混凝土结构的碳化耐久性研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇混凝土结构的碳化耐久性研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：提高混凝土结构的耐久性和延长使用寿命，对于我国的经济发展具有十分重要的现实意义。本文从微观方面讨论了混凝土碳化的原因，并从混凝土材料特性，设计、施工、工作环境等方面分析了各种影响因素的对混凝土碳化的影响。通过试验研究了混凝土碳化与养护时间及水灰比的关系

关键词：混凝土，耐久性，碳化，影响因素

Carbonation durability analysis of concrete structure

Gao Zhenzhou

(china construction sixth engineering bureau civil engineering co.Ltd east china branch)

Abstract: To improve the durability and extend the service life of the concrete structure, has a very important practical significance for China's economic development. The concrete carbonation problem is discussed from the micro level, and analyses impact factors of concrete material properties, design, construction, work environment on which. Through the test study the relationship between concrete carbonation, curing time and water-cement ratio.

Keywords: concrete, durability, carbonation, impact factor

中图分类号：TU528文献标识码： A 文章编号：

前言

混凝土以其在性能、施工、经济等方面的显著优点成为目前建筑工程中应用最为广泛的建筑材料之一。同时受到混凝土材料自身特点和使用环境的影响，混凝土结构目前普遍存在着严重的耐久性问题，其中一个主要问题就是混凝土结构的碳化。国内外统计资料表明，碳化会降低混凝土的碱度（pH值降低），破坏混凝土的钝化膜（pH值大于11.5是混凝土中钢筋保持钝化的前提条件），使混凝土失去对钢筋的保护作用，使混凝土内的钢筋更易产生锈蚀。锈蚀后的钢筋体积比原来的体积膨胀2~4倍，会使周围的混凝土保护层开裂，进而剥落，同时也会使钢筋的粘结力下降，断面发生缺损，此时钢筋更易受到腐蚀。产生一种恶性循环，严重影响混凝土结构耐久性。随着大气中二氧化碳浓度的不断增长以及工厂排出的废液、废渣使河川与地下水的二氧化碳浓度提高，分析混凝土碳化机理及其影响因素显得越来越重要。

一 混凝土的碳化

耐久性微观机理的研究是认识耐久性规律的基础，通过微观机理的研究，建立微观机理和宏观现象的联系，是耐久性研究的一个重要内容。

1混凝土的微观结构

混凝土材料是由水泥、粗细骨料、水及各种添加剂按照适当比例混合，通过一定的工艺成型硬化而成的人造石料。在混凝土中，水泥浆主要起到两种作用，一是粘结剂的作用，其将粗细骨料粘结在一起共同工作，此时会在粗细骨料表面生产微观初始空隙；另一个是剂的作用，减少骨料之间的摩擦，增大混凝土的和易性方便施工。水泥自身的水化反应需水量并不多，0.23的水灰比即可让水泥完全水化。但施工时水灰比常常会大于0.23，多余的水蒸发以后，会在硬化水泥浆中留下众多的毛细孔道。同时，水泥的水化产物中Ca(OH)2约占20%，其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。

在混凝土材料中，骨料表面的微观空隙，水泥浆中的毛细孔道及水化产物Ca(OH)2成为了混凝土中的薄弱环节，在混凝土结构服役以后，环境中的各种不利因素（如CO2、各种盐类物质）会通过水泥浆中的毛细孔道进入到混凝土内部，首先在这些薄弱环节产生破坏，并会加剧毛细孔道的扩大及联通，使各种不利因素的影响进一步恶化。

2混凝土的碳化机理

工作环境中的CO2首先会通过混凝土中的微观空隙、毛细孔道及气泡等路径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体中，与水泥水化产物发生反应，主要是与Ca(OH)2发生反应。

混凝土的碳化反应是在孔溶液中进行的，在毛细孔中的液体不是纯水，而是与水化浆体保持平衡的离子溶液，其中Ca(OH)2及其他物质（如C-S-H）水化产生Ca2+和OH－，CO2扩散到混凝土表层孔溶液中会生成碳酸H2CO3进而离解成H+和CO32－。(pH值较低时生成HCO3－)，然后H+离子与孔溶液中的OH－根离子反应生成H2O，CO32－与孔溶液中微量的Ca2+反应生成溶解度极低的CaCO3沉淀，导致了孔溶液中Ca2+浓度降低。此时，Ca(OH)2晶体溶解以补充被消耗掉的Ca2+，这种反应一直持续到Ca(OH)2晶体被全部消耗完毕，反应式为：

Ca(OH)2+H2O+CO2CaCO3+2H2O

当Ca(OH)2完全溶解，失去对pH值的缓冲作用后，混凝土呈中性化现象。因此Ca(OH)2的作用为提供OH－离子，使pH值不至于很快降低。混凝土完全碳化前孔溶液离子在内部保持一种平衡状态。碳化后与Na+，K+离子保持电性平衡的OH－离子变化很大，导致了碳化区和未碳化区之间产生CO32－(或者HCO3－)和OH－离子的浓度差。由于扩散效应使得OH－离子从未碳化区向碳化区迁移，而CO32－离子从碳化区向未碳化区迁移，从而使混凝土碳化从表面向内部不断发展。

3碳化反应中的氯离子

研究发现，在含有氯离子的混凝土中，碳化前氯离子在整个砂浆界面均匀分布，而随着碳化进行氯离子逐渐向内部迁移并产生浓缩现象，且碳化前沿氯离子浓度最高，达到碳化前平均浓度的2.5倍左右，而碳化区氯离子浓度减小。

这是由于如果混凝土中含有氯盐，则约占水泥质量0.4％的氯离子与C3A反应生成Friedel复盐，反应式如下：

C3A+2Cl－+Ca(OH)2+10 H2O

C3A•CaCl2•10 H2O +OH－

该复盐在混凝土中平均分布，但由于它不稳定易与CO2反应释放出氯离子，反应式如下：

C3A•CaCl2•10 H2O +3 CO2

3CaCO3+2Al(OH)3+CaCl2+7 H2O

由于碳化区游离的氯离子浓度较高，在碳化区和未碳化区就形成了氯离子的浓度差，使得氯离子从碳化区向未碳化区迁移，并在该区域重新形成Friedel复盐。随着碳化的进行，该区域发生分解又释放出氯离子，随着这样的循环过程，氯离子逐渐在混凝土碳化前沿富集。所以，含氯盐混凝土碳化时碳化前沿虽距离钢筋还有20mm时由于氯离子的浓缩，钢筋已经开始锈蚀。

4混凝土碳化的危害

新制混凝土孔隙中碱度很高（pH值可以达到14），使钢筋表面发生氧化形成一层氧化膜，此时钢筋处于钝化状态。但随着混凝土的碳化反应的发生及Ca(OH)2的溶出，使混凝土中的pH值降低时，或者有足够浓度的氯离子扩散到钢筋表面时，钢筋钝化膜将会遭到破坏。钝化膜被破坏后，钢筋就容易在有水的环境中与氧和氯离子产生电化学反应，使钢筋表面产生锈蚀。