混凝土碳化現(xiàn)象在混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在,混凝土碳化嚴(yán)重影響著混凝土的耐久性,是鋼筋銹蝕的罪魁禍?zhǔn)字,在上世紀(jì)末就引起世界各國混凝土專家們的重視,并開始相應(yīng)的研究。近年來隨著預(yù)拌混凝土的普及以及建設(shè)速度的加快,更多的混凝土碳化問題不斷顯現(xiàn),混凝土結(jié)構(gòu)碳化之快、碳化之深令人震驚,它值得每一個(gè)業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重視。

 
       一、 碳化作用機(jī)理
 
        古語云:知己知彼,百戰(zhàn)不殆,想要減少混凝土碳化對(duì)建筑的影響,就必須搞清楚碳化的來龍去脈。碳化是什么?
 
        碳化作用是指大氣中C02在有水的條件下,與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生碳酸化合物以及分解出其他反應(yīng)物的現(xiàn)象。
 
        碳化作用的實(shí)質(zhì)是混凝土失去堿性的現(xiàn)象,最初的混凝土孔隙中充滿了飽和Ca(OH)2溶液,它使鋼筋表層發(fā)生初始的電化學(xué)腐蝕,該腐蝕物在鋼筋表面形成一層致密的覆蓋物,即Fe2O3和Fe3O4,這層覆蓋物稱為鈍化膜,在高堿性環(huán)境中,即PH≥11.5時(shí),它可以阻止鋼筋被進(jìn)一步腐蝕。
 
當(dāng)混凝土碳化深度超過保護(hù)層達(dá)到鋼筋表面時(shí),鋼筋周圍孔隙液的PH值降低到8.5~9.0,鈍化膜被破壞,鋼筋將完成電化學(xué)腐蝕,導(dǎo)致鋼筋銹蝕。鋼筋一生銹,體積增大,破壞了混凝土覆蓋層,沿鋼筋產(chǎn)生裂縫。水、空氣進(jìn)入裂縫,加速了鋼筋的銹蝕。
 
從而造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的降低,碳化還會(huì)直接對(duì)混凝土材料造成破壞,并降低混凝土的耐久性?梢,混凝土的碳化對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有很大的影響。預(yù)拌混凝土普遍碳化快,尤其是混凝土板墻,有的不過兩三個(gè)月,碳化深度竟達(dá)4~6mm。
 
      二、 混凝土及施工現(xiàn)狀
 
      1、 混凝土現(xiàn)狀
 
      不論是房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目還是政府工程,普遍工期緊,基本采用汽車泵、地泵來輸送預(yù)拌混凝土,這就對(duì)混凝土的和易性、可泵性提出一定的要求。一般高層建筑的剪力墻厚度為  180~250mm,鋼筋密集,混凝土拌合物的坍落度基本在160mm以上,有的甚至為180~200mm,預(yù)拌混凝土普遍通過摻加減水劑、摻合料等來滿足施工要求。
 
混凝土中粉煤灰、礦渣粉等摻合料摻加比例越來越大,混凝土既要滿足強(qiáng)度等級(jí)要求又要有良好的和易性,以滿足泵送要求。
 
      2、 施工現(xiàn)狀
 
      有些工程由于工期緊,對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)很難到位。大部分施工單位只對(duì)混凝土澆澆水而已,若不是在冬季,很少覆蓋塑料薄膜,打完混凝土第二天樓板上就上人放線、綁鋼筋、準(zhǔn)備下一層施工,混凝土表面得不到好的養(yǎng)護(hù)和保護(hù);剪力墻混凝土更疏于養(yǎng)護(hù),而且拆模早,混凝土過早地暴露于空氣中。
 
      3、 混凝土保護(hù)層
 
      目前,高層建筑的混凝土保護(hù)層厚度一般為地下部分墻板內(nèi)側(cè)厚度為20mm,墻、梁、板臨土側(cè)厚度為40~50mm,非臨土側(cè)厚度為20~30mm,底板、承臺(tái)處厚度為40~50mm;地上部分板、墻厚度為15~20mm,梁處厚度為25mm,外露梁板處厚度為25~35mm。
 
      三、混凝土碳化影響因素
 
      大氣中結(jié)構(gòu)混凝土的碳化通常是一個(gè)緩慢過程。碳化速度取決于混凝土滲透性與大氣的CO2濃度,大體上符合費(fèi)克擴(kuò)散定律。碳化的主要因素包含以下幾點(diǎn):
 
      1、 水泥用量和水灰比
 
     在同一環(huán)境下,強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土結(jié)構(gòu)碳化深度比強(qiáng)度等級(jí)低的混凝土碳化深度小,即水泥用量多、水灰比小的混凝土碳化深度小。
 
      2、水泥品種
 
   一般說來,普通硅酸鹽水泥要比早強(qiáng)硅酸鹽水泥碳化稍快,摻混合材的水泥碳化速度更快,混合材摻量越大,碳化速度越快。摻用優(yōu)質(zhì)減水劑或加氣劑,可以大大改善混凝土的和易性,減小水灰比,制成密實(shí)的混凝土,使碳化減慢。尤其是加氣減水劑,由于抗凍性提高,可以大大改善鋼筋混凝土建筑物的耐久性。
 
      3、骨料種類
 
      混凝土中的骨料本身一般比較堅(jiān)硬、密實(shí),總的說來,天然砂、礫石、碎石比水泥漿的透氣性小,因此混凝土的碳化主要通過水泥漿體進(jìn)行。但是,在輕混凝土中,由于輕質(zhì)骨料本身氣泡多,透氣性大,所以能通過骨料使混凝土碳化。一般說來,輕混凝土比普通混凝土碳化快,需要摻用加氣劑或減水劑來減緩它的碳化速度。
 
      4、 拌合物坍落度
 
      拌合物坍落度大的混凝土比坍落度小的混凝土碳化快。
 
      5、 所處環(huán)境
 
      同一配合比、同一施工工藝、不同環(huán)境的碳化速度不同。地面以上的混凝土比地面以下的混凝土碳化快,尤其是地下封閉良好、與室外空氣接觸少的混凝土不易碳化。
 
      6、 現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)
 
      現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)不好、拆模過早的混凝土比養(yǎng)護(hù)到位、拆模晚的混凝土碳化快。用塑料膜包裹養(yǎng)護(hù)的柱混凝土基本不碳化而且強(qiáng)度高,拆掉塑料膜后碳化也很緩慢,按規(guī)定時(shí)間拆模的混凝土碳化也極小,這說明碳化與其接觸空氣早晚有關(guān)。
 
另外,混凝土養(yǎng)護(hù)僅僅靠澆水是不夠的,覆蓋養(yǎng)護(hù)很重要,板墻雖然難以覆蓋,但可以通過噴刷養(yǎng)護(hù)劑來達(dá)到養(yǎng)護(hù)的目的。比如同樣是C35或C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土墻,由于拆模后及時(shí)噴刷了養(yǎng)護(hù)劑,兩個(gè)多月的碳化值僅為0.5mm,只有表皮碳化,而同樣配合比卻沒有噴養(yǎng)護(hù)劑的其他混凝土板墻,其碳化值高達(dá)3~4mm,甚至為5mm。
 
      四、 碳化的預(yù)防與處理
 
      混凝土的碳化受環(huán)境(溫度、濕度、C02含量)、水泥用量、水灰比、摻合料和外加劑、水泥品種、骨料品種、施工工藝等綜合因素的影響,很難徹底控制住,目前還沒有一個(gè)更好、更有效的解決辦法,只能靠混凝土供應(yīng)方和施工方共同采取一些必要的措施,在不增加更多成本的情況下,盡量減少。減慢混凝土碳化的發(fā)生。
 
      1、混凝土碳化的處理
 
      混凝土碳化的程度不同,部位不同,處理方法也不同。對(duì)碳化深度過大,鋼筋銹蝕明顯、危及結(jié)構(gòu)安全的構(gòu)件應(yīng)拆除重建;對(duì)碳化深度較小并小于鋼筋保護(hù)層厚度,碳化層比較堅(jiān)硬的,可用優(yōu)質(zhì)涂料封閉;對(duì)碳化深度大于鋼筋保護(hù)層厚度或碳化深度雖然較小但碳化層疏松剝落的,均應(yīng)鑿除碳化層,粉刷高強(qiáng)砂漿或澆筑高強(qiáng)混凝土;對(duì)鋼筋銹蝕嚴(yán)重的,應(yīng)在修補(bǔ)前除銹,并應(yīng)根據(jù)銹蝕情況和結(jié)構(gòu)需要加補(bǔ)鋼筋。
 
      防碳化處理后的結(jié)果要達(dá)到阻止或盡可能減緩?fù)饨缬泻怏w進(jìn)入混凝土內(nèi)侵蝕,使混凝土內(nèi)部和鋼筋一直處在高堿性環(huán)境中。還可以使用如環(huán)氧厚漿涂料、硅粉砂漿、混凝土結(jié)構(gòu)變形縫的縫面處理的施工工藝進(jìn)行處理。
 
      2、混凝土碳化的預(yù)防
 
     碳化危害大,處理麻煩,因此最好能在施工過程中注意預(yù)防,盡量減少碳化的深度及危害。
 
      混凝土攪拌站適當(dāng)?shù)負(fù)郊訐胶狭希捎脙?yōu)質(zhì)外加劑,嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量,嚴(yán)格按混凝土配合比攪拌,控制好拌合物坍落度,在滿足泵送要求的情況下盡量減小其坍落度。
 
     施工單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土施工隊(duì)伍質(zhì)量意識(shí)教育,不要只圖進(jìn)度、不顧質(zhì)量,嚴(yán)禁向混凝土中加水,振搗要密實(shí),養(yǎng)護(hù)方法、養(yǎng)護(hù)時(shí)間及拆模時(shí)間都要嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。