水工建筑中混凝土碳化的原因及對策

陳忠成

(貴州中水建設(shè)股份有限公司，貴陽 550002)

水工建筑中混凝土碳化的原因及對策

陳忠成

(貴州中水建設(shè)股份有限公司，貴陽 550002)

對水工建筑來說，由于混凝土質(zhì)量的主要影響因素之一是混凝土的碳化問題，因此在水工建筑的施工過程中應(yīng)該高度重視。分析了水工建筑混凝土的碳化機(jī)理和影響因素及影響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對策，從而達(dá)到或延長施工建筑工程的使用壽命。

水工建筑;混凝土;碳化;原因;對策

0 前言

水工建筑主要組成部分就是混凝土，在水工建筑的混凝土建筑物中，普遍存在著因為混凝土碳化而導(dǎo)致水工建筑內(nèi)部鋼筋的銹蝕，從而造成混凝土結(jié)構(gòu)物的破壞，并且這種破壞是一種危害極大的損壞。水工建筑物的耐久性與混凝土的碳化密切相關(guān)，如果建筑物的混凝土碳化嚴(yán)重的話，將導(dǎo)致建筑物混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剝落、開裂的現(xiàn)象，不僅破壞了原有的保護(hù)層，同時還使得建筑結(jié)構(gòu)物受到損壞，最終水工建筑物的壽命會縮短。因此，只有影響混凝土碳化的原因被充分正確地認(rèn)識到的時候，才能據(jù)此采取和制定相關(guān)的措施，預(yù)防建筑物混凝土碳化現(xiàn)象的發(fā)生，從而真正實現(xiàn)水工建筑的功能，并且水工建筑的使用年限也將延長。

1 混凝土碳化的概念

混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕?？諝庵蠧O2氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對鋼筋有良好的保護(hù)作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe3O4，稱為鈍化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過混凝土的保護(hù)層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開始生銹。可見，混凝土碳化作用一般不會直接引起其性能的劣化，對于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對于鋼筋混凝土來說，碳化會使混凝土的堿度降低，同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會使混凝土對鋼筋的保護(hù)作用減弱。

2 水工建筑混凝土碳化的原因

導(dǎo)致水工建筑物混凝土碳化的原因有很多，主要可分為兩大類：內(nèi)在原因和外部原因。

2.1 由于內(nèi)部原因?qū)е碌乃そㄖ锘炷撂蓟?/h3>

2.1.1 集料級配和品種

混凝土所使用的集料級配和品種的不同，會使得建筑物內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)有很大的差別，水工建筑物混凝土的密實性會受到直接影響。混凝土碳化的速度比較慢的一般會是級配較好、材質(zhì)致密堅實的集科的混凝土。

2.1.2 水泥的品種和用量

不同品種的水泥會有不同混合材量、礦物組成、生料化學(xué)成分、外加劑，混凝土的堿度和水泥本身的活性將會受到這些因素直接影響，同時這些因素對混凝土碳化的速度也有一定的影響。一般來說，混凝土的碳化速度與水泥中所含熟料的多少成反比?？梢酝ㄟ^添加一些例如引氣劑、減水劑的外加劑來提高混凝土的抗?jié)B性，減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，不僅混凝土的和易性可以被改變，從而混凝土的密實性也會得到提高，同時混凝土的堿性儲備還可以得到一定程度的增加，增強(qiáng)了混凝土的抗碳化性能。隨水泥用量的增大，建筑物的混凝土碳化速度反而降低。

2.1.3 水灰比

在保證水泥用量一定的前提下，混凝土的孔隙率可以通過增大水灰比而得到增加，同時降低了密實度，增大了滲透性，導(dǎo)致建筑物混凝土體內(nèi)進(jìn)入了空氣中較多的有害化學(xué)物質(zhì)及水分，從而使水工建筑物的混凝土碳化速度加快。

2.1.4 磨細(xì)礦物摻料的數(shù)量和品種

若混凝土中摻料不能自行硬化的活性水硬性材料，可以通過與加入的石灰或者與水泥水化析出的氫氧化鈣相互作用，并且形成了穩(wěn)定性較強(qiáng)的膠結(jié)物質(zhì)，從而降低了混凝土堿度。在采用等量取代水灰比不變的情況下，混凝土的碳化速度與摻料量取代水泥量的大小有關(guān)。

2.1.5 養(yǎng)護(hù)質(zhì)量

在水工建筑物的混凝土成型后，其養(yǎng)護(hù)必須在適宜的環(huán)境中才能有效的進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)好的混凝土的特點有強(qiáng)度高、膠凝好、抗侵蝕能力強(qiáng)、內(nèi)實外光，大氣中的水分和二氧化碳會被阻止進(jìn)入混凝土的內(nèi)部，混凝土的碳化速度會得到延緩。如果混凝土養(yǎng)護(hù)的不好，混凝土抗侵蝕性會變差，大氣中水分和二氧化碳將會很容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而會使混凝土的碳化速度加快。

2.1.6 施工質(zhì)量

水工建筑的施工質(zhì)量差主要表現(xiàn)為兩個方面：①蜂窩、麻面、空洞多，給大氣中的二氧化碳和水分的滲入創(chuàng)造了條件;②振搗不密實，造成混凝土強(qiáng)度低，從而會使混凝土的碳化速度加快。

2.2 由于外部原因?qū)е碌乃そㄖ锘炷撂蓟?/h3>

2.2.1 酸性介質(zhì)

混凝土碳化的直接原因是由于混凝土孔隙中滲入了酸性氣體，并且在混凝土的液相中溶解形成酸，與水泥石中的硅酸鹽、鋁酸鹽、氫氧化鈣及其他化合物發(fā)生中和反應(yīng)，使得水泥發(fā)生變質(zhì)，降低了混凝土的堿度?；炷林袖摻钿P蝕的另外一個原因是在混凝土液相中氯離子形成鹽酸，與氧氧化鈣作用后生成氯化鈣，由于氯化鈣吸濕性很高，從而導(dǎo)致鋼筋發(fā)生潰爛性銹蝕現(xiàn)象。

2.2.2 溫度和光照

如果混凝土表面的溫度下降，由于表面收縮產(chǎn)生的拉力在超過混凝土本身的抗拉強(qiáng)度后，開裂便會發(fā)生，逐漸脫落和裂縫會發(fā)生，使得水分和二氧化碳很容易進(jìn)入，從而會使混凝土的碳化速度加快。

2.2.3 相對濕度和含水率

混凝土碳化速度系數(shù)和含水率的大小直接與周圍介質(zhì)的相對濕度有關(guān)，在實際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)下部的碳化程度較上部輕，主要是濕度影響的結(jié)果。

2.2.4 滲漏和凍融

混凝土中的氫氧化鈣流失大部分原因是滲漏水的作用，碳酸鈣結(jié)晶會在混凝土表面上形成，從而會分解混凝土的水化產(chǎn)物，混凝土堿度和強(qiáng)度會被嚴(yán)重降低。由于溫度交替變化，在混凝土水位變化或浸水飽和部位，其內(nèi)部的孔隙水交替地融解松弛和凍結(jié)膨脹，造成大面積產(chǎn)生裂縫或疏松剝落現(xiàn)象的發(fā)生，最終導(dǎo)致混凝土碳化的發(fā)生。

3 針對混凝土碳化采取的對策

3.1 水工混凝土建筑的設(shè)計

針對水工建筑物中不同的環(huán)境因素和不同的結(jié)構(gòu)形式，混凝土的保護(hù)層也應(yīng)當(dāng)采取不同的厚度。

3.2 施工方面

水工建筑的施工直接關(guān)系著混凝土質(zhì)量優(yōu)劣：①建筑材料的選擇要謹(jǐn)慎?？固蓟芰?qiáng)的硅酸鹽水泥優(yōu)先選用;選用級配良好和質(zhì)地硬實的石料和砂來做集料;施工中不僅要用篩選、石要洗，同時剔除集料中的有害物質(zhì)也要高度重視;②在混凝土中可摻入適宜優(yōu)質(zhì)的如阻水劑、減水劑等外加劑，來改善混凝土的某些性能，提高其強(qiáng)度和抗?jié)B性、抗凍性、密實性;③混凝土的水灰比要嚴(yán)格控制，要求是水灰比小，低塌落度，在滿足配料和施工需要的最低范圍內(nèi)控制水的用量，盡量減少混凝土的自由水;④養(yǎng)護(hù)和振搗，要有及時的混凝土養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)按照不同水泥品種所要求的時間，環(huán)境的濕度和溫度要控制好，以使混凝土在適宜的環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù);嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行振搗，必要時可作表面處理;⑤鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，施工時要將鋼筋用事先預(yù)制好的高標(biāo)號砂漿墊塊墊好，使鋼筋混凝土保護(hù)層厚度滿足設(shè)計要求;⑥施工縫要做到不留或少留，對留的施工縫要處理好接縫處。

3.3 水工建筑的使用

在水工建筑物的使用上，原設(shè)計的使用條件不要隨意改變。因為溫度、外界氣體、濕度等因素變化所引起的混凝土內(nèi)部某些情況的變化直接與水工建筑物使用條件的改變相關(guān)。

3.4 水工建筑的治理方面

水工建筑中混凝土構(gòu)件的治理主要包括加強(qiáng)維護(hù)和定期檢查兩方面。對于輕易產(chǎn)生混凝土碳化的構(gòu)件，需要派專人定期觀察并及時進(jìn)行濕度、溫度的測試，檢查并具體記錄碳化深度和裂縫情況。若發(fā)現(xiàn)混凝土表面有剝落、開裂現(xiàn)象時，需要采取使混凝土表面與大氣隔離或者及時利用防護(hù)涂料對混凝土表面進(jìn)行封閉的措施，保證混凝土的裂縫不會繼續(xù)擴(kuò)大，必要時可采取混凝土補(bǔ)強(qiáng)處理。

4 結(jié)語

綜上所述，水工建筑物中混凝土碳化的問題比較復(fù)雜，也有很多的原因，預(yù)防對策要及時的采取。雖然混凝土的耐久性與混凝土碳化有很重要的影響，但是只要管理嚴(yán)格，施工科學(xué)，采取各種措施，減慢混凝土碳化速度或預(yù)防混凝土的碳化是完全有可能做到的。

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1007-7596(2012)07-0251-02

2012-07-09

陳忠成(1974-)，男，貴州貴陽人，工程師，從事水利工程勘測設(shè)計工作。