔隙水交替地融解松弛和冻结膨胀，造成大面积产生裂缝或疏松剥落现象的发生，最终导致混凝土碳化的发生。

3 针对混凝土碳化采取的对策

3.1 水工混凝土建筑的设计

针对水工建筑物中不同的环境因素和不同的结构形式，混凝土的保护层也应当采取不同的厚度。

3.2 施工方面

水工建筑的施工直接关系着混凝土质量优劣：①建筑材料的选择要谨慎。抗碳化能力强的硅酸盐水泥优先选用;选用级配良好和质地硬实的石料和砂来做集料;施工中不仅要用筛选、石要洗，同时剔除集料中的有害物质也要高度重视;②在混凝土中可掺入适宜优质的如阻水剂、减水剂等外加剂，来改善混凝土的某些性能，提高其强度和抗渗性、抗冻性、密实性;③混凝土的水灰比要严格控制，要求是水灰比小，低塌落度，在满足配料和施工需要的最低范围内控制水的用量，尽量减少混凝土的自由水;④养护和振捣，要有及时的混凝土养护，养护按照不同水泥品种所要求的时间，环境的湿度和温度要控制好，以使混凝土在适宜的环境中进行养护;严格按照相关的规定标准来进行振捣，必要时可作表面处理;⑤钢筋混凝土保护层厚度，施工时要将钢筋用事先预制好的高标号砂浆垫块垫好，使钢筋混凝土保护层厚度满足设计要求;⑥施工缝要做到不留或少留，对留的施工缝要处理好接缝处。

3.3 水工建筑的使用

在水工建筑物的使用上，原设计的使用条件不要随意改变。因为温度、外界气体、湿度等因素变化所引起的混凝土内部某些情况的变化直接与水工建筑物使用条件的改变相关。

3.4 水工建筑的治理方面

水工建筑中混凝土构件的治理主要包括加强维护和定期检查两方面。对于轻易产生混凝土碳化的构件，需要派专人定期观察并及时进行湿度、温度的测试，检查并具体记录碳化深度和裂缝情况。若发现混凝土表面有剥落、开裂现象时，需要采取使混凝土表面与大气隔离或者及时利用防护涂料对混凝土表面进行封闭的措施，保证混凝土的裂缝不会继续扩大，必要时可采取混凝土补强处理。