混凝土表面碳化與應(yīng)力腐蝕關(guān)系研究

安忠云

(伊犁公路建筑材料實驗室)

混凝土表面碳化在很多建筑結(jié)構(gòu)中都廣泛存在著，特別是一些使用年限較長的建筑，混凝土表面碳化現(xiàn)象越明顯，這給整個建筑物的就夠帶來了一定程度的破壞，還引發(fā)了混凝土裂縫的情況。混凝土表面碳化主要是空氣中的二氧化碳和混凝土中的堿性物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中的鋼筋表面鈍化，形成一定的銹蝕。而混凝土表面碳化和應(yīng)力腐蝕也有著密切的聯(lián)系，對表面碳化和應(yīng)力腐蝕之間的關(guān)系進行研究，能夠幫助我們更好地利用這一關(guān)系來對整個混凝土結(jié)構(gòu)實施有效的保護，來降低表面碳化機制對整個建筑結(jié)構(gòu)的影響，提高混凝土的結(jié)構(gòu)承載力。

1 混凝土表面碳化的影響因素

1.1 混凝土自身的影響

混凝土表面碳化的一個主要因素就是混凝土自身的成分帶來的影響?；炷磷陨淼囊蛩刂饕獜乃嗟挠昧亢推贩N、水灰比以及混凝土抗壓的強度等幾個方面來進行研究的。水泥的用量將直接影響到整個混凝土結(jié)構(gòu)吸收二氧化碳的能力，通常混凝土吸收二氧化碳的量是混凝土水化程度和混凝土水泥用量的乘積，這樣就能夠得到混凝土水泥的用量越大，整個混凝土結(jié)構(gòu)的強度越大，進而表面碳化的速度也就越慢。在水泥的品種選擇上面，由于各個品種的水泥中具體的礦物質(zhì)成分不一樣，這樣就導(dǎo)致混凝土的堿性和水泥的活性存在差異，進而整個表面碳化的能力也不盡相同。同時，水灰比越低和混凝土的抗壓強度越大能夠使得整個混凝土的密實度提高、滲透性減小，進而體現(xiàn)出高強度的抗碳化能力。這些就是混凝土自身的因素對表面碳化的作用影響。

1.2 外部環(huán)境的影響

外部環(huán)境的作用也是混凝土表面碳化的影響因素之一。這些外部環(huán)境影響因素主要包括:溫度和光照、二氧化碳濃度、相對濕度和氯離子濃度等。溫度升高的情況下，二氧化碳在空氣中的擴散能力加大，這樣就為二氧化碳和混凝土結(jié)構(gòu)中的堿性物質(zhì)反映提供了有力的條件。同時，在光照直射的地方，整個化學(xué)反應(yīng)的速度越快，表面碳化的能力也就越高。二氧化碳濃度越高，整個混凝土結(jié)構(gòu)中化學(xué)反應(yīng)的二氧化碳物質(zhì)量就越高，整個反應(yīng)進行的更加劇烈，表面碳化的速度也就越快。相對濕度對整個混凝土表面碳化也是存在很大的影響的，濕度過低過高，整個碳化反映的進行都會受到抑制，在一定的濕度范圍內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的碳化速度就是很快的。此外，氯離子的存在會和混凝土結(jié)構(gòu)中的堿性物質(zhì)反映，從而在鋼筋表面形成鈍化膜，加速鋼筋的銹蝕。

1.3 應(yīng)力狀態(tài)的影響

不同的應(yīng)力狀態(tài)的影響，整個混凝土結(jié)構(gòu)的碳化情況也是不同的。根據(jù)對相關(guān)的混凝土試件施加荷載后的實驗數(shù)據(jù)(如下表)，表明在對混凝土施加應(yīng)力之后，整個結(jié)構(gòu)的碳化情況也會受到一定的影響。

碳化時間/h試件編號 應(yīng)力水平1231 31.12 40.830 25.35 31.43 37.22 6.13 23.24 31.87 34.353 10.35 22.3 26.38 31.834 15.32 19.85 25.21 29.235 0.567 — 29.56 37.56 1.025 — 30.23 38.497 1.31 —

在施加一定的壓應(yīng)力的時候，會使整個混凝土結(jié)構(gòu)中的微小裂縫的寬度變小，進而二氧化碳進入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的能力就收到了一定的抑制，在這樣的情況下，整個混凝土結(jié)構(gòu)的表面碳化速度就變慢。但是，當(dāng)壓應(yīng)力施加的過大時，混凝土?xí)a(chǎn)生一些裂縫，這樣也就為二氧化碳的滲入提供了條件。當(dāng)施加拉應(yīng)力之后，整個混凝土結(jié)構(gòu)中的微小裂縫的寬度就會受到力的作用而被拉大，這樣二氧化碳進入到裂縫中和堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的概率也就更大，從而加速了碳化反應(yīng)的進行。

2 混凝土表面碳化與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系

2.1 混凝土回彈值越低，表面碳化深度越大

混凝土回彈值的高低會直接影響到建筑物混凝土的表面碳化深度。通常是，混凝土回彈值月底，表面碳化的深度越大。在這方面的研究過程中，研究人員選取了幾個具有代表性的建筑機構(gòu)進行測量和分析，比如說，年代較遠的圖書館的門梁、學(xué)校校門的門柱以及居民區(qū)的的陽臺等具有不同結(jié)構(gòu)的建筑體。在測定它們的混凝土回彈值后，就能夠?qū)φ麄€碳化層在長期的氧化作用的力學(xué)特性進行分析，然后就得出了一些的結(jié)論:回彈值較低的試驗點，混凝土的碳化深度都較大，并且這些試驗點都是位于建筑的主要受力部分，由此可以判斷混凝土碳化情況的發(fā)生很大程度上都是受到了應(yīng)力作用的影響。

2.2 碳化深度越大，混凝土應(yīng)力腐蝕越明顯

研究人員對一個高齡的建筑物進行研究，主要是混凝土碳化強度和深度關(guān)系的對比試驗，得出了以下的結(jié)果，見表2。

/mm 20.5 19.5 18.9 19.5碳化層密度/kg*m-3 1600 1650 1650 1680未碳化部分密度/kg*m-3 2200 2220 2230 2240取樣位置 頂蓋中央 壁 入口過梁中央 機槍孔口平臺外表面碳化深度/MPa 16.3 19.5 19 19立方體強度

這一數(shù)據(jù)表格顯示，混凝土結(jié)構(gòu)的表面碳化深度越大，則應(yīng)力腐蝕的作用越明顯，整個混凝土結(jié)構(gòu)的強度也就降低，在混凝土的碳化深度維持在一個水平時，整個內(nèi)部混凝土的基本特性依然還是維持著的。這樣就說明了，在一定的應(yīng)力條件影響下，混凝土表面碳化深度的大小能夠直接影響到整個建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力狀況和混凝土的強度。

2.3 應(yīng)力越小或者無應(yīng)力狀態(tài)，碳化能力越弱

混凝土表面碳化的過程中，在受到的應(yīng)力越小或者無應(yīng)力狀態(tài)下，整個碳化能力很弱。應(yīng)力較小的情況下，整個混凝土結(jié)構(gòu)不會因為應(yīng)力的作用而產(chǎn)生大量的微小裂縫，從而為二氧化碳深入到內(nèi)部和堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造有利的條件，應(yīng)力越小整個建筑結(jié)構(gòu)的整體性就越明顯，就越不容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕而引起的表面碳化情況，從而能夠很大程度上增大建筑混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限。另外，無應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中幾乎不會受到表面碳化的影響，由于其自身在應(yīng)力腐蝕方面具有的特性，使得整個碳化反映很難發(fā)生，進而維持了建筑的使用壽命和混凝土強度。

3 結(jié)語

綜上所述，目前混凝土結(jié)構(gòu)中受到表面碳化影響較為嚴(yán)重，很多建筑的使用年限都受到了混凝土表面碳化的影響而出現(xiàn)一定的質(zhì)量問題。針對混凝土表面碳化的原因進行分析，尤其在應(yīng)力腐蝕這一環(huán)節(jié)上采取有效的措施來加以防護能夠很大程度上一直表面碳化的速度，將整個混凝土結(jié)構(gòu)的強度維持在一個合理的狀態(tài)，進而提高建筑的質(zhì)量。

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