水工建筑中混凝土碳化的原因及对策.pdf

2 0 1 2年第 7期 ( 第 4 0卷 ) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 7 2 01 2 ( T o d a l N o 4 0 ) 文章编号： 1 0 0 77 5 9 6 ( 2 0 1 2 ) 0 7- 0 2 5 1 0 2 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 5 5 0 0 0 2 ) 摘 要 ： 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 。 关键 词 ： 水工建筑； 混凝土； 碳化； 原因； 对策 中图分类号 ： T V 4 3 1 文献标识 码 ： B 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 C O 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： C a ( O H) + C 0 2 = Cac o + 王 2 0 。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f o 4 ， 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。 收稿日期】 2 0 1 2 0 7- 0 9 作者简介 陈忠成( 1 9 7 4一) ， 男， 贵州贵阳人， 工程师， 从事水利工程勘测设计工作。 一 2 51 2 0 1 2年第7期 ( 第4 O卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 7 2 01 2 ( T o d a l N o 4 0 ) 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： 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； 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： 建筑材 2 5 2 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； 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； 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； 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 ； 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； 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。 4结语 综上所述 ， 水工建筑物中混凝土碳化的问题比较复杂， 也 有很多的原因， 预防对策要及时的采取。虽然混凝土的耐久 性与混凝土碳化有很重要的影响， 但是只要管理严格 ， 施工科 学， 采取各种措施， 减慢混凝土碳化速度或预防混凝土的碳化 是完全有可能做到 的。 参考文献 ： 1 下尊先 水工建筑混凝结构破坏原因和预防措施 J 中同高新 技术企业 ， 2 0 0 9( 1 7 ) ： 2 8 0， 2 8 4 2 祁学仁 钢筋轻 骨料混凝 土梁抗剪 上下限值 的试验研 究 J 兰州理工大学学报 ， 1 9 8 0 ( 2 )： 5 47 3 3 艾尔弗雷德 余 ， 蒋奋龄 ， 蔡体发， 等 预应力混凝土在房屋建 筑 中的应用 ( 续) J 四川建筑科 学研究 ， 1 9 8 0( 0 4 ) ： 4 7- 4 8 4 池 田， 尚治 ， 陈德荣 混凝土的现状与展望 J 世界桥梁 ， 2 0 0 7 ( O 2 ) ： 3 5 3 7 5 莫鲁 预应力钢绞线和压痕钢丝在轻混凝土中的应力传递长 度与锚 固长度 J 土木工程学报 ， 2 0 1 0 ( 0 2 ) ： 1 0 91 1 0 6 周运灿 ， 谭文清 3 0 0号浮石 混凝土 的配制 和构 件试验 【 J 低 温建筑技术 ， 2 0 0 9 ( O 1 ) ： 6 5 6 7