混凝土碳化问题初探.pdf

1 7 6 内 蒙 古 水 利 2 0 1 5年第 1 期( 总第 1 5 5期) 【 大 家 谈 】 混 凝 土 碳 化 问 题 初 探 黄晓东， 李辉 ( 内蒙古红 山水库管理局 ， 内蒙古 翁牛特旗 0 2 4 5 1 1 ) 摘要 文章阐述 了混凝土碳化的原理及危 害， 并分析 了影响碳化速度的因素。 关键词 水泥 ； 混凝土； 碳化； 影响因素 中图分类号： T U 5 2 8 文章标识码： B 文章编号： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 1 7 6 0 2 0 引言 近几年， 水库 、 水 闸除险加固， 常常遇到混凝土碳 化问题 。比如内蒙古三盛公水利枢纽和海 日苏水利枢 纽的除险加 固工程均包括混凝土碳化的处理。 混凝土碳化是混凝土的 自然现象 ， 是混凝 土在含 有 C O 介质中发生的一个必然过程 ， 可能过程 比较漫 长 ， 但却对混凝土的耐久性是个致命问题 ， 建筑上常以 混凝土碳化达到钢筋部位所需 的时间 ， 作为混凝土的 耐用 年 限。可见 混凝 土 碳 化 问题 应 予 重视 ， 无 论 在 工 程设计还是在施工中都应予 以考虑 ， 使钢筋混凝土结 构的耐用年 限达到或超过预计的要求。 1 混凝土碳化原理 混凝土主要是以水泥为胶结材料。水泥是一种水 硬性胶凝材料 ， 与一定 比例的砂石 、 水搅拌 ， 浇筑成型 ， 经一定龄期养护 ， 形成混凝土。 水泥熟料主要 由 C a S ( 硅酸三钙 ) 、 C a S ( 硅酸二 钙 ) 、 C a ， A( 铝 酸三钙 ) 、 C A F ( 铁铝酸四钙 ) 4种矿物 成分组成 、 其 中 C a S占 5 0 左 右， 是水 泥 的主要成 分 ， c a s经水化作用 ， 反应如下 ： 3Ca O S i O2+n H2 O = 2 C a O S i O 2 ( n一1 ) H2 O+C a ( O H) 2 3 C a O S i O 水化后生成 C a ( O H) ， 使混凝土具有 碱性 ， 但 c a ( o u) 能溶于水 ， 在空气 中能与空气 中的 C O 化合生成 C a C O ， 使混凝土逐渐失去碱性。混凝 土失去碱性 的现象即称为碳化。 2 混凝土碳 化的危害 由于混凝土呈碱性 ， 所 以钢筋包裹在混凝土中不 生锈 ， 一旦失去碱性 ， 钢筋就有锈蚀 的危险 ， 尤其已碳 化 的混凝土 中如产生碳酸 ， 就会加速钢筋的锈蚀。 混凝土碳化后体积有所收缩 ， 而钢筋生锈体积就 会膨胀 ， 两者作用会使混凝 土保护层 出现顺钢筋方向 的裂缝 ， 严重了可使混凝土保护层剥落， 造成钢筋混凝 土结构的破坏 ， 危及工程安全。所以， 在设计和施工中 必须重视混凝土的耐用年限和如何减小混凝土碳化速 度的问题 ， 尤其是钢筋混凝土结构。 3 影响 混凝土碳化速度的 因素 ( 1 ) 水泥品种。根据水泥矿物成分组成的不 同、 施 工及结构的不 同要求 ， 产生 多种 特性 的水 泥， C a S所 占比例的不同、 掺合料品种及掺量的不同， 对碳化速度 都有较大影响。 前述 水 泥 4种 矿物 成 分 中， C a S水 化 生 成 物 C a ( O H) 使混凝土具有碱性 ， 且混凝土硬化快 ， 水化热 大 ， 强度增长快 ， 硬化后 强度 高， 其他 3种 矿物 成分 C S 、 C A、 C A F ， 虽在混凝 土硬化过 程 中作用各 不相 同， 但水化生成物均不含碱性 ， 可见这 3种矿物成分不 具备抗碳化能力。建筑上 常用 的水泥， 是以经煅烧生 成的前述 4种矿物成分熟料 ， 加入适量石膏进行磨细 制成水硬性胶凝材料 ， 称为硅酸盐水 泥。如除加人适 量石膏 ， 再加入适量其他混合材料 、 高炉矿渣 、 火山灰 质混合材料 、 粉煤灰等磨细制成水硬性胶凝材料 ， 分别 称为普通硅酸盐水泥 、 矿渣硅酸盐水泥 、 火山灰质硅酸 盐水泥 、 粉煤灰硅酸盐水泥。由于各种水泥 C a S含量 的差别 ， 其碳化速度有很大差别 ， 碳化速度由慢到快排 序为 ： 早强硅酸盐水泥 、 普通硅 酸盐水泥 、 矿渣硅酸盐 水泥 、 粉煤灰硅酸盐水泥( 简称粉煤灰水泥) 。 ( 2 ) 混凝 土的配合 比和标号 。水泥用量大 、 标 号 高 、 水灰比小 ， 碳化速度慢 ， 反之碳化速度快 。 ( 3 ) 外加剂。引气剂及减水剂可 以改善混凝土的 和易性 ， 减小水灰比， 增加混凝土的密实度 ， 从而提高 混凝土的抗碳化能力。 混凝土碳化问题初探黄晓东等 1 7 7 ( 4 ) 骨料 的性 质。轻 骨料 为多孔 质 ， 透气 性强 ， C O 可以透过骨料 ， 因此， 轻骨料配制的混凝土碳化速 度快于普通混凝土。 ( 5 ) 施工质量。混凝土振捣不 实、 养护不足等施 工质量缺欠 ， 使混凝土 密实性降低 ， 以及混凝土蜂窝 、 麻面、 裂缝等都会加快混凝土的碳化速度。 表 1 不 同标 号混凝土 5 0 a的 自然碳 化深度 水泥品种 混凝 土标 号 碳化深度( mn ) 普通硅酸盐水泥 c 2 o c 2 5 c3 o 1 8 3 8 1 2 0 2 8 1 3 4 设计 和施工应重视混凝土碳化 问题 内蒙古红 山水库下游 1 k m有一座交通桥 ， 为 2 0 世纪 6 O年代建库期间设计和施工的桥梁 ， 2 O世纪 9 O 年代末报废 。报废原 因是个别梁和桩柱混凝土顺钢筋 方 向开裂 ， 从裂 口看保护层不足 2 c m， 钢筋裸露 ， 有的 混凝土脱落 ， 完全符合混凝土碳化破坏的特征 。从原 施工人员了解到 ， 当时为计划经济时代 ， 水泥是计划调 拨物质 ， 红山水库使用 的水 泥基本都是 锦西 ( 现已更 名为葫芦岛) 矿渣硅酸盐水泥。 钢筋保护层是设计 图纸给定 ， 因此设计确定钢筋 保护层时 ， 应考虑到工程的使用年限 ， 注意混凝土碳化 问题。实际上 ， 增加 1 C l I I 保护层 ， 混凝 土耐用 年限就 会有很大变化。有资料介绍 ， 混 凝土碳化深度可采用 下式 表示 ： X=a t 式中x 碳化深度 ， o m； a 一碳化速度系数 ； t 一碳化时间， 单位时间。 假设 ， 某种混凝土碳化深度 1 c m， 时间为 1 0个单 位时间， 依上式 ， 碳化深度 2 e m时则需 2 X 1 0个单位 时间 ， 即 4 0个单位时间。所以 ， 钢筋保护层厚度 和钢 筋混凝土结构的使用年限有很大关系 ， 设计应予重视。 该桥之所以个别梁 、 桩柱破坏 ， 应该还牵扯施工质量 问 题 ， 钢筋保护层控制不严或混凝土局部有缺欠 。 施工单位选用水泥也应 考虑混凝土碳化问题 ， 轻 型钢筋混凝土结构 ( 如板、 梁 、 柱 ) 应选 用硅酸盐水泥 或普通硅酸盐水泥， 尽量不用掺料多的水泥， 还要考虑 到上述影响混凝土碳化速度 的诸多其他因素。 5 结 语 混凝土碳化是混凝土必然发生的自然现象。在工 程设计和施工 中， 应充分考虑混凝 土碳化速度的影响 因素， 科学设计 、 优质施工可 以延长 混凝 土 的耐用年 限。 ( 编校 ： 陆玲 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 41 2 2 5 作者简介： 黄晓东( 1 9 7 9一) ， 工程师， 主要从事水if - 0 工程管 理工作。 ( 上接 1 7 0页 ) 可能对可逆 的环境资源加以补偿 ， 从 而使其在一定程度上恢复到原来 的状态。相应地 ， 对 于那些不可逆的环境资源， 要做替代更新 ， 而且对于其 价值的损失应 当给予足够 的补偿 ， 因此 ， 补偿费用的支 出表现为补偿价值。地表水供水工程对于环境价值造 成的影响 ， 要将使用价值及补偿价值进行综合核算 ， 这 样才能全面体现供水工程对于生态环境质量及功能所 造成的影响。 3 2 地表供水工程价值的核算 地表供水工程对区域内的生态环境造成的损失属 于工程 的外部费用 ， 所以在对整体工程进行 可行性分 析时 ， 要足够重视 当地生态环境的价值 ， 而且一定要将 其纳入环境影响的评价体系 中， 这样才能全 面地体现 供水工程对于社会 、 经济 以及环境 产生的综合效 益。 在地表水供水工程的开发建设 中， 至少要从 3个层次 上对生态环境进行价值核算 。 首先 ， 要做到对单个生态环境的价值进行核算 ， 要 从使用价值 、 补偿价值两方面来反映其价值量 的变化。 其次 ， 要对整体的生态环境价值进行核算 ， 要做到 综合反映生态环境价值量变化水平。由于环境 因素的 价值具有叠加性与重复性 ， 所 以对于生态环境综合价 值 的反映并非对其进行简单相加 ， 而是要做 到兼顾各 个环境 因素对于总体环境的重要程度及各个环境因素 间的相互影响。 最后 ， 要对地表水供水工程开发建设 的社会经济 与生态环境进行总体 的价值核算 ， 要将 以下两方面结 合起来 ， 一是工程 自身的费用和效益 ， 二是工程对于生 态环境造成的价值损失 。这样才能更好地探讨整个工 程的可行性。 ( 编校 ： 陆玲) 收稿 日期 ： 2 0 1 41 2 2 5 作者简介 ： 王莉( 1 9 8 0一) ， 工程师， 从事辽河供水管线、 辽 河大堤等设施 的维护 工作 。