桥涵结构砼炭化问题与检测探讨

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摘要：本文作者从工程试验检测的角度出发，就桥涵结构砼碳化问题及如何对其进行碳化检测展开论述，分别从碳化的概念、影响因素及检测方法进行逐一介绍，最后提出若干技术防范建议，特整理形成本文，以供业内人士共同参考借鉴。

关键词：桥涵结构砼炭化检测方式防范措施

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 砼炭化的概念及对桥涵结构所产生的影响

从事桥涵检测工作的技术人员都知道，在日常检测中，在一些桥梁砼结构的外表面，总会有意无意地发现砼保护层出现脱落、钢筋表面存在锈蚀的迹象。类似的情况，一些项目在建成通车的若干几年后更是随处可见。对于该现象，就是我们平时所讲的砼碳化。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。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。

混凝土是一个多孔体，其内部存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡，甚至缺陷。混凝土碳化的机理就是大气中的二氧化碳与混凝土中的碱性物质，在气相、液相和固相中进行的一个十分复杂的多相物理化学连续过程。水泥石中各水化产物稳定存在pH 值，见表１。

表 1 水泥石中各水化产物稳定存在的pH值

水化硅酸碳化与混凝土结构物的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构物使用寿命的重要指标之一。目前，工厂排泄的废液、废渣也使二氧化碳浓度呈增加趋势。所以，混凝土碳化是一个不可忽视的问题。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。另一方面，碳化更主要的是对混凝土内部钢筋的影响。碳化使得孔隙水中Ca(OH)2浓度及pH值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。混凝土的pH值低于10时，钢筋要发生锈蚀，铁锈要比铁的体积膨胀2.5倍，因此，钢筋生锈的同时，混凝土发生裂缝，与钢筋的粘结力降低，保护层的混凝土剥落，钢筋的断面积减小，使钢筋混凝土造成重大损伤，耐久性大大降低。

2 砼碳化的影响因素

影响钢筋混凝土碳化效应的因素较多，归纳起来可分为:环境因素、施工因素和材料因素三大类。在环境因素中，CO2浓度、Cl-含量、酸雨和空气的温、湿度是诸影响因素中的主要因素。在施工因素中，水灰比、水泥用量、保护层厚度、养护条件和混凝土龄期是诸影响因素中的主要因素。在材料因素中，水泥品种、粗骨料品种、外加剂是诸影响因素中的主要因素。这里主要针对水泥本身的特性来阐述。

（1）水泥品种

水泥品种不同意味着其中所包含的熟料的化学成分和矿物成分以及水泥混合材料的品种和掺量有别，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度系数有重要影响。实践证明，用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥生产的混凝土抗碳化能力较强；用矿渣、火山灰、粉煤灰水泥生产的混凝土抗碳化能力较弱。这是由于活性混合料易于与水泥的水化产物Ca(OH)2反应，消耗了较多的Ca(OH)2，使混凝土碱性降低,从而影响其抗碳化能力。前一段时间报道的“凝石”材料，如果“凝石”中的Ca(OH)2含量低，将直接影响其耐久性。这也是在工程实践中没有得到推广的原因之一。

(2) 水泥含碱量

水泥含碱量越高，孔溶液pH值增加，碳化速度加快。这是因为:①含碱量越高，水泥硬化石中的CSH结构不均匀，毛细孔增多，水泥石中粗大孔隙增多；②含碱量越高，孔溶液中OH-浓度增大，碳化后沉积的碳酸钙溶解度减少，即孔溶液中钙离子浓度减少，补充钙离子浓度的氢氧化钙晶体易溶解，加速混凝土碳化。即混凝土的含碱量越高，碳化速度加快。混凝土中含有氯化钠，碳化速度更为明显。砂浆试件中氯化钠含量与孔溶液OH-浓度之间的关系。可以看出:氯化钠含量越高，砂浆孔溶液中OH-浓度增加。这是因为水泥中的C3A与约占水泥质量0.4%的Cl-发生反应生成Fridel复盐时消耗氯离子的同时生成OH-。一定氯化钠含量范围内单位水泥用量越多，孔溶液OH-浓度高，碳化速度加快。同样,与C3A矿物相结合的氯离子范围内，氯化钠含量越高，孔溶液OH-浓度增加，碳化速度加快，

3砼碳化的检测方法

测量碳化深度值时，用合适的工具在测区表面形成直径约为15mm并有一定深度的孔洞。清除孔洞中的碎屑和粉末是，注意不得用水冲洗，应立即用浓度为1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，用深度测量工具测量表面至深部不变色边缘处与测量面相垂直的距离多次，取其平均值，该距离即为该测区混凝土的碳化深度值。每次测量读数精确到0.5mm。当深度小于0.5mm时，按无碳化处理。一般被凿的部分颜色越鲜艳，也就是越红，碳化则越小，反之则越大。当然碳化越小越好，一般碳化1MM左右。如超过2MM，则对强度换算影响较大。举个例子。如果C30柱，回弹值34，如果碳化值超过2MM，则推算强度可能在Ｃ30以下。

４防止砼过早碳化的技术措施

鉴于对混凝土碳化机理的分析，为防止碳化，可以采用如下防范措施：

（1）选用抗碳化能力强的水泥品种。52.5水泥配制混凝土的抗碳化性能比42.5水泥配制

的要好。同标号早强型水泥比普通型水泥的抗碳化性能要好。

（2） 在施工条件允许的情况下，尽可能采用较小的水灰比。水灰比是影响混凝土碳化

的关键因素。混凝土吸收二氧化碳的量主要取决于水泥用量。当水灰比大于0.65时，其抗碳化能力急剧下降；当水灰比小于0.55时，混凝土抗碳化能力一般可得到保证。

（3）选用能够提高混凝土抗碳化能力的外加剂。如：羟基羧酸盐复合性高性能减水剂

等。

（4）采用优质粉煤灰和超掺系数。在混凝土中掺入优质粉煤灰，可提高混凝土抗碳化

能力；采用超量取代水泥方式时，只要选择配合比适中，混凝土抗碳化能力一般可得到保证。

（5）采用适量硅粉、粉煤灰共掺技术。在混凝土中采用适量硅粉、粉煤灰共掺技术，可以

大大增强混凝土密实性，提高混凝土抗碳化能力。

（6）严格控制混凝土裂缝宽度。按照现行《规范》，计算和选择配筋率，保证结构断面有

足够的构造钢筋，符合混凝土保护层最小厚度等要求。

（7）严把混凝土施工质量关。混凝土施工质量优、强度高、密实度好，则其抗碳化性能

就较强。

（8）采用涂料防护法。在混凝土表面涂刷环氧厚浆涂料、丙稀酸涂料、丙乳水泥涂料等，

可以阻止环境中二氧化碳气体向混凝土内部孔隙扩散，从而提高混凝土抗碳化能力。

结束语：

总之，砼碳化对耐久性的影响是很明显的，因此在市政道路、公路桥涵所用的砼的养护

程度一般都比房屋建筑到位。这另一方面也和施工监理的重视程度不够有关。碳化作用会使砼内部碱度降低，当碳化达到砼钢筋附近时，钢筋会因为钝化膜的破坏而受到腐蚀，在合适的湿度条件下就会加剧钢筋的锈蚀。久而久之，砼耐久性就会下降。因此施工单位应晚拆模，多养护，条件允许的话要包薄膜，涂养护液经行养护。

参考文献：

金伟良；混凝土结构耐久性设计与评估方法[J].2006

严明泽;一种智能型混凝土碳化试验箱[J];混凝土与水泥制品;2001年05期