朱維

摘 要：碳化就是混凝土中的氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣和水的過(guò)程。本文淺談了混凝土碳化的機(jī)理、原因及影響因素，簡(jiǎn)單闡述防止混凝土碳化的方法。

關(guān)鍵詞：混凝土；回彈；碳化

Discussion on concrete and carbonation depth

Zhu Wei

Abstract： concrete carbonation is the calcium hydroxide and carbon dioxide from the air and react to produce calcium carbonate and the process of water. This article discussed the mechanism of concrete carbonation， cause and effect factors of concrete carbonation， simply elaborated the prevention method.

Key words： Concrete； rebound； carbonation

前言：

新拌混凝土由于水化作用形成氫氧化鈣，水泥漿在空氣中硬化時(shí)，表層水化形成的氫氧化鈣就會(huì)與空氣中的二氧化碳生成碳酸鈣，這被稱為混凝土的碳化作用。碳化深度過(guò)深會(huì)降低混凝土的堿性，影響結(jié)構(gòu)的耐久度。碳化深度主要與水灰比和周圍環(huán)境有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，水泥用量一定的時(shí)候，水灰比越大，碳化越快。當(dāng)水灰比一定的時(shí)候，水泥用量越少，碳化越快。從碳化的定義我們可以看出如果水泥用量多的話，混凝土中的氫氧化鈣越多堿性就越強(qiáng)，越不容易碳化。還有就是周圍的環(huán)境，二氧化碳的濃度及濕度。非常潮濕和非常干燥的時(shí)候，混凝土都不易碳化。太濕可以隔離二氧化碳與氫氧化鈣的反映，太干二氧化碳無(wú)法結(jié)合到水生成H2CO3（碳酸），混凝土也不會(huì)碳化。

回彈檢測(cè)混凝土強(qiáng)度是以混凝土的表面硬度來(lái)推斷混凝土強(qiáng)度的.碳化會(huì)增大混凝土表面硬度，所以回彈判定其強(qiáng)度時(shí)需要檢測(cè)碳化深度進(jìn)行修正。

1.混凝土碳化機(jī)理及原因

1.1 混凝土碳化機(jī)理

拌和混凝土?xí)r，硅酸鹽水泥的主要成份碳化鈣水化作用后生成氫氧化鈣，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成為飽和堿性溶液外，大部分以結(jié)晶狀態(tài)存在，成為孔隙液保持高堿性的儲(chǔ)備，它的PH值為12.5～13.5?？諝庵械亩趸?xì)怏w不斷地透過(guò)混凝土中未完全充水的粗毛細(xì)孔道，氣相擴(kuò)散到混凝土中部分充水的毛細(xì)孔中，與其中的孔隙液所溶解的氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物為碳化鈣和水，碳化鈣溶解度低，沉積于毛細(xì)孔中。該反應(yīng)式為：Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O反應(yīng)后，毛細(xì)孔周圍水泥石中的羥鈣石補(bǔ)充溶解為Ca2+和OH-，反向擴(kuò)散到孔隙液中，與繼續(xù)擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的二氧化碳反應(yīng)，一直到孔隙液的PH值降為8.5～9.0時(shí)，這層混凝土的毛細(xì)孔中才不再進(jìn)行這種中和反應(yīng)，此時(shí)即所謂“已碳化”。確切地說(shuō)，碳化應(yīng)稱為碳酸鹽化。另外，凡是能與氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)的一切酸性氣體，如SO2、SO3、H2S以至于氣相HCI等，均能進(jìn)行上述中和反應(yīng)，使混凝土堿度降低，故混凝土碳化應(yīng)廣義地稱為“中性化”?；炷帘韺犹蓟螅髿庵械亩趸祭^續(xù)沿混凝土中未完全充水的毛細(xì)孔道向混凝土深處氣相擴(kuò)散，更深入地進(jìn)行碳化反應(yīng)。

1.2 混凝土碳化原因

混凝土的主要成分有水泥、粗細(xì)骨料、水以及外加劑。水泥摻與混凝土的拌合中，水泥中主要成分是氧化鈣，經(jīng)水化作用后生成氫氧化鈣 ，混凝土的碳化，是指混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳起化學(xué)反應(yīng)，生成中性的碳酸鹽碳酸鈣 。未碳化的混凝土呈堿性，混凝土中鋼筋保持鈍化狀態(tài)的最低（臨界）堿度是PH值為11.5，碳化后的混凝土PH值為8.5～9.5。碳化使混凝土的堿度降低，同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開(kāi)始生銹。鋼筋銹蝕后，銹蝕產(chǎn)生的體積比原來(lái)膨脹2～4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，銹蝕越嚴(yán)重，鐵銹越多，膨脹力越大，最后導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂形成順筋裂縫。裂縫的產(chǎn)生使水和二氧化碳得以順利的進(jìn)入混凝土內(nèi)，從而又加速了碳化和鋼筋的銹蝕。

2.影響混凝土碳化的因素

影響混凝土碳化的因素有環(huán)境因素、原材料因素、施工操作因素等。主要有以下幾點(diǎn)：

2.1 環(huán)境條件

因?yàn)樘蓟且合喾磻?yīng)，十分干燥的混凝土即一直處于相對(duì)濕度低于25%空氣中的混凝土很難碳化；在空氣濕度50%～75%的大氣中，不密實(shí)的混凝土最容易碳化；但在相對(duì)濕度95%的潮濕空氣中或在水中的混凝土反而難以碳化，這是因?yàn)榛炷梁畷r(shí)透氣性小，碳化慢；在濕度相同時(shí)，風(fēng)速愈高、溫度愈高，混凝土碳化也愈快；空氣中二氧化碳濃度愈高混凝土碳化速度愈快。

2.2 水泥品種

一般說(shuō)來(lái)，普通硅酸鹽水泥要比早強(qiáng)硅酸鹽水泥碳化稍快，摻混合材料的水泥碳化速度更快，混合材料摻量越大，碳化速度越快。摻用優(yōu)質(zhì)減水劑或加氣劑，可以大大改善混凝土的和易性，減小水灰比，制成密實(shí)的混凝土，使碳化減慢。尤其是加氣減水劑，由于抗凍性提高，可以大大改善鋼筋混凝土建筑物的耐久性。

2.3 骨料種類

混凝土中的骨料本身一般比較堅(jiān)硬、密實(shí)，總的說(shuō)來(lái)，天然砂、礫石、碎石比水泥漿的透氣性小，因此混凝土的碳化主要通過(guò)水泥漿體進(jìn)行。但是，在輕混凝土中，由于輕質(zhì)骨料本身氣泡多，透氣性大，所以能通過(guò)骨料使混凝土碳化。一般說(shuō)來(lái)，輕混凝土比普通混凝土碳化快，需要摻用加氣劑或減水劑來(lái)減緩它的碳化速度。

2.4 水灰比endprint

混凝土的碳化速度與它的透氣性有很密切的關(guān)系，混凝土的透氣性越小，碳化進(jìn)行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥漿的組織密實(shí)，透氣性小，因而碳化速度就慢。同理，單位水泥用量多的混凝土碳化較慢。

2.5 澆筑與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量

密實(shí)的混凝土表層孔隙很小，易從潮濕的空氣中吸取水分而充滿水，故不易碳化；欠密實(shí)的混凝土表層中大孔隙內(nèi)無(wú)水，二氧化碳可以由氣相擴(kuò)散到充滿水的毛細(xì)孔隙而完成碳化。所以越是密實(shí)的混凝土其抗碳化能力越高。

混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量是影響混凝土密實(shí)性的一個(gè)重要因素。如果混凝土澆筑時(shí)不規(guī)范，特別是振搗不密實(shí)，以及養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足時(shí)，就會(huì)造成混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大，且大多相互連通，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起混凝土再現(xiàn)蜂窩、裂縫等缺陷，使水、空氣、侵蝕性化學(xué)物質(zhì)沿著粗大的毛細(xì)孔道或裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而加速混凝土的碳化和鋼筋腐蝕。

3.混凝土碳化的防治

3.1 在使用時(shí)合理選用水泥品種。對(duì)于水位變化區(qū)以及干濕交替作用的部位或較嚴(yán)寒地區(qū)選用抗硫酸鹽普通水泥；對(duì)礦渣水泥和粉煤灰水泥要控制摻量，普通水泥摻粉煤灰，可以在水泥用量不變的情況下，再外摻粉煤灰取代部分砂子，或同時(shí)摻用粉煤灰的減水劑，即采用“雙摻”的技術(shù)措施，這樣可以提高混凝土的抗碳化能力。

3.2 選好合適的配合比，適量的外加劑，控制細(xì)骨料、粉料用量。分析骨料的性質(zhì)，如抗酸性骨料與水，水泥的作用對(duì)混凝土的碳化有一定的延緩作用。對(duì)于使用江砂的地方，砂的級(jí)配不合理，粉料較多，更應(yīng)選擇合適的配合比，控制水灰比?？茖W(xué)地?cái)嚢韬瓦\(yùn)輸，及時(shí)地養(yǎng)護(hù)，以減少滲流水量和其它有害物的侵蝕，確?；炷恋拿軐?shí)性。混凝土的密實(shí)度也是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

3.3 碳化后的混凝土構(gòu)件還可采用涂刷環(huán)氧基液的方法，對(duì)建筑物地下部分在其周圍設(shè)置保護(hù)層；用各種溶注液浸注混凝土，如用溶化的瀝青涂抹。對(duì)碳化深度較大的，可鑿除混凝土松散部分，洗凈進(jìn)入的有害物質(zhì)，將混凝土銜接面鑿毛，用環(huán)氧砂漿或細(xì)石混凝土填補(bǔ)，最后以環(huán)氧基液做涂基保護(hù)。

綜述：混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定：在混凝土試件強(qiáng)度評(píng)定不合格及結(jié)構(gòu)實(shí)體檢驗(yàn)中，可采用非破損或局部破損的檢測(cè)方法，按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行推定。常用的有回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、后裝拔出法等，其中最常用的是回彈法。而回彈法中碳化深度對(duì)混凝土強(qiáng)度的推定值影響很大。由于碳化收縮，碳酸鈣的生成能提高混凝土表面的硬度，在回彈法檢測(cè)強(qiáng)度時(shí)提高了回彈值讀數(shù)，而且碳化深度與混凝土的齡期接近正比，因此為了克服混凝土碳化及齡期對(duì)回彈法測(cè)強(qiáng)的影響，就把碳化深度作為一個(gè)參量來(lái)采用，使之成為一個(gè)反比的系數(shù)，當(dāng)回彈值相當(dāng)時(shí)，碳化深度值越大其對(duì)應(yīng)的混凝土檢測(cè)強(qiáng)度值越低。碳化是一個(gè)緩慢發(fā)展的過(guò)程，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件強(qiáng)度的檢驗(yàn)時(shí)，為取得比較準(zhǔn)確的混凝土的實(shí)際強(qiáng)度，應(yīng)在28d后盡早進(jìn)行，即在未碳化或碳化程度很小時(shí)進(jìn)行。endprint