混凝土碳化指混凝土中的Ca(OH)2與空氣中CO2或水中溶解的CO2或其它酸性物質(zhì)反應(yīng)變成CaCO3而失去堿性的過程。碳化后,混凝土的堿度降低,當(dāng)碳化超過混凝土的保護(hù)層時(shí),在水與空氣存在的條件下,會(huì)使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用,鋼筋容易發(fā)生銹蝕膨脹削弱混凝土對鋼筋的握裹力,嚴(yán)重時(shí),可能導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞。材料因素和環(huán)境因素以及施工因素等對混凝土自身的密實(shí)性和Ca(OH)2等堿性物質(zhì)的含量是影響混凝土碳化的最主要原因。
材料因素
(1)水泥品種
不同的水泥品種所含的包含的礦物成分不同,水泥的活性也不同,對混凝土強(qiáng)度和堿性的影響也有所不同。一般來說,早強(qiáng)型的水泥品種的抗碳化能力也較高,普通硅酸鹽水泥要比早強(qiáng)硅酸鹽水泥碳化稍快,對同一熟料的水泥來說,混合材含量越高,其活性混合材越易與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng),加速其碳化速度。
(2)水泥用量
水泥用量的增加,一方面增加混凝土中的堿含量,提高孔溶液中的PH值,提高混凝土的抗碳化性能,另一方面水泥用量越多,混凝土的密實(shí)性越高,碳化速度也就越慢,它們之間呈反比例關(guān)系。
(3)水灰比的大小
水灰比是指拌制混凝土?xí)r所用的水和水泥的重量之比,它決定混凝土的強(qiáng)度、耐久性和其他一系列物理性能的組要參數(shù);炷恋乃冶仍降,其強(qiáng)度越高,混凝土的密實(shí)程度也越高,CO2擴(kuò)散的阻力就越大。水灰比越大,混凝土的孔隙率增加,密實(shí)度降低,滲透性增大,碳化速度增大。當(dāng)水灰比從0.4增長至0.8時(shí),二氧化碳在混凝土中的擴(kuò)散能力將達(dá)到10倍,當(dāng)水灰比超過0.65時(shí),其碳化速度將大大加快,水灰比在0.55以下時(shí),碳化速度將受到一定的抑制,抗碳能力有所加強(qiáng)。龔洛書通過試驗(yàn)給出水灰比對碳化速度影響系數(shù)的公式:
對于輕骨料混凝土:η=0.017+2.06W/C
對于普通混凝土:η=4.15W/C-1.02
(4)摻合料的影響
在混凝土中摻入礦物摻合料對碳化主要有兩方面的作用:一方面,礦物摻合料等量取代水泥,降低水泥用量使水灰比增大,其礦物摻合料的活性效應(yīng)使堿含量減低,對混凝土的抗碳性能具有副作用;另一方面,礦物摻合料與水泥復(fù)合改善膠凝材料級(jí)配降低空隙率,提高密實(shí)性,具有一定的改善作用。隨著粉煤灰摻量的增加,負(fù)面影響逐漸大于正面影響,不利于混凝土抗碳化性能的提高。
(5)骨料品種及級(jí)配
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。
骨料品種和級(jí)配不同,其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)差別很大,直接影響著混凝土的密實(shí)性。材質(zhì)致密堅(jiān)實(shí),級(jí)配較好的骨料的混凝土,其碳化的速度較慢。
(6)外加劑
外加劑已經(jīng)成為現(xiàn)今混凝土不可缺少的組分,外加劑可以降低水膠比,改善混凝土的和易性,提高密實(shí)性,對混凝土的碳化具有改善作。一般來說,選用優(yōu)質(zhì)的加氣劑和緩凝劑可以加強(qiáng)混凝土的工程質(zhì)量,使混凝土發(fā)揮出更優(yōu)越的性質(zhì),從而使碳化反應(yīng)大大減低。
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環(huán)境因素
(1)濕度
混凝土碳化是液相反應(yīng),十分干燥的混凝土即一直處于相對濕度低于25%空氣中的混凝土很難碳化,在空氣濕度50%~75%的大氣中,不密實(shí)的混凝土最容易碳化。但在相對濕度95%的潮濕空氣中或在水中的混凝土反而難以碳化,這是因?yàn)榛炷梁畷r(shí)透氣性小,碳化慢。在濕度相同時(shí),風(fēng)速愈高、溫度愈高,混凝土碳化也愈快。另外,對室外淋雨環(huán)境,混凝土所處位置對碳化速度也有一定的影響。
(2)光照和溫度
混凝土碳化與光照和溫度有直接關(guān)系。隨著溫度提高,CO2在空氣中的擴(kuò)散逐漸增大,為其與Ca(OH)2反應(yīng)提供了有利條件。陽光的直射,加速了其化學(xué)反應(yīng),碳化速度加快。實(shí)驗(yàn)研究表明,CO2濃度10%,相對濕度80%的條件下,溫度40℃混凝土的碳化速度是20℃的2倍;CO2濃度5%,相對濕度60%的條件下,溫度30℃的碳化速度是10℃的1.7倍。
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施工與養(yǎng)護(hù)
(1)施工
在施工工程中,混凝土攪拌不均勻或澆筑后振搗不足都會(huì)影響混凝土的勻質(zhì)性和自身密實(shí)性。施工不當(dāng)造成混凝土內(nèi)部存在空洞、麻面等現(xiàn)象,混凝土的整體強(qiáng)度就會(huì)降低,CO2和水分滲入的可能性就大大提高,混凝土的抗碳化能力就會(huì)降低。
(2)養(yǎng)護(hù)
澆筑后的養(yǎng)護(hù)是影響混凝土密實(shí)性的一個(gè)重要因素,養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足時(shí),就會(huì)造成混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大,且大多相互連通,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起混凝土出現(xiàn)裂縫等缺陷,使水、空氣、侵蝕性化學(xué)物質(zhì)沿著粗大的毛細(xì)孔道或裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部,從而加速混凝土的碳化和鋼筋腐蝕。