水工混凝土碳化危害、預(yù)防及處理

[摘要] 混凝土碳化是混凝土建筑物普遍存在的不可忽視的問題。水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)普遍碳化深度較深，超過鋼筋保護(hù)層厚度處較多，結(jié)構(gòu)鋼筋普遍銹蝕，有些部位甚至有銹水滲出，直接影響這些建筑物的安全度。本文介紹混凝土碳化的概念、碳化機(jī)理、預(yù)防措施、處理方法。

[關(guān)鍵詞] 混凝土碳化耐久性預(yù)防處理

1. 混凝土碳化概念

混凝土的碳化又稱為混凝土的中性化，幾乎所有混凝土表面都處在碳化過程中。它是空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過程?；炷撂蓟旧韺?duì)混凝土并無破壞使用，其主要危害是由于混凝土堿性降低使鋼筋表面在高堿環(huán)境下形成的對(duì)鋼筋起保護(hù)作用的致密氧化膜(鈍化膜)遭到破壞，使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，使混凝土中鋼筋銹蝕，同時(shí)，混凝土的碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮，這些都可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞。

根據(jù)湖北省水利水電工程檢測(cè)研究中心對(duì)省內(nèi)30多個(gè)工程碳化檢測(cè)成果來看，五、六十年代修建的水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)普遍碳化深度較深，一般為20～60mm，最大甚至超過90mm，遠(yuǎn)均超過鋼筋保護(hù)層厚度，結(jié)構(gòu)鋼筋普遍銹蝕，有些部位甚至有銹水滲出。這些建筑物的安全度普遍較低。

2. 混凝土碳化機(jī)理

混凝土碳化是在潮濕環(huán)境下滲入混凝土體內(nèi)部的CO2與水泥石中的Ca2發(fā)生中和反應(yīng),降低混凝土中的堿度的過程。

水泥中的礦物以硅酸三鈣和硅酸二鈣含量較多，約占總重的75%，水泥完全水化后，生成的水化硅酸鈣凝膠約占總體積的50%，氫氧化鈣約占25%，水泥石的強(qiáng)度主要取決于水化硅酸鈣，在混凝土中水泥石的含量占總體積的25%。

混凝土具有毛細(xì)管—孔隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，這些毛細(xì)管—孔隙包括混凝土成型時(shí)殘留下來的氣泡，水泥石中的毛細(xì)孔和凝膠孔，以及水泥石和骨料接觸處的孔穴等等。此外，還可能存在著由于水泥石的干燥收縮和溫度變形而引起的微裂縫。普通混凝土的孔隙率一般不少于8~10%。

混凝土的碳化是伴隨著CO2氣體向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，溶解于混凝土孔隙內(nèi)的水中，再與各水化產(chǎn)物發(fā)生碳化反應(yīng)，生成碳酸鈣等產(chǎn)物?；炷撂蓟怯捎诨炷链嬖谥紫叮锩娉錆M著水分和空氣，在混凝土的氣相、液相、固相中進(jìn)行著一個(gè)十分復(fù)雜的多相物理化學(xué)連續(xù)過程。水泥石中各水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的pH值如表1。

當(dāng)混凝土細(xì)孔溶液中pH值低于表1中所示值時(shí),各物質(zhì)開始進(jìn)行分解。

在混凝土的細(xì)孔溶液中，存在較多的是K+、Na+和與之平衡的OH-。Ca2+的濃度很低。但是，這樣的溶液在碳酸的作用下，由于碳酸鹽中CaCO3的溶解度是最低的，所以CaCO3有選擇性地首先沉淀，這是為了補(bǔ)充溶液中Ca2+的不足，固相中的Ca2 溶解。有的學(xué)者指出水與空氣的存在是混凝土發(fā)生碳化的先決條件。

根據(jù)已碳化完了的試件的孔隙壁及內(nèi)部的取樣，測(cè)定其鈣化比得知，碳化反應(yīng)主要發(fā)生在孔隙內(nèi)壁上。水泥的水化產(chǎn)物對(duì)CO2 具有吸收與緩沖能力，在該能力喪失之前，碳化反應(yīng)進(jìn)行，直到緩沖能力喪失，CO2 氣體再一步向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散。所以，碳化是呈階梯狀進(jìn)行的?；炷恋奶蓟Y(jié)果，使凝膠孔和部分毛細(xì)管可能被碳化產(chǎn)物CaCO3 等堵塞，混凝土本身的抗?jié)B性和強(qiáng)度會(huì)有所提高。但是，碳化降低了混凝土孔隙液體中pH值，碳化一旦達(dá)到鋼筋表面，鋼筋就會(huì)因其表面的鈍化膜遭到破壞而銹蝕。鋼筋開始銹蝕后，隨后鋼筋徑向膨脹，保護(hù)層順筋開裂，最后鋼筋銹蝕加劇直至結(jié)構(gòu)破壞；混凝土碳化破壞了混凝土結(jié)構(gòu)的表面穩(wěn)定的水化生成物，碳化反應(yīng)生成的碳酸鈣強(qiáng)度較低，從而降低混凝土強(qiáng)度。同時(shí)，混凝土的碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫,從而破壞建筑物。

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