浅析混凝土的碳化破坏及防治措施

浅析混凝土的碳化破坏及防治措施

建筑0732孟春光

摘要：本文通过对建筑物混凝土的碳化破坏机理及影响因素分析，提出了土建工程建筑物混凝土碳化破坏的防治措施及碳化深度值测量方法，原则上应以防重于治，采取切实的治理措施，以便于施工和延长工程的使用寿命。

关键词：碳化的概念 混凝土碳化的主要危害 加强混凝土抗碳化能力的措施 碳化深度值测量

前言：混凝土的碳化不仅能使混凝土的碱度降低，减弱对钢筋的保护作用，同时易使混凝土表面产生细微的裂缝。主要危害为：桥梁、墙体、顶板、特别是地下部分碳化深度较深。混凝土的碳化随时间的增加而增大但碳化的速度减慢，在一定程度上影响了建筑物的使用寿命。本文的重点是分析混凝土碳化的破毁机理，探究碳化的破毁影响及防治措施。

一、 混凝土碳化的概念：

混凝土碳化是指：混凝土成分中的Ca(OH)2与空气中CO 2或跟水中溶的CO 2或其他酸性物质发生化学反应生成CaCO 3而失去碱性的过

程。混凝土的碳化值是指：混凝土表面的碳化深度。它是钢筋保护层厚度的依据。当混凝土失去碱性环境，钢筋就易锈蚀膨胀并胀裂混凝土，最终削弱混凝土对钢筋的握裹力，从而导致钢筋混凝土构件的破

坏。

二、 混凝土碳化的主要危害

建筑物多以混凝土结构组成，而这些混凝土结构多处于气候恶劣的露天环境中，受泥沙、水流、物理、化学、高温、冰冻等影响因素颇多。混凝土的碳化破坏比较常见，致使许多建筑物的使用寿命大为缩短，造成极大的浪费和损失。

混凝土碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。

碳化对混凝土最主要的影响（危害）是：使混凝土的碱度降低，减弱混凝土保护层对钢筋的保护作用，可能导致钢筋的锈蚀。碳化还会引起混凝土收缩（即碳化收缩），容易使混凝土的表面产生细微的裂缝。

混凝土碳化过程的深度是随时间的延续而增大，但是增大的速度逐渐减慢。影响碳化速度的环境因素主要是二氧化碳浓度及环境湿度。假如在相对湿度50%的环境中，碳化速度最快，当相对湿度达到100%时，或是相对湿度小于25%时，碳化停止进行。同时在环境条件相同的情况下，碳化速度本身的碱要取决于混凝土本碱度及抗渗性，碱度大抗渗性强的混凝土，碳化速度慢，这就说明混凝土的抗碳化性能强。所以有必要进一步探讨建筑物混凝土的碳化破坏机理及防治措施。

三、 混凝土碳化破坏机理分析

混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO 2气渗

透到混凝土内，与其碱性物质发生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+ CO 2=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Fe 2O 3和Fe 3O 4，称为纯化膜。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，在水与空气共同存在的条件下，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，碳化还有提高素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，出现钢筋锈蚀露筋现象，降低了土建结构的强度和刚度。

四、 混凝土碳化深度测量、破坏影响及防治

4.1碳化深度值测量：

碳化深度值测量一般是用1%的酚酞试剂，其具体方法是：用适当的工具在测区表面形成直经约15mm 的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。孔洞中的粉末和碎屑应除净，并不得用水擦洗，同时应采用浓度为1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，当酚酞试剂由红色变成无色区域的为碳化区域；当碳化界线清楚时，再用深测量工具测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离，测

量次数应不少于3次，取其平均值每次读数精确至0.5mm 。

4．2混凝土碳化影响因素

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，因不同品种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co 2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 Na 2SO 4及少量

Ma 2+时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有Ca(HCO3) 2和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；最后，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。

4．3混凝土碳化破坏的防治措施

对于混凝土的碳化破坏，我们在施工中总结出了一系列的治理措施：

一、 是在施工中应根据建筑物所处的地理位臵、周环境，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；二、是分析骨料的性质，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；三、是要选好配合比，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密实性；另外，若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，对建筑物下部分在其周围设臵保护层，用各种溶注液浸注混凝土，如：用溶化的沥青涂抹。加外，如果建筑物一旦发生了混凝土碳化，最好采用环氧材料或特殊纤维布材料铺粘填补，若碳化深度较大，可凿除混凝土松散部分，洗净浸入的有害物质，将混凝土衔接面凿毛，用环氧砂浆或特殊纤维布材料粘贴填补，最后以环氧基液做涂基层保护。

五、 加强混凝土抗碳化的能力

混凝土的碳化作用是二氧化碳与水泥中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水，它是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程，因此气体扩散规律决定了碳化的速度。

碳化有利有弊，有利比如能使混凝土的抗压强度增大（放出水分有助于水泥水化）有弊比如导致钢筋蚀（混凝土碱度降低了）。

加强混凝土抗碳化能力的措施：

5．1水泥在固定条件下，水灰比越低，碳化速度越慢。

5．2混凝土所在的环境也会影响其碳化速度，降低空气中二氧化碳的浓度和控制混凝土所处环境的湿度。

六、工程实例

内蒙古鄂尔多斯天桥牌桥大梁加固中，大胆采用了粘碳纤维布加固新技术，取得了良好的除险效果。碳纤维布是近几年国际上兴起的一种新型加固材料，是由碳纤维长丝经编织而成的柔软卷材，其抗拉强度为2500—3550Mpa 钢材的10倍，重量轻、厚度薄200—600g/m2，每层厚0.1—2mm ，基本不增加结构自重及截面尺寸；具有良好的耐腐蚀性和粘合性，施工便捷，不需要打孔植筋，对原结构不产生新的损伤，是目前优质理想的结构加固材料。

粘碳纤维布施工时，必须大梁充分卸载的情况下，并且现场气温不我、低于50C 。首先是进行结构表面处理，凿除大梁混凝土表层剥落、蜂窝、腐蚀等劣质部位，用聚合物水泥砂浆修复填平。并对被粘贴混凝土表面打磨平整干净，要求表面无明显的凹凸现象，尤其是表面的凸起部位要磨平。转角粘贴处要进行倒角处理，应打磨成圆形弧状（圆弧半经10mm

然后是粘贴碳纤维布，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，尽量避免搭接，如若搭接，则碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得少于100mm ；用特制滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，并使粘结挤充分浸透碳纤维布。待纤维表面指触干燥后涂抹WSX 面胶，做到均匀，不得漏涂。此道工序完成后，用小锤等工具轻轻敲击或手压碳纤维布表面来判断粘结后的效果，如出现空鼓等粘贴不密实的现象应采用针管注胶的方法进行补救。最后作外表面处理。在碳化布上的面胶未干时撒上黄砂，以增加水泥砂浆粉面时的粘结强度；用2cm 厚的水泥砂

浆将碳化纤维布保护。

鄂尔多斯天桥大梁加固完工后，作了大梁承载情况下的扰度观测，结果显示大梁变形扰度在1.55mm 左右，且趋于稳定。表明粘碳纤维防碳化加固处现效果明显，改善梁体受力状况，达到了质量要求，而且缩短了工期。

七、 结束语

以上是本人根据以往的施式经验和工程实例总结出的一些结论。混凝土出现碳化的原因和控制碳化产生方法还有很多。这需要我们的施工管理人员和科学研究人员在理论与实践相结合的过程中及工程实例经验中不断发现和总结，结合多种预防处理措施，混凝土的碳化深度是可以减小的。

随着我们对混凝土耐久性的不断研究和深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，相信混凝土的碳化问题将会逐渐得以圆满地解决。

参考文献：

1、《混凝土碳化理论与研究》——袁群、何芳婵、李杉、编著，黄河水利出版社出版发行

2、《锈蚀钢筋混凝土构件的耐久性评定》——潘毅、陈朝晖，建筑技术开发，2002年第八期

3、《钢筋混凝土构件碳化模式与碳化寿命分析》——陈亦奇、于澎、牛荻涛，西安建筑科技大学学报，2009年04期

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