预拌混凝土在工民建结构中碳化的试验研究与防治

摘要：混凝土耐久性研究是当今混凝土结构研究中的一个重要组成部分。随着改革开放及城市建设的发展，为了环保，预拌混凝土在城市高层建筑中普及应用，而混凝土碳化是混凝土耐久性研究的重要组成部分，研究预拌混凝土在工民建结构中的碳化与防治是有必要的，本文主要对混凝土碳化的问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。

关键词：混凝土 碳化 防治治理措施

前言：

混凝土碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。是指空气中的CO2在有水的条件下与水泥的水化产物（碱性物质）发生化学反应后生成碳酸钙和水，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

Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3＋H2O

混凝土中的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Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。混凝土碳化消耗混凝土中的Ca（OH）2，使混凝土碱度降低，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，钢筋开始锈蚀，混凝土结构失效。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。

1 影响混凝土碳化速度的因素

影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。

1．1 水泥品种，因不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同；

1．2混凝土碳化主要还与周围介质中CO2的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止。

1．3 在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还将决定于水中是否存在影响Ca（OH）2溶解度的物质。

1．3．1如水中含有Na2SO4及少量Mg2＋时，石灰的溶解度就会增加。

1．3．2如水中含有Ca（HCO3）2的Mg（HCO3）2对抵抗溶出侵蚀则十分有利。因为它们在混凝土表面形成一种碳化保护层；

1．4 混凝土的渗透系数、透水量。

1．5 混凝土的过度振捣及养护方法。

1．6混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力与混凝土的碳化都有密切的关系。

1. 7近年来新发现一种腐蚀产物――碳硫硅钙石(TSA),主要是破坏混凝土中的水化硅酸钙(C-S-H),使混凝土软化破坏。

2 试验研究

对于大坍落度的混凝土，不管是水工混凝土还是工民建混凝土，混凝土强度等级及时间相同，施工工艺不同，混凝土的碳化深度不同。针对工民建高层建筑使用预拌泵送混凝土的情况进行室内模拟试验。

2. 1振捣成型（洒水养护）与自密实成型（洒水养护）试验

2.1.1采用C30混凝土，坍落度为189，试件尺寸150×150×150，用1000×1000振动台，时间30秒，成型10组试件，共30个试件，常温养护28天（洒水养护）进行强度、回弹及碳化深度检测，试验结果如表一：

表一：振动成型（洒水养护）混凝土强度、回弹及碳化深度

2.1.2采用C30混凝土，坍落度为189，试件尺寸150×150×150，不用插振，自密实成型10组试件，共30个试件，常温养护28天（洒水养护）进行强度、回弹及碳化深度检测，试验结果如表二：

表二：自密实成型（洒水养护）混凝土强度、回弹及碳化深度

2.1.3振捣成型（洒水养护）与自密实成型（洒水养护）试验分析根据表一、表二可以总结以下结论。

⑴抗压强度：

振捣成型（洒水养护）比自密实成型（洒水养护）混凝土的抗压强度提高2.9%。

⑵回弹强度：

振捣成型（洒水养护）比自密实成型（洒水养护）混凝土的回弹强度提高2.9%。

⑶碳化深度：

振捣成型（洒水养护）比自密实成型（洒水养护）混凝土的碳化深度低近1。

综上所述：振捣成型（洒水养护）比自密实成型（洒水养护）混凝土的强度差别很小，回弹法混凝土强度与抗压强度接近。

2. 2振捣成型（洒水养护）与自密实成型（不洒水养护）试验采用C30混凝土，坍落度为189，试件尺寸150×150×150，不用插振，自密实成型10组试件，共30个试件，常温养护28天（不洒水养护）进行强度、回弹及碳化深度检测，试验结果如表三：

表三：自密实成型（不洒水养护）混凝土强度、回弹及碳化深度

内容

2.2.1振捣成型（洒水养护）与自密实成型（不洒水养护）试验分析根据表一、表三可以总结以下结论。

⑴抗压强度：

振捣成型（洒水养护）比自密实成型（不洒水养护）混凝土的抗压强度提高16.1%。

⑵回弹强度：

振捣成型（洒水养护）比自密实成型（不洒水养护）混凝土的回弹强度提高20.2%。

⑶碳化深度：

振捣成型（洒水养护）比自密实成型（不洒水养护）混凝土的碳化深度低2.94。

综上所述：振捣成型（洒水养护）比自密实成型（不洒水养护）混凝土的抗压强度差别很大，对于高强混凝土，混凝土强度等级差一个等级以上；回弹法混凝土强度与抗压强度也差一个等级以上，对低标号混凝土更严重。自密实成型（不洒水养护）混凝土的碳化深度超过钢筋混凝土钢筋的保护层，对结构耐久性不利。

2. 3自密实成型（洒水养护）与自密实成型（不洒水养护）试验根据表二、表三可以总结以下结论。

⑴抗压强度：

自密实成型（洒水养护）比自密实成型（不洒水养护）混凝土的抗压强度提高13.6%。

⑵回弹强度：

自密实成型（洒水养护）比自密实成型（不洒水养护）混凝土的回弹强度提高16.9%。

⑶碳化深度：

自密实成型（洒水养护）比自密实成型（不洒水养护）混凝土的碳化深度低1.98。

综上所述：自密实成型（洒水养护）比自密实成型（不洒水养护）混凝土的强度差别很大，对于高强混凝土，混凝土强度等级差一个等级以上；回弹法测混凝土强度与抗压强度也差一个等级，对低标号混凝土更严重。

3 预拌混凝土碳化破坏的防治

对于预拌混凝土的碳化破坏，在施工及试验中总结出以下治理措施：

3．1 在施工中应根据建筑物所处的地理位置、周围环境，选择合适的水泥品种；对于水位变化区以及干湿交替作用的部位或较严寒地区选用抗硫酸盐普通水泥；冲刷部位宜选高强度水泥。

3．2 分析骨料的性质，如抗酸性骨料与水、水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用。

3．3要优化配合比，适量的外加剂，高质量的原材料，科学的搅拌和运输，及时的养护等各项严格的工艺手段，以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀，以确保混凝土的耐久性。

3．4尽量使用泵送预拌混凝土的坍落度在160以内，防止混凝土离析，振捣密实，加强早期养护，确保钢筋混凝土保护层。

3．5建筑物地处环境恶劣的地区，宜采取环氧基液涂层保护效果较好，对建筑物地下部分在其周围设置保护层；如：用溶化的沥青、防水材料涂抹。若建筑物一旦发生了混凝土碳化，最好采用环氧材料进行修补。若碳化深度较大，凿除混凝土松散部分，洗净有害物质，将混凝土衔接面凿毛，用环氧砂浆或干硬性预缩混凝土填补，最后以环氧基液做涂基保护。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。