应力状态下混凝土的碳化试验研究
第33卷第5期2003年9月
东南大学学报(自然科学版)
JOUR NAL OF SOUTHEAST UNIVER SITY (Natural Science Edition )
Vol .33No .5
Sept .2003
应力状态下混凝土的碳化试验研究
涂永明 吕志涛
(东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室,南京210096)
摘要:进行了碳化环境下预应力混凝土试件的耐久性试验研究,阐述了在应力和碳化共同作用下的混凝土结构破损机理及规律.试件为无应力、弯曲受拉和直接受压的应力状态,采用加速碳化的试验方案.分别引进k wc 和χσ反映碳化深度与混凝土质量、强度和应力水平的关系,建立了应力状态下的混凝土碳化深度的多因素预测模型.结果表明:拉、压应力分别加快和减缓了混凝土的碳化速率,且应力越大;碳化速率的改变越大;χσ可以反映碳化速率的变化趋势.施加预应力能够控制混凝土裂缝的发展、消除或限制裂缝的宽度,因此,预应力混凝土结构的耐久性比普通混凝土结构的耐久性更好.
关键词:预应力混凝土结构;耐久性;应力;碳化;腐蚀
中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2003)05-0573-04
Experiment and research of presteressed concrete structure
in carbonation corrosive environments
T u Yongming L ǜZhitao
(Key Lab of R C &PC Structures of Minis try of Education ,Southeas t Universit y ,Nanjing 210096,China )
A bstract : The durability experiments of prestr essed concrete specimens in carbonation corrosive environ -ments were carried out .The corrosion mechanism of c oncrete under the coactions of stress and carbonation c or -rosion was discussed .The specimens were categor ized into three types :non -stressed ,bend -tensile stress and
c ompressive str ess .Carbonation of the specimens was acc elerate
d .A multi -factor m odel forecasting th
e car -bonation depth o
f pr estressed concr ete was constructed ,introducin
g k wc and χσ,whic
h describe the r elation -ships between carbonation depth and concrete quality or strength or stress levels .The r esults sho w that the tensile str ess and compressive str ess are able to accelerate or slow do wn the concrete carbonation ,respective -ly ,and the larger the changes in stresses ,the lar ger the changes in carbonation degrees .χσreflects the changes well .The compressive str ess can control the development of c oncrete cracks ,and eliminate the crack width ,so the durability of the prestressed concrete str ucture is better than that of an ordinar y c oncrete struc -ture .
Key words : prestressed concrete str ucture ;durability ;stress ;carbonation ;corrosion 收稿日期:2003-04-25.
基金项目:国家自然科学基金资助项目(59978008).
作者简介:涂永明(1978—),男,博士生;吕志涛(联系人),教
授,博士生导师,中国工程院院士,luzhitao @seu .edu .cn .
自20世纪六、七十年代开始,混凝土的碳化研究已成为结构耐久性研究的重点,但迄今为止,应力状态下混凝土的碳化试验研究仍很少见.本文研究
了预应力混凝土结构在碳化环境下的耐久性能,并对此进行了试验与研究.
1 应力状态下的混凝土碳化试验
1.1 试验方案
试验研究了在碳化侵蚀环境下,应力状态、水灰比(指质量比,下同)、保护层厚度等因素对混凝土碳
化速率的影响.试件分为无应力状态、拉应力状态和压应力状态3类,每一类试件根据水灰比和应力水平的不同分为若干工况,详见表1.其中,f t为混凝土抗拉强度,f c为抗压强度.
表1 混凝土碳化试件的试验工况
项目水灰比工况应力状态
无应力状态0.410 0.520
拉(压)应力
状态
10.3f t(0.3f c) 0.420.5f t(0.5f c)
30.7f t(0.7f c)
40.3f t(0.3f c) 0.550.5f t(0.5f c)
60.7f t(0.7f c)
试验材料:水泥采用江南水泥厂生产的525#普通硅酸盐水泥;砂子的细度模数为2.40,级配II区,含泥质量分数为0.20%;石子为石灰岩碎石,一级配5～20mm,容重1550kg/m3.试件的配合比及混凝土实测强度等级见表2.
表2 试件混凝土配合比
序号水灰比水/
kg
水泥/
kg
砂子/
kg
碎石/
kg
减水剂
质量分数/%
强度
等级
10.40180450672.61097.40.45C42
20.50180360744.01116.0C31
1.2 试验方法
试验在河海大学土木学院建材试验室进行,采
用将试件置于碳化箱加速腐蚀的方法,碳化时间为90d.该碳化箱具有自动调控温度、湿度及C O2体积分数的功能.碳化箱中碳化环境设置为:CO2体积分数为(20±3)%,湿度为(70±5)%,温度为(20±5)℃.试验按照国标GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》[1]执行.试验的关键之一是实现试件所确定的受力状态.
1)拉应力状态的实现
试验时以构件的弯曲受拉代替轴向受拉,其原因有2点:①混凝土碳化箱空间有限,混凝土碳化试件实现轴向受拉难度较大;②实际结构中轴向受拉的情况很少,大部分都是弯曲受拉,以弯曲受拉代替轴向受拉更有实际意义.试件的弯曲拉应力如表3所示.
2)压应力状态的实现
通过施加预应力可以使试件产生预期的压应力状态.采用后张法,试件预先留有孔道,采用镦头锚,不留扩大端,所用的垫块及锚具专门加工而成.考虑到预应力筋的应力松弛和混凝土收缩与徐变,因此对每一个试件的预应力筋均超张拉3%,试件压应力如表4所示.
表3 预应力混凝土试件的受拉工况
序号水灰比f c/MPa实际施加拉应力/MPa
1
0.420.300.576
0.515.500.667
2
0.420.301.036
0.515.501.015
3
0.420.301.290
0.515.501.291
表4 预应力混凝土试件的受压工况
序号水灰比f c/MPa实际施加压应力/MPa
1
0.4020.306.27
0.5015.504.79
2
0.4020.3010.45
0.5015.507.98
3
0.4020.3014.64
0.5015.5011.18
2 建立应力状态下的混凝土碳化深度
模型
与预应力混凝土结构碳化相关的因素可以分为内部因素和外部因素,外部因素包括大气中C O2的体积分数、湿度、温度等,内部因素包括水泥标号、混凝土强度等级、水灰比以及应力等因素.C O2在混凝土中的传输途径是多样的,主要包括扩散作用、渗透作用和毛细管作用等,而其中以扩撒作用最为稳定且影响最大,因而可以采用稳态扩散理论(Fic k第一定律)模拟C O2的碳化作用[2].采用稳态扩散理论模拟预应力混凝土结构碳化时面临着2个问题:①如何在稳态扩散模型中考虑到渗透作用和毛细作用等非扩散作用;②因为稳态扩散理论的适用空间是各向同性的,而预应力施加在结构上,将使得结构的扩散空间不满足各向同性的要求.为了克服上述困难,首先,引进多个代数因子,并在量化这些代数因子的过程中,考虑其余传输途径的影响;其次,经过分析可以发现,由于施加预应力而使结构产生的应力水平与混凝土材料的弹性模量相比,是一个非常小的量,可以认为没有对混凝土的物理性质产生任何影响.以上2点,既保证了稳态扩散模型对预应力混凝土结构仍然成立,又使得在合理的预应力分布及适当的预应力水平下,结构的耐久性得到较大的裨益.
在以往的碳化深度预测模型的基础上,建立如下应力状态下的碳化深度数学模型[2,3]:
X=ηk R
h
k T k CO
2
k wcχσt(1)式中,η为模型调节常数,采用无应力状态下的回归
常数,η=1.6175;k R
h
为环境相对湿度影响系数,
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k R
h =
R h(100-R h)
R h0(100-R h0)
,其中R h为碳化环境下的相对
湿度,R h0为标准环境相对湿度,取R h0=50;k T为环
境温度影响系数,k T=4
T
T0
,T为环境温度,T0为标
准环境温度,取T0=20℃;k CO
2
为CO2体积分数影
响系数,k CO
2
=C0;k wc为混凝土质量及水灰比影响系数,该系数反映混凝土的浇筑及养护状况.在模型中,该系数是利用混凝土强度、水泥标号和水灰比之间的关系回归而得的以水灰比为惟一变量的表达式,k wc=0.236442+1.54216w c-1.18708w c2 +0.459843w c3,其中,w c为水灰比;χσ为应力状态影响函数,即
拉应力时 χσ=1+αc tσc t+βctσ2ct+γc tσ3c t
压应力时 χσ=1+αc pσc p+βc pσ2c p+γc pσ3c p
其中,αct,βct,γct,αcp,βcp和γcp均为待定参数.
3 试验结果分析
为保证试件在碳化箱中的碳化在一维尺度内进行(沿着混凝土试件表面法线方向),用石蜡封闭试件的其他5个表面.因试件处于受力状态,无法分期取出进行碳化深度检测,故采用石蜡分期分段封闭试件表面的办法.考虑到交叉碳化影响的不同,受拉试件采用两段封闭,即45d封闭一次;受压试件采用三段封闭,即30d封闭一次[4].拉应力状态试件及压应力状态试件试验结果见表5和表6.
表5 拉应力状态下预应力混凝土试件碳化深度
项次水灰比应力状态拉应力/MPa
45d碳化深度/mm90d碳化深度/mm
均值均方差均值均方差10.400.00.029.03.9436.453.92 20.400.3f t0.57629.63.0437.51.75 30.400.5f t1.03630.20.7639.03.75 40.400.7f t1.29031.02.2040.52.75
表6 压应力状态下预应力混凝土试件碳化深度
项次水灰比应力
状态
压应力/
M Pa
30d碳化深度/mm60d天碳化深度/mm90d碳化深度/mm
均值均方差均值均方差均值均方差
10.400.00.025.452.0731.305.8136.453.92 20.400.3f c6.2723.203.3631.902.6934.452.62 30.400.5f c10.4522.500.8526.382.2331.568.47 40.400.7f c14.6419.951.7225.130.4229.191.25
根据实测试验数据,采用代数学上广义逆的概念,计算系数矩阵的广义逆,最终可以得到
αct=-0.112581
βct=0.129026
γct=-0.0126427
(2)
αcp=0.00452352
βcp=-0.00354674
γcp=0.00014676
(3)
因而,根据式(1)可以分别得到:
拉应力状态下的混凝土碳化深度计算模型为
X=ηk R
h
k T k CO
2
k wc(1-0.112581σct+
0.129026σ2ct-0.0126427σ3ct)t(4)
压应力状态下的混凝土碳化深度计算模型为
X=ηk R
h
k T k CO
2
k wc(1+0.00452352σcp-
0.00354674σ2cp+0.00014676σ3cp)t(5)分别将拉、压应力的数值代入碳化深度计算模型(4)、(5),并与测量值比较,结果见表7和表8.
表7 拉应力状态下碳化深度实测值与计算值比较
项次应力状态应力/M Pa
45d碳化深度90d碳化深度
实测值/mm计算值/mm误差/%实测值/mm计算值/mm误差/% 10.3f t0.57629.628.69-5.2137.539.685.81 20.5f t1.03630.228.89-4.3439.040.854.76 30.7f t1.29031.029.82-3.8140.542.174.12575
第5期涂永明,等:应力状态下混凝土的碳化试验研究
表8 压应力状态下碳化深度实测值与计算值比较
项次应力/MPa
30d碳化深度60d碳化深度90d碳化深度
实测值/mm计算值/mm误差/%实测值/mm计算值/mm误差/%实测值/mm计算值/mm误差/%
10.025.4523.05-9.4031.3032.614.1836.4539.949.57 26.2723.2021.88-5.6831.9030.95-2.9934.4537.9010.01 310.4522.5019.79-12.0426.3827.996.1031.5634.288.62 414.6419.9518.20-8.7725.1325.732.3729.1931.517.94
试验中水灰比为0.50工况下的所有试件,由于检测时已经完全碳化,因而没有得到该工况下的试验数据.究其原因为:
1)水灰比的增加导致混凝土碳化速率的超线性增加.
2)试验中试件制作、养护不良,混凝土质量不是很好,导致了其强度等级的降低,渗透性增大.
4 结论
1)试验结果表明:拉应力加快了混凝土碳化的速率,而且拉应力越大,碳化的速率越大;反之,压应力可以减缓混凝土的碳化速率,而且压应力越大,碳化速率越小.应力状态对混凝土碳化的影响是显著的.
2)预应力混凝土结构在长期荷载作用下,一般不开裂或者裂缝宽度比较小,采用应力状态影响函数χσ可以较为客观地反映混凝土在拉应力作用下的宏观、细观上的开裂状况以及在压应力作用下的对混凝土密实度的有利作用.因此,采用应力状态影响函数χσ建立预应力混凝土结构的碳化深度预测模型更能符合实际工程情况.
3)数学模型的内部因素自调节能力较强,而外部因素自调节能力较弱.这是因为模型是在确定的温度、湿度和二氧化碳体积分数的情况下建立的,这些外界因素在模型里是作为“常数”来考虑的,因而使得模型的建立大为简化,可是带来的影响是这个模型在外界因素发生变化时,可能使相应的参数发生变化.而对于时间参量t和内部因素,即水灰比,混凝土质量和应力水平等,在模型中作为变量考虑,因而其自适应能力要强得多.
4)因为预应力混凝土结构的碳化试验数据很少,加之混凝土本身的离散性比较大,因此,这个数学模型的试验数据是不完备的,还需要更多的试验和工程加以检验,不断地提供更多的测量数据对这个模型进行修正和改进.
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混凝土碳化试验
一．目的 检测混凝土的碳化性能，指导检测人员按规程正确操作，确保检测结果科学、准确。 二．检测参数及执行标准 检测参数：碳化性能 执行标准：GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》三．适用范围 适用于测定在一定浓度的二氧化碳气体介质中混凝土试件的碳化程度，以评定该混凝土的抗碳化能力。 四．职责 检测员必须执行国家标准，按照作业指导书操作，边做试验边做好记录，编制检测报告，并对数据负责。 五．样本大小及抽样方法 碳化试验应采用棱柱体混凝土试件，以３块为一组，试件的最小边长应符合表1的要求。棱柱体的高宽比应不小于３。无棱柱体试件时，也可用立方体试件代替，但其数量应相应增加。 碳化试验试件尺寸选用表表1 试件一般应在28天龄期进行碳化，采用掺合料的混凝土可根据其特性决定碳化前的养护龄期。碳化试验的试件宜采用标准养护。但应在试验前
２天从标准养护室取出。然后在60℃温度下烘48小时。 经烘干处理后的试件，除留下一个或相对的两个侧面外，其余表面应用加热的石蜡予以密封。在侧面上顺长度方向用铅笔以10毫米间距画出平行线，以预定碳化深度的测量点。 六．仪器设备 1、CCB-70碳化箱（包括架空试件的铁架温湿度测量以及恒温恒湿设施、气体分析仪），设备编号为：JC611 2、二氧化碳供气装置（包括气瓶、压力表及流量计） 3、碳化深度检测尺，设备编号为：GC531 4、辅助破型设备：万能试验机（200t或30t）、三角挫刀条2个 5、材料、工具：石蜡、电炉、托盘、酚酞试液 七．环境条件 养护条件：二氧化碳浓度为20±３％，温度为20±５℃，湿度为70±５％。 八．试验步骤及结果判定 1、将经过处理的试件放入碳化箱内的铁架上，各试件经受碳化的表面之间的间距至少应不少于50毫米。 2、将碳化箱盖严密封。密封可采用机械办法或油封，但不得采用水封以免影响箱内的湿度调节。开动箱内气体对流装置，徐徐充入二氧化碳，并测定箱内的二氧化碳浓度，逐步调节二氧化碳的流量，使箱内的二氧化碳浓度保持在20±３％。在整个试验期间可用去湿装置或放入硅胶，使箱内的相对湿度控制在70±５％的范围内。碳化试验应在20±５℃的温度下
混凝土碳化机理及处理措施
混凝土碳化机理及处理措施 朱茂根田芝龙李建民 1 前言 混凝土的强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标。现行规范对强度指标有详细的计算和试验方法，达不到指标的即为不合格产品，而对耐久性，却没有严格的衡量参数，同一强度指标的混凝土其实际耐久性可能相差很大。混凝土抗碳化能力是衡量混凝土结构耐久性非常重要的一个指标。过去由于在设计和施工时对混凝土碳化问题重视不够，导致混凝土抗碳化能力较低，造成不少建筑物的耐久性差，被迫提前加固。本文通过对混凝土碳化和钢筋去钝化物理化学反应的分析，揭示了混凝土碳化对结构破坏的机理和规律，提出了在设计和施工时对混凝土防碳化处理的建议，并提供了一些在除险加固工程中实用的防碳化处理方案。 2 混凝土碳化机理 拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的PH值为12.5～13.5。空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应。反应产物为CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉积于毛细孔中。该反应式为： Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O 反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，一直到孔隙液的PH值降为8.5～9.0时，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca（OH）2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI 等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。混凝土表层碳化后，大气中的CO2继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散，更深入地进行碳化反应。 碳化后的混凝土质地疏松，强度降低。 3 混凝土中钢筋锈蚀机理 最初的混凝土孔隙中充满了饱和Ca(OH)2溶液，它使钢筋表层发生初始的电化学腐蚀，该腐蚀物在钢筋表面形成一层致密的覆盖物，即Fe2O3和Fe3O4，这层覆盖物称为钝化膜，在高碱性环境中，即PH≥11.5时，它可以阻止钢筋被进一步腐蚀。 当混凝土碳化深度超过保护层达到钢筋表面时，钢筋周围孔隙液的PH值降低到8.5～9.0，钝化膜被破坏，钢筋将完成电化学腐蚀，导致钢筋锈蚀。
混凝土碳化的几点原因
1.混凝土碳化 混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，而后溶解于毛细孔中的水分，与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，生成碳酸钙等产物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。 2.混凝土碳化影响因素 有内在因素，也有外界因素。 2.1影响混凝土碳化的内在因素 不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有重要影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般均能提高抗渗性，减弱碳化速度，但含氯盐的防冻、早强剂则会严重加速钢筋锈蚀，应严格控制其用量。集料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。材质致密坚实，级配较好的集料的混凝土，其碳化的速度较慢。 增加水泥用量，一方面可以改变混凝土的和易性，提高混凝土的密实性；另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，使其抗碳化性能增强，碳化速度随水泥用量的增大而减少。 在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害化学物质较多的浸入混凝土体内，加快混凝土碳化。 施工质量差表现为振捣不密实，造成混凝土强度低，蜂窝、麻面、空洞多，为大气中的二氧化碳和水分的渗入创造了条件，加速了混凝土的碳化。
混凝土成型后，必须在适宜的环境中进行养护。养护好的混凝土，具有胶凝好、强度高、内实外光和抗侵蚀能力强，能阻止大气中的水分和二氧化碳侵入其内，延缓碳化速度。 2.2影响混凝土碳化的外界因素 酸性气体（如CO2）渗入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，导致水泥石逐渐变质，混凝土的碱度降低，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究已证明，混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。 在混凝土浸水饱和或水位变化部位，由于温度交替变化，使混凝土内部孔隙水交替地冻结膨胀和融解松弛，造成混凝土大面积疏松剥落或产生裂缝，导致混凝土碳化。渗漏水会使混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面结成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，其结果是严重降低混凝土强度和碱度，恶化钢筋锈蚀条件。混凝土温度骤降，其表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面便开裂，导致形成裂缝或逐渐脱落，为二氧化碳和水分渗入创造了条件，加速混凝土碳化。
混凝土回弹与碳化深度
应该是“混凝土碳化作用”，是指碳酸气或含碳酸的水与混凝土中氢氧化钙作用生成碳酸钙的反应，正确地说，应是“碳酸化作用”，可是在国内已有通称“碳化作用”的习惯。碳化作用通常是指C02气体的作用，它不会直接引起混凝土性能的劣化，经过碳化的水泥混凝土，表面强度、硬度、密度还能有所提高。混凝土碳化作用的机理，即：碳化过程乃是外界环境中的C02通过混凝土表层的孔隙和毛细孔，不断地向内部扩散的过程。混凝土的碳化一定要有水分存在。若在毛细孔的孔壁上附着一层含有Ca(OH)2的水膜，则碳化就从带水膜的毛细孔壁开始。当环境的相对湿度为50--60％时，碳化的反应最快，可是当孔隙全部为水分所充满时，也会妨碍CO 2的扩散。CO2扩散的深度，通常用来作为评价混凝土抗碳化性能的技术参数，因为表面暴露在大气之中的混凝土，无论如何都免不了被碳化，只是碳化速度和抑制碳化进展的能力不同而已。 碳化对混凝土的不利影响：混凝土碳化后强度硬度有所提高，但由于碳化一般均在结构表面，深度不大，故对整体结构强度影响不大。但是混凝土碳化后会产生体积收缩，当收缩应力超过混凝土表面抗拉强度时，会在表面产生裂缝。潮湿空气进入裂缝使裂缝处的混凝土碳化收缩，继而使裂缝向混凝土内部发展。当裂缝穿透混凝土保护层到达钢筋时，由于混凝土碱性降低，湿气锈蚀钢筋，锈蚀严重时会胀裂保护层，加速锈蚀进程，最终有可能影响结构安全。耐久性良好的混凝土应该具有一定的抗拉强度、良好的抗渗透性能及良好的体积稳定性。 砼碳化指砼中的Ca(OH)2与空气中CO2或水中溶的CO2或其它酸性物质反应变成CaCO3而失去碱性的过程。砼的碳化值指砼自表面的碳化深度。它是钢筋保层厚度的依据。当砼失去碱性环境，钢筋就易锈蚀膨胀并胀裂砼，最终削弱砼对钢筋的握裹力，导至钢筋砼构件的破坏。
砼防碳化处理方案
关于博恩花园四期92#楼结构砼表面碳化处理意见 针对博恩花园四期92#楼8层楼层碳化深度大于2.5mm，我单位也对现场进行了勘查，从耐久性等方面考虑，在粉刷前采用环氧厚浆涂料掺细砂喷涂，不但经济、耐久也不耽误工期：1. 环氧厚浆涂料性能特点 环氧厚浆涂料是由环氧基料、增韧剂、防锈剂、防锈防渗填料及固化剂等多种成份组成，适用于混凝土表层封闭。它具有以下一些特点：①、稳定性好。该涂料在大气、淡水、海水及酸碱溶液等介质中长期稳定。②、物理机械性能好。该涂料附着力强，涂层坚硬耐磨，耐热性及电绝缘性好。③、密封性能好。该涂料涂刷后能完全密闭受涂物表面，耐水、耐湿。 ④、保护周期长。使用寿命在12年以上。⑤、施工方便，适合机械喷涂。 2.施工工艺 （1）表面处理 混凝土表面处理是除掉混凝土上的污迹、浮物。用钢丝刷在混凝土上来回拉刷，直至除掉混凝土表面的污迹，再用高压水泵冲洗。表面处理后，对于混凝土上显露出来的裂缝、蜂窝、麻面等缺陷要先进行修补，完全补好后才能进行涂装，这样才能彻底保护混凝土。混凝土表面处理后待完全干燥后才能进行涂装。 （2）涂料使用要求 环氧厚浆涂料分甲、乙两组分，使用时一般按甲、乙组分比7∶1混合均匀后使用。配制量要根据需求适量配制，及时用完。 （3）表面涂装环氧厚浆涂料的人工涂装方法与一般涂料相同，机械喷涂采用高压无气喷涂工艺。 （4）用量 环氧厚浆涂料固体组分多，挥发组分少，一般应涂刷3～4遍，厚度达到0.25mｍ左右，用量0.5～0.6kg/m2，机械喷涂一遍即可，用量一般0.6~0.8kg/㎡。 3.质量检查及验收 （1）为保证施工质量，施工要由有经验的施工人员或施工前经过培训的人员进行，施工单位应设专人负责施工质量的管理与控制。 （2）环氧厚浆涂料喷涂要均匀，不应有裂纹、脱皮、流淌和皱皮现象，均匀一致。 （3）参加称料、配料操作人员必须责任心强。在正式大面积施工前，必须要作试验并进行操作演练。
混凝土碳化的几点原因
混凝土碳化的几点原因集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
1.混凝土碳化 混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，而后溶解于毛细孔中的水分，与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，生成碳酸钙等产物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。 2.混凝土碳化影响因素 有内在因素，也有外界因素。 2.1 影响混凝土碳化的内在因素 不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有重要影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般均能提高抗渗性，减弱碳化速度，但含氯盐的防冻、早强剂则会严重加速钢筋锈蚀，应严格控制其用量。 集料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。材质致密坚实，级配较好的集料的混凝土，其碳化的速度较慢。 增加水泥用量，一方面可以改变混凝土的和易性，提高混凝土的密实性；另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，使其抗碳化性能增强，碳化速度随水泥用量的增大而减少。 在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害化学物质较多的浸入混凝土体内，加快混凝土碳化。 施工质量差表现为振捣不密实，造成混凝土强度低，蜂窝、麻面、空洞多，为大气中的二氧化碳和水分的渗入创造了条件，加速了混凝土的碳化。
混凝土成型后，必须在适宜的环境中进行养护。养护好的混凝土，具有胶凝好、强度高、内实外光和抗侵蚀能力强，能阻止大气中的水分和二氧化碳侵入其内，延缓碳化速度。 2.2影响混凝土碳化的外界因素 酸性气体（如CO2）渗入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，导致水泥石逐渐变质，混凝土的碱度降低，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究已证明，混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。 在混凝土浸水饱和或水位变化部位，由于温度交替变化，使混凝土内部孔隙水交替地冻结膨胀和融解松弛，造成混凝土大面积疏松剥落或产生裂缝，导致混凝土碳化。渗漏水会使混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面结成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，其结果是严重降低混凝土强度和碱度，恶化钢筋锈蚀条件。 混凝土温度骤降，其表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面便开裂，导致形成裂缝或逐渐脱落，为二氧化碳和水分渗入创造了条件，加速混凝土碳化。
混凝土碳化问题
混凝土碳化深度 目录 介绍 混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中ＣＯ２气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，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。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，称为钝化膜（碱性氧化膜）。碳化后使混凝土的碱度降低，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，钢筋开始生锈。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。 混凝土碳化对我们的影响 影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同；其次，影响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，所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因；再次，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，如水中含有Ｎａ2ＳＯ4及少量Ｍｇ2＋时，石灰的溶解度就会增加，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；另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝土的过度振捣、混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。 混凝土碳化破坏的防治,对于混凝土的碳化破坏，我们在施工中总结出了一系列治理措施：一是，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
混凝土碳化影响因素及减缓措施
混凝土碳化影响因素及减缓措施 摘要：所谓混凝土的碳化，是指水泥石中的水化产物与周围环境中的二氧化碳作用，生成碳酸盐或其他物质的现象。碳化将使混凝土的内部组成及组织发生变化，使得混凝土结构内部环境由强碱性变为弱碱性，破坏钢筋表面的钝化膜，导致钢筋锈蚀，严重的将导致混凝土结构的保护层剥落。 关键词：混凝土；碳化；保护层 1.混凝土碳化影响因素 1.1材料因素：材料因素包括水灰比、水泥品种与用量、掺合料、外加剂等，它们主要通过影响混凝土的碱度和密实性来影响混凝土碳化速度。 （1）水灰比 水灰比W/C是决定混凝土孔结构与孔隙率的主要因素，其中游离水的多少还关系着孔隙饱和度(孔隙水体积与孔隙总体积之比)的大小，因此，水灰比是决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的主要因素之一。水灰比增加，则混凝土的孔隙率加大，CO2有效扩散系数扩大，混凝土的碳化速度也加大。水灰比在正常施工条件下，混凝土的碳化速度随水灰比减小而降低。此外，龚洛书最早通过试验给出了水灰比对碳化深度的影响系数拟合公式，碳化深度随水灰比的变大而线性升高。 （2）水泥品种和水泥用量 用矿渣水泥的混凝土比同水灰比的普通混凝土碳化程度快10%~20%。水泥用量越大，则单位体积混凝土中可碳化物质的含量越多，消耗的CO2也越多，从而碳化速度越慢。在水泥用量相同时，掺混合材料的水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量减少，且一般活性混合材由于二次水化反应还要消耗一部分可碳化物质Ca(OH)2，使可碳化物质含量更少，故碳化速度加快。因此，相同水泥用量的硅酸盐水泥混凝土的碳化速度最小，普通硅酸盐水泥混凝土次之，粉煤灰水泥、火山灰质硅酸盐和矿渣硅酸盐水泥最大。同一品种的掺混合材水泥，碳化速度随混合材掺量的增加而加大 （3）粉煤灰掺量 在硅酸盐水泥混凝土中，掺入粉煤灰有正负两方面的作用，一方面由于水泥用量减少，水化反应生成的可碳化物质减少，碱储备降低，抗碳化能力降低。另一方面，粉煤灰的二次水化填充效应可显著改善混凝土的孔结构，提高混凝土的密实性。
混凝土回弹与碳化深度
混凝土回弹与碳化深度
综述：碳化深度过深会降低混凝土的碱性，影响结构的耐久度。碳化就是混凝土中的Ca(OH)2和空气中的CO2反应生成CaCO3和水的过程。 碳化深度主要与水灰比和周围环境有关。一般说来，水泥用量一定的时候，水灰比越大，碳化越快。当水灰比一定的时候，水泥用量越少，碳化越快。从碳化的定义我们可以看出如果水泥用量多的话，混凝土中的Ca(OH)2就多碱性就越强，越不容易碳化。还有就是周围的环境，CO2的浓度及湿度。非常潮湿和非常干燥的时候，混凝土都不易碳化。太湿可以隔离CO2与Ca(OH)2的反映，太干CO2无法结合到水生成H2CO3（碳酸），混凝土也不会碳化。 回弹检测混凝土强度是以混凝土的表面硬度来推断混凝土强度的.碳化会增大混凝土表面硬度，所以回弹判定其强度时需要检测碳化深度进行修正。 一、混凝土碳化机理及原因 1、混凝土碳化机理 拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的PH值为12.5～13.5。空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应。反应产物为CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉积于毛细孔中。
该反应式为：Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O 反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，一直到孔隙液的PH值降为8.5～9.0时，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca（OH）2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。混凝土表层碳化后，大气中的CO2继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散，更深入地进行碳化反应。 2、混凝土碳化原因 混凝土的主要成分有水泥、粗细骨料、水以及外加剂。水泥掺与混凝土的拌合中，水泥中主要成分是CaO，经水化作用后生成Ca(OH)2 ，混凝土的碳化，是指混凝土中的Ca(OH)2与空气中的CO2起化学反应，生成中性的碳酸盐CaCO3 。未碳化的混凝土呈碱性，混凝土中钢筋保持钝化状态的最低（临界）碱度是PH 值为11.5，碳化后的混凝土PH值为8.5～9.5。碳化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，使混凝土对钢筋的保护作用减弱。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，钢筋开始生锈。钢筋锈蚀后，锈蚀产生的体积比原来膨胀2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，锈蚀越严重，铁锈越多，膨胀力越大，最后导致混凝土开裂形
SCL混凝土防碳化技术
SCL混凝土防碳化技术 SCL混凝土防碳化技术 一、防碳化处理设计 混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中二氧化碳渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化。 根据混凝土结构碳化原理，对现有已经发生碳化混凝土结构，水泥品种是无法改变的，那么，要控制混凝土进一步碳化，就是控制它周围介质环境条件，即二氧化碳浓度及湿度大小。 故将SP202高徽浆与SP201混凝土保护剂相结合的方法对混凝土进行防碳化处理。 SP201混凝土保护剂是一种高科技、环保型、无毒液凝胶剂，其作用于混凝土上，渗透入混凝土深度达5—50mm，与混凝土中的游离物质产生化学反应，生成稳定的枝蔓状晶体胶质，能有效地堵塞混凝土内部毛细空隙，使混凝土结构具有持久的防水功能和更好的密实度，同时还能有效的阻止酸性物质、氯离子等对混凝土的侵蚀。 对结构露筋，风化剥落部位除去松脱层，用SP202高徽浆进行修补。然后进行全面防碳化处理。 1 / 9 二、施工方法 1)施工工序流程 基层处理→涂刷SP202高徽浆→ SP201混凝土保护剂制备→ SP201混凝土保护剂施工→养护→检查验收 2)施工工艺 a.基层处理：在喷涂SP201混凝土保护剂之前，混凝土表层必须进行清洁处理，把粉尘、浮浆、混凝土上的脏污、油渍清洗干净，裂缝处需作修补。对于混凝土缺陷，包括蜂窝麻面、孔洞、裂缝，需要采用SP202高徽浆修补。
b.S P201混凝土保护剂制备：SP201混凝土保护剂为单组份液体，不需要混合搅拌，使用之前，要充分摇匀，不要与其他溶液和流质物稀释。 c.S P201混凝土保护剂施工：采用喷射器喷涂施工，细部采用刷子、辊筒涂抹。SP201混凝土保护剂的喷涂垂直面要从底部开始，并做到均匀。 喷涂第二遍SP201混凝土保护剂前，要待第一层混凝土表层晾干后方可进行，相隔时间一般为16-24小时。喷涂完SP201混凝土保护剂第二遍之后，需确保混凝土有自然养护时间达16小时以上。 d.养护：工作环境条件为摄氏4.5-35度之间。表层温度在摄氏1.6-32度之间，若表层温度高于设施32度，需要在使用SP201混凝土保护剂之前洒水。 三、材料简介 高徽浆SP202 1）产品说明 高徽浆SP202是一种高性能水泥基聚合物复合材料，含有独特的共聚成分，在水泥中引起交叉反应链形成聚合物——水泥水化物的互传网络结构，产生化学与机械结合的内聚力与附着力，提高了拉伸强度和粘结强度，涂覆在混凝土表面并与之牢固粘结形成高强坚韧耐久的保护层，是一种单组份、干粉状高耐久性的新型保护封闭材料。 2）使用范围 广泛适用于水利水电、港口、隧道、桥梁及其它工业与民用建筑等钢筋混凝土结构的防碳化、防渗、防水、防腐等，提高结构使用寿命。如冷却塔、渡槽、水闸、大坝、桥梁、蓄水池、污水处理池、混凝土电杆等工程。 特点 a)良好的粘结强度与粘结能力，可涂刷在多种建筑材料表面； b)抵抗大气侵蚀，抗紫外线照射、耐磨损、耐裂； c)优良的抗渗性和耐水性，能在立面和潮湿基面上进行操作； d)具有良好的防水和密封性能，防止外界雨水对结构的侵蚀； e)良好的抗有害气体，如二氧化碳、氧气、盐雾等的渗透性能，防止混凝 土碳化化；
混凝土碳化深度与处理措施
目录 一、碳化作用机理 (2) 二、影响商品混凝土碳化的因素 (2) 三、商品混凝土碳化的预防措施 (5) 四、混凝土碳化处理措施 (6)
混凝土碳化的影响因素及其预防措施 商品混凝土碳化是影响商品混凝土耐久性的一个重要因素。本文对商品混凝土碳化的影响因素及其预防措施进行了总结。从商品混凝土本身的密实度和碱性大小的角度考虑，商品混凝土的碳化受材料、环境和施工等因素的影响。降低水灰比、优化配合比设计、加强养护和增加保护层厚度可以提高商品混凝土的抗碳化能力。 一、碳化作用机理 空气中CO2渗透到商品混凝土内，与其碱性物质发生化学反应生成碳酸盐和水，使商品混凝土碱度降低的过程称为商品混凝土碳化，也可称为中性化，其化学反应为： Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O 水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使商品混凝土空隙中充满了饱和C a(OH)2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Fe 2O3和Fe3O4，称为钝化膜。 碳化本身对商品混凝土没有破坏作用，其主要危害是由于碳化会降低商品混凝土的碱度。当碳化超过商品混凝土的保护层时，在水与空气同时存在的条件下，钢筋开始生锈。钢筋锈蚀产生的体积膨胀将导致钢筋长度方向出现纵向裂缝，并使保护层脱落，进而使得构件的截面减小、承载能力降低，最终将使结构构件破损或者失效。 二、影响商品混凝土碳化的因素 影响商品混凝土碳化最主要的因素是商品混凝土本身的密实度和碱性大小，即商品混凝土的渗透性及其Ca(OH)2含量。影响商品混凝土碳化的因素主要分为三个方面：材料因素、环境因素和施工因素。 2.1 材料因素 材料因素包括水灰比、水泥品种与用量、掺合料、外加剂、骨料品种与级配、商品混凝土表面覆盖层等等，主要通过影响商品混凝土的碱度和密实性来影响商品混凝土的碳化速度。 2.1.1 水灰比 水灰比是决定混凝土性能的重要参数，对混凝土碳化速度影响极大。众所周知，水灰比基本上决定了混凝土的孔结构，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率就越大。混凝土中的气孔主要有胶孔、气孔和毛细孔。胶孔的半径很小，CO2分子很难自由进出；CO2扩散均在内部的气孔和毛细孔中进行。因此水灰比一定程度上决定了CO2在混凝土中的扩散速度，水灰比越大，孔隙率越高，CO2的扩散越容易，混凝土碳化速度越快。另外，水灰比大会使商品混凝土孔隙中的游离水增多，一定程度上也有利于碳化反应。研究结果表明：当水灰比大于0.65时，碳化深度会急剧加大。国内外进行了大量的快速碳化试验和长期暴露试验来研究水灰比与混凝土碳化速度的关系。得到碳化速度与水灰比的关系，暴露试验给出了碳化速度系数与水灰比的表达式：
混凝土碳化的影响因素及应对措施
混凝土碳化的影响因素及应对措施 钱大伟戴炜 （宿迁市建设工程质量检测中心有限公司） 【摘要】本文先介绍了混凝土的碳化机理，然后分三个方面详细研究了混凝土碳化的影响因 素，最后给出了相应的防碳化措施。 【关键词】混凝土；碳化；影响；措施 1 前言 混凝土的强度和耐久度是混凝土结构的两个重要指标，随着技术的不断进 步，人们从片面追求混凝土的高强度转移到重视混凝土结构的耐久度上来。混凝 土抗碳化能力是衡量混凝土结构耐久性的一个重要指标。抗碳化能力差的混凝土 构件，会引起钢筋的锈蚀，导致混凝土结构破坏，减少建筑物的使用寿命。随着 经济的发展，温室效应越来越显著，大气中CO2浓度越来越高，大量处于暴露环 境中的混凝土结构物面临的碳化问题越来越严重。因此，研究混凝土碳化的影响 因素及应对措施就显得尤为重要。 2 混凝土的碳化机理 混凝土的基本组成材料为水泥、水、砂和石子，其中硅酸盐水泥熟料矿物主 要由硅酸三钙和硅酸二钙组成，在拌合混凝土时，它们与水发生如下的化学反应： 2（3CaO·SiO2）+6H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2 2（2CaO·SiO2）+4H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2 由上可知，硅酸盐水泥的主要水化产物为水化硅酸钙和Ca(OH)2 ，其中Ca(OH)2 在 水中的溶解度极低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液，它的 PH值为12.5～13.5，这种高碱性的环境有利于保护钢筋，相当于在钢筋周围产 生了一层“保护膜”，使其免遭锈蚀。 由于施工过程中的种种原因，混凝土内部存在许多大小不一的毛细孔、孔隙、 气泡、甚至缺陷，因此形成的混凝土实际是一个含固相、液相、气相的非均匀物 质，于是环境中的二氧化碳气体便通过这些无法避免的缺陷，渗透到毛细孔和孔 隙中，与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2 进行中和反应，其化学方程式如下： CO2+ H2O ＝H2CO3 Ca(OH)2+H2CO3＝CaCO3+2H2O 反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca+2和OH-，反向扩散到 孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，一直到孔溶液中的PH值降为8.5～9.0 时]1[，这层毛细孔才不再进行这种中和反应，即所谓“已碳化”，混凝土表层碳 化后，大气中的CO2继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩 散，更深入地进行碳化反应。这些反映使混凝土中的碱度降低，破坏钢筋周围的 “保护膜”，这样就会加速钢筋的锈蚀，因锈蚀就会引起体积膨胀使混凝土覆盖 层遭受破坏，从而发生沿钢筋界面出现裂缝以及混凝土覆盖层剥落等现象。 3 混凝土碳化的影响因素 经上所述，碳化对钢筋混凝土结构有不利影响，必须对其影响因素进行全面 的了解以采取积极有效的预防措施。混凝土碳化速度取决于混凝土的密实度及其 碱储备量，混凝土的密实度越大，碱储备量越多，其抗碳化能力越强。影响混凝
混凝土碳化研究现状_武俊曦
四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第37卷第6期2011年12月 收稿日期：2010-06-10作者简介：武俊曦（1977－），男，陕西西安人，工程师，主要从事建筑施工工作。 E －mail ：wujunxi1977@126．com 混凝土碳化研究现状 武俊曦1 ，王 艳 2 （1．陕西建工集团第三建筑工程有限公司，陕西西安710054；2．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055） 摘要：混凝土碳化是一个非常复杂的物理化学过程，国内外众多学者分别从碳化机理、影响碳化的因素、碳化深度预测模型 等方面， 对这个问题进行了深入研究。本文对这些成果进行了总结与分类，在此基础上提出了尚存在的问题，并对混凝土碳化研究发展方向进行了展望。 关键词：混凝土；碳化；碳化速度；碳化深度中图分类号：TU528文献标识码：B 文章编号：1008－1933（2011）06－202－03 0前言 Mahta 教授在题为《混凝土耐久性———50年进 展》的主旨报告中指出：“当今世界，混凝土破坏原 因，按重要性递减顺序排列是钢筋腐蚀、寒冷气候下 的冻害、侵蚀环境的物理化学作用”。因此，钢筋锈 蚀是影响混凝土耐久性的主要因素之一。而混凝土碳化又是引起钢筋锈蚀最主要的原因。20世纪60年代，国际上一些发达国家就开始重视混凝土结构的耐久性问题，对混凝土碳化进行了大量的试验研究及理论分析。国内从20世纪80年代开始研究混凝土碳化与钢筋锈蚀问题，通过快速碳化实验、长期暴露实验及实际工程调查，研究混凝土碳化的影响因素与碳化深度预测模型。经过40多年的研究，国内外对混凝土碳化机理与影响因素已经有了深刻的 认识， 并提出了很多种碳化深度的计算模型。1混凝土碳化机理的研究 混凝土碳化是一个非常复杂的物理化学过程， 国内外很多学者从不同的角度对这个问题进行了深入研究。 普通水泥混凝土水泥熟料的主要矿物成分是硅酸三钙C 3S （3CaO ·SiO 2）、硅酸二钙C 2S （2CaO ·SiO 2）、铁铝酸四钙C 4AF （4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3）和 铝酸三钙C 3A （3CaO ·Al 2O 3）， 另外，还有少量的石膏C SH 2（CaSO 4·2H 2O ）等。其水化产物为氢氧化钙（约占25%）、水化硅酸钙（约占60%）、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等，充分水化后，混凝土孔隙水溶液为氢氧化钙饱和溶液，其pH 值约为12 13，呈强碱性。在水泥水化过程中，由于化学收缩、自由水蒸发等多种原因，在混凝土内部存在大小不同的毛细 管、 孔隙、气泡等，大气中的二氧化碳通过这些孔隙向混凝土内部扩散，并溶解于孔隙内的液相，在孔隙溶液中与水泥水化过程中产生的可碳化物质发生碳 化反应， 生成碳酸钙。混凝土碳化的主要化学反应式如下［1］ ：Ca （OH ）2+CO 2→CaCO 3+H 2O 3CaO ·2SiO 2·3H 2O +3CO 2→3CaCO 3·2SiO 2 ·3H 2O 3CaO ·SiO 2+3CO 2+γH 2O →SiO 2·γH 2O +3CaCO 3 2CaO ·SiO 2+2CO 2+γH 2O →SiO 2·γH 2O +2CaCO 3 文献［2］研究表明，混凝土孔溶液中绝大多数组分为Na + ， K +和与其保持电性平衡的OH –，Ca 2+含量微乎其微， Ca （OH ）2大部分是以晶体存在的。当CO 2扩散到混凝土孔溶液，并分别与Na + ， K +，Ca 2+反应生成Na 2CO 3，K 2CO 3，CaCO 3。由于Na 2CO 3，K 2CO 3溶解度大，孔溶液中的Na + ，K +浓度不会发生变化，除非这些溶液干燥时达到过饱和析 出晶体；而孔溶液中的Ca 2+与CO 2－ 3发生反应生成溶解度极低的CaCO 3，并沉积在孔壁表面，导致孔溶 液中Ca 2+ 浓度降低，因此Ca （OH ）2晶体继续溶解，并补充孔溶液中失去的Ca 2+ 浓度。Ca （OH ）2晶体逐渐溶解而碳化反应过程中CaCO 3晶体逐渐增多，这种循环反应一直进行到Ca （OH ）2晶体完全溶解和消耗为止，此时混凝土pH 值降低，混凝土发生中性化现象。 混凝土孔溶液的pH 值越高，CaCO 3溶解度越小，孔溶液中发生中性化反应之后Ca 2+ 的浓度减少 得也越多， Ca （OH ）2晶体的溶解速度也越快。随着中性化过程的继续，孔溶液的pH 不断降低， Ca （OH ）2晶体的溶解速度也会减慢，碳化速度相应会有一些降低。 另外，由于碳化反应的主要产物碳酸钙属非溶 解性钙盐，比原反应物的体积膨胀约11.6%［3］ ，因 2 02
混凝土的碳化及影响因素
混凝土的碳化及影响因素 【摘要】混凝土碳化是影响温凝土结构耐久性的重要原因之一，通过对混凝土碳化机理以及影响因素的分析，我们可以采取更好的相关控制措施来减少碳化的危害。 【关键词】混凝土；碳化；影响因素；控制措施 空气、土壤或地下水中酸性物质，如CO2 、HCl 、SO2 、Cl2 深入混凝土表面，与水泥石中的碱性物质发生反应的过程称为混凝土的中性化。混凝土在空气中的碳化是中性化最常见的一种形式，它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用很复杂的一种物理化学过程。在某些条件下，混凝土的碳化会增加其密实性，提高温凝土的抗化学腐蚀能力，但由于碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，给混凝土中钢筋锈蚀带来不利的影响。同时，混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。由此可见，混凝土的碳化对钢筋混凝土结构的耐久性有很大的影响。因此，混凝土碳化机理、影响因素及其控制的分析很重要。 1 混凝土的碳化机理 1. 1 碳化反应 混凝土的基本组成材料为水泥、水、砂和石子，其中的水泥与水发生水化反应，生成的水化物自身具有强度(称为水泥石) ，同时将散粒状的砂和石子粘结起来，成为一个坚硬的整体。混凝土的碳化，是指水泥石中的水化产物与周围环境中的二氧化碳作用，生成碳酸盐或其他的物质的现象。碳化将使混凝土的内部组成及组织发生变化。由于混凝土是一个多孔体，在其内部存在大小不同的毛细管、孔隙、气泡，甚至缺陷等。空气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中，而后溶解于毛细管中的液相，与水泥水化过程中产生的氢氧化钙和硅酸三钙、硅酸二钙等水化产物相互作用，形成碳酸钙。所以，混凝土碳化也可用下列化学反应表示: CO2 + H2O H2CO3 Ca (OH) 2 + H2CO3 CaCO3 + 2H2O 3CaO·2SiO2·3H2O + 3H2CO3 3CaCO3 + 2SiO2 + 6H2O 2CaO·SiO2·4H2O + 2H2CO3 2CaCO3 + SiO2 + 6H2O 可以看出，混凝土的碳化是在气相、液相、和固相中进行的一个复杂的多相物理化学连续过程。
混凝土碳化的机理
混凝土的碳化及其对钢筋腐蚀的影响摘要：本文分析了大气环境中CO2、SO 2 等物质使混凝土发生碳化的作用机理及影响混凝土碳化的主要因素，阐述了钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的电化学过程，运用混凝土碳化原理分析了混凝土的碳化对钢筋蚀的影响。关键词：混凝土；碳化；钝化膜；钢筋腐蚀自从1824 年波特兰水泥（又称之为硅酸盐水泥）问世以来，混凝土材料就以其性能优越、施工方便和经济成本低等方面的显著优势在土木工程领域内得到广泛的应用。然而在大气中的CO 2、SO2 等外部介质作用下，混凝土结构会逐渐发生碳化，从而导致钢筋腐蚀（锈蚀），其性能产生衰减，混凝土结构的使用寿命往往也没有人们所预想的那样长。根据煤碳部1996 年对部分矿区生产系统的钢筋混凝土结构建筑的调查报告，显示因混凝土碳化造成混凝土中钢筋锈蚀，其钢筋锈蚀深度达20% 以上，结构的可靠度大大降低。因此混凝土碳化对钢筋腐蚀的影响逐渐引起了结构工程界的重视。 1混凝土的碳化1．1混凝土碳化的作用机理混凝土的碳化是指空气中的CO 2、SO 2 等酸性气体与混凝土中液相的Ca （OH）2作用，生成CaCO和HO的中性化过程。此外水泥石中水化硅酸钙（CSH和未水化的硅酸三钙（GS）及硅酸二钙（GS）也要消耗一定的CO 2气体。由于混凝土是一种多孔性材料，在其内部往往存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡等缺陷，具有一定的透气性。空气中的CO2 首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中，而后溶解于毛细管中的液相，与水泥水化过程中产生的Ca （OH 2和水化硅酸钙（CSH 等物质相互作用，形成CaCQ Ca （OH 2 是水泥的主要水化产物之一，对于普通硅酸盐水泥而言，水化生成的Ca （OH ）2可达10%- 15%。Ca （OH 2 一方面是混凝土高碱度的主要提供者，另一方面又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中的酸性介质发生中和反应，从而使混凝土碳化。 经过大量的研究表明，混凝土的碳化过程是CO2 气体由表及里向混凝土内部逐渐扩散、反应复杂的物理化学过程，主要的碳化反应方程如下： Ca （OH ） 2 + H 2O + CC2 ~CaCO3 + 2 H 2O 3CaO?2S iS02 ?3H O2 + 3 CQ —3CaCO a ? S iO 2 ?3H 2O 3CaO?2 S iSO 2 H O 2 + nH2O — 3 CaCO ?2 S iO 2 ? nH 2O 3CaO-2 S iSO 2 H O 2 + nH2O —2 CaCQ ? S iO2 ? nH 2O
混凝土碳化问题的原因分析与处理方法
混凝土碳化现象在混凝土结构尤其在桥梁、码头、水利工程中早就普遍存在，混凝土碳化使建筑物严重受损的例子也很多，在20世纪末就引起世界各国混凝土专家们的重视，并做了一些相应的研究。近年来随着预拌混凝土的普及以及建设速度的加快，在混凝土结构验收回弹中发现，混凝土结构碳化之快、碳化之深令人惊讶，混凝土的碳化似乎不再只是专家研究的课题，也同样引起许多业内人士甚至普通人的关注与重视，混凝土碳化现象越来越令人担忧。 一、碳化作用机理 碳化作用是指大气中C02在有水的条件下，与水泥的水化产物发生化学反应，产生碳酸化合物以及分解出其他反应物的现象。碳化作用的实质是混凝土失去碱性的现象，当钢筋表面的pH值降到10以下时，钢筋的钝化膜被破坏，混凝土也就失去了对钢筋的保护作用，在水与空气存在的条件下，钢筋开始锈蚀，锈蚀引起体积膨胀使混凝土保护层遭到破坏，从而界面出现裂缝以及保护层剥落等现象，这又进一步促进钢筋的锈蚀，造成钢筋混凝土结构使用寿命的降低，碳化还会直接对混凝土材料造成破坏，并降低混凝土的耐久性。可见，混凝土的碳
化对钢筋混凝土结构的耐久性有很大的影响。预拌混凝土普遍碳化快，尤其是混凝土板墙，有的不过两三个月，碳化深度竟达4~6mm。 二、混凝土及施工现状 1、混凝土现状 不论是房地产开发项目还是政府工程，普遍工期紧，基本采用汽车泵、地泵来输送预拌混凝土，这就对混凝土的和易性、可泵性提出一定的要求。一般高层建筑的剪力墙厚度为 180~250mm，钢筋密集，混凝土拌合物的坍落度基本在160mm以上，有的甚至为180~200mm，预拌混凝土普遍通过掺加减水剂、掺合料等来满足施工要求。混凝土中粉煤灰、矿渣粉等掺合料掺加比例越来越大，混凝土既要满足强度等级要求又要有良好的和易性，以满足泵送要求。 2、施工现状 有些工程由于工期紧，对混凝土的养护很难到位。大部分施工单位只对混凝土浇浇水而已，若不是在冬季，很少覆盖塑料薄膜，打完混凝土第二天楼板上就上人放线、绑钢筋、准备下一层施工，混凝土表面得不到好的养护和保护；剪力墙混凝土更疏于养护，而且拆模早，混凝土过早地暴露于空气中。 3、混凝土保护层 目前，高层建筑的混凝土保护层厚度一般为地下部分墙板内侧厚度为 20mm，墙、梁、板临土侧厚度为40~50mm，非临土侧厚度为20~30mm，底板、承台处厚度为40~50mm；地上部分板、墙厚度为15~20mm，梁处厚度为25mm，外露梁板处厚度为25~35mm。 三、混凝土碳化影响因素 近几年，笔者通过对某单位混凝土搅拌站所供应预拌混凝土的跟踪观察及
文献综述——混凝土劣化
专业文献综述 题目: 钢筋混凝土结构劣化原理及研究方法综述 姓名: 雷涛 学院: 工学院 专业: 工程管理 班级: 工管102班 学号: 31410229 指导教师: 张云清职称: 讲师 2014年02月25日 南京农业大学教务处制
钢筋混凝土结构劣化原理及研究方法综述 摘要：钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土各自的优点，造价较低，因此成为世界上应用最为广泛的结构形式，但即使设计合理，质量合格钢筋混凝土结构也会随时间的变化，在自然环境或人为环境下遭到破坏。而且结构耐久性破坏严重而普遍，所以对结构劣化的机理模型的探究迫在眉睫。本文总结了钢筋混凝土结构劣化因素，破坏机理，及现有的研究方法，并分析现有方法的优劣，对劣化模型的进一步建立提出建议与展望。 关键词：混凝土；钢筋；劣化；耐久性 Reinforced concrete structure degradation principle and research method were reviewed Abstract：Reinforced concrete structure is a combination of their own advantages, reinforcement and concrete with low cost, thus became the world's most widely used structure form, but even if the design is reasonable, quality qualified will change with time, the reinforced concrete structures in the natural environment or man-made damage to environment. And serious and widespread damage structure durability, so the structure model to explore the mechanism of degradation is imminent. Deterioration of reinforced concrete structures are reviewed in this paper.the factors and failure mechanism, and the existing research methods, and analysis of the advantages and disadvantages of existing methods, to build further put forward the proposal and prospect of degradation model. Key words: concrete；rebar；degradation；durability 0 引言： 混凝土是用水泥、水和骨料(细骨料如砂，粗骨料如卵石、碎石)等原材料经搅拌后人模浇筑，并经养护硬化后做成的人工石材。混凝土结构是指以混凝土为主制作的结构，包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等，其耐久性是指其抵抗环境中各种因素(如大气影响、化学腐蚀和其他劣化过程而保持正常使用功效的能力[1]。随着现代混凝土技术与我国经济的快速持续的发展，混凝土被广泛应用于港口、大坝、公路、桥梁、市政等现代化工程建设中.然而,钢筋混凝土结构由于受到各种环境条件，如大气、水等物理或化学的侵蚀作用，即使结构设计合理、施工正确，其在服役期间也往往发生劣化、未达到预期寿命而破坏。据报道,美国需要大量的资金来修复被腐蚀破坏的钢筋混凝土结构。在英国，需要重修或大修的钢筋混凝土结构占36%。在我国，钢筋混凝土结构的侵蚀破坏也十分严重,且随着我国的基本建设的全面开展。后期的钢筋混凝土结构的维护、修补等问题将会日益突出。因此，对混凝土结构采取有效表面防护技术以防止混凝土的环境侵蚀、维护混凝土的性能，对保证并提高混凝土结构的耐久性与使用寿命具有重要的现实意义。这不仅是保证建筑物在使用寿命期间的安全性，而且大大减少对自然资源和能源的消耗，也符合混凝土工业的可持续发展战略[2]。 1 钢筋混凝土结构劣化的机理 1.1钢筋锈蚀 混凝土中钢筋锈蚀是十分普遍的现象，尤其是在沿海地区、工业污染地区钢筋锈蚀问题更为突出。如今钢筋锈蚀已被公认为混凝土结构耐久性劣化最主要的原因，不少国家为此遭受了巨大的经济损失[3]。在正常情况下，混凝土中的钢筋不会锈蚀，这是由于钢筋表面的混凝土孔溶液呈高度碱性(硅酸盐水泥的水化产物Ca(OH)2：pH值大于13)，可维持钢筋表面形成致密的氧化膜，对钢筋有很强的保护能力，这正是混凝土中钢筋，正常情况下不受腐蚀的主要原因[4]。 １