钢筋混凝土桥梁碳化危害及处治措施
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摘 要：在分析混凝土碳化原因的基础上，进一步阐释了混凝土碳化对结构性能造成的危害以及混凝土碳化的影响因素，并对混凝土碳化的处治方式及技术作了介绍 。
混凝土碳化后，钢筋会产生锈蚀，导致其体积膨胀，使混凝土保护层开裂，直至使混凝土剥落，严重的影响了混凝土结构物的使用性能，造成结构物不同程度的损坏。防止混凝土的碳化或降低碳化速度，提高混凝土的耐久性。对延长混凝土建筑物的使用年限，意义重大。
一、混凝土碳化机理分析
硅酸盐水泥的主要成份是 CaO ，经水化作用后的产物为氢氧化钙（其稳定存在的PH值分别为：12.23），水化硅酸钙（其稳定存在的PH值分别为10.4），水化铝酸钙（其稳定存在的PH值分别为11.43、）水化硫铝酸钙等（其稳定存在的PH值分别为10.17）。氢氧化钙，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，形成一个 pH 值在12-13 之间的碱性环境。在水泥水化过程中，由于化学收缩 ，自由水蒸发等诸多原因，在混凝土内部形成了许多大小各异的孔隙，大气中的二氧化碳便通过这些孔隙向混凝土内部扩散，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。毛细孔周围水泥溶解的Ca2+离子 和OH- 离子，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，此时即所谓“已碳化”， 确切地说，是碳酸盐化。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。当混凝土碳化深度超过保护层达到钢筋表面时，由于氧和水汽的存在，钢筋开始生锈。一旦钢筋生锈后 ， 它的体积会明显加大。这种膨胀使钢筋混凝土构件内部产生巨大的应力，导致混凝土从内部破裂并最终散裂，使钢筋混凝土构件失去受力能力，大大缩短整个结构物的使用寿命。
二、碳化产生的危害
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，对于混凝土中的钢筋，存在两个临界PH 值，其一是PH=9.88 ，这时钢筋表面的钝化膜开始生成，或者说低于此临界值时钢筋表面不可能有钝化膜的存在，即完全处于活化状态；其二是PH=11.5 ，这时钢筋表面才能形成完整的钝化膜，或者说低于此临界值时钢筋表面的钝化膜仍是不稳定的 因此，要使混凝土中的钢筋不锈蚀，则混凝土的PH值必须大于11.5。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。钢筋一生锈，体积增大，破坏了混凝土覆盖层，沿钢筋产生裂缝。水、空气进入裂缝，加速了钢筋的锈蚀。
三、影响混凝土碳化的因素
1.材料因素。材料因素包括水灰比、水泥品种与用量、骨料品种与级配等，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。水灰比对混凝土碳化速度影响极大。水泥用量不变的情况下，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率也越大，从而促进了二氧化碳的扩散，加速了混凝土的碳化 。另外，水灰比大还会使混凝土孔隙中的游离水增多，这有利于碳化反应。有研究表明：混凝土的水灰比大于0.65时，其抗碳化能力急剧下降，水灰比在0.55以下时，混凝土的抗碳化能力基本上可以保证。水泥品种决定了单位体积混凝土中可碳化物质的含量，因而对混凝土的碳化有重要的影响 在同一试验条件下，不同水泥配制的混凝土的碳化速度大小顺序为：硅酸盐水泥
3.施工因素。施工因素主要是指混凝土的搅拌振捣和养护条件等，它们主要通过影响混凝土的密实性来影响混凝土的碳化速度。施工质量越好，混凝土强度越高，密实性越好，抗碳化能力也越强；养护方法与龄期的不同也会造成密实性和可碳化物质的不同，从而会对碳化速度产生不同的影响。
四、混凝土碳化的预防及处治措施
混凝土碳化的程度不同，部位不同，处理方法也不同。对碳化深度过大，钢筋锈蚀明显、危及结构安全的构件应拆除重建；对碳化深度较小并小于钢筋保护层厚度，碳化层比较坚硬的，可用优质涂料封闭；对碳化深度大于钢筋保护层厚度或碳化深度虽然较小但碳化层疏松剥落的，均应凿除碳化层，粉刷高强砂浆或浇筑高强混凝土；对钢筋锈蚀严重的，应在修补前除锈，并应根据锈蚀情况和结构需要加补钢筋。防碳化处理后的结果要达到阻止或尽可能减缓外界有害气体进入混凝土内侵蚀，使混凝土内部和钢筋一直处在高碱性环境中。
五、结语
混凝土碳化是混凝土耐久性的重要影响因素，工程技术人员在日常的工作中应重视并做好混凝土碳化问题的处理，尽量降低混凝土碳化问题对混凝土强度及安全性的影响，以保证混凝土结构物良好的力学性能及耐久性能。
参考文献：
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