混凝土碳化

混凝土碳化姓名：张凯旋专业：建筑与土木工程学号：20159080557目录•1.混凝土碳化的概述•2.混凝土碳化的机理•3.混凝土碳化的影响•4.造成混凝土碳化的影响因素•5.混凝土碳化深度的检测1.混凝土碳化概述：•狭义碳化：碳化是特指潮湿空气中的二氧化碳扩散侵入混凝土与氢氧化钙反应生成碳酸钙的反应，又称碳酸盐化。•广义碳化：凡是能与Ca(OH)2进行中和反应的一切酸性气体，如SO₂,SO₃,H₂S或气态HCL等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化又可叫中性化。•注意：化学侵蚀中，“碳酸气”和“含碳酸的水”与混凝土中的氢氧化钙作用机理和效果是不一样的，不能叫做碳化。在水下的混凝土是不受碳化作用的。水中溶解的二氧化碳与混凝土的作用是一种侵蚀作用，效果是形成碳酸氢钙被溶出，属溶性破坏。2.混凝土碳化机理：3CaO•SiO2+3.1H2O→1.7CaO•SiO2•1.8H2O+0.3Ca(OH)2•混凝土具有毛细—孔隙结构的特点，包括混凝土成型残留的小气泡，水泥石中的毛细孔和凝胶孔，以及水泥石和集料接触处的孔穴等。此外还可能有水泥石干燥收缩和温度变形引起的微小裂缝。•大气中的CO2通过孔隙向混凝土内部扩散并在孔隙水中溶解，固态Ca(OH)2在孔隙水中溶解并向其浓度低的区域(已碳化区域)扩散；溶解在孔隙水中的CO2与Ca(OH)2发生化学反应生成CaCO3；同时，C-S-H凝胶(又称水化硅酸钙CaOx•SiO2•(H2O))y、AFt(钙矾石C3A•3CS•H32)等水化物也在固液界面发生碳化反应：Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O(氢氧化钙)3CaO•SiO2•3H2O+CO2→3CaCO3+2SiO2+3H2O(水化硅酸钙)3CaO•Al2O3•3CaSO4•32H2O+3CO23CaCO3+2Al(OH)3+3CaSO4•H2O+23H2O(钙矾石)由此可见，混凝土碳化是在混凝土的气相、液相、固相中进行的一个十分复杂的多相物理化学连续过程。•3.混凝土碳化的影响：•混凝土碳化反应产生的CaCO3和其他固态产物堵塞在孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔减少，从而减弱了后续的CO2扩散，并使已碳化混凝土则密实度与强度提高。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，碳化使混凝土脆性变大，但总体上讲，碳化对混凝土力学性能及构件受力性能的负面影响不大。＊碳化会引起混凝土收缩（碳化收缩），容易会使混凝土的表面产生细微的裂缝。•水泥中的矿物质以硅酸二钙(2CaO•SiO2)和硅酸三钙(3CaO•SiO2)含量较多，约占总重75%。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。•当商品混凝土的pH值＜12时，钢筋的钝化膜就不稳定，当pH值＜11.5时，钢筋的钝化保护膜就遭破坏，钢筋的锈蚀便开始进行＊混凝土中pH值降低＜9，导致钢筋脱钝而锈蚀。钢筋腐蚀会对结构受力产生影响钢筋锈蚀体积膨胀，钢筋与商品混凝土交界面上会产生钢筋锈胀力，导致商品混凝土产生顺筋裂缝，甚至使商品混凝土保护层剥落，使构件截面有效面积减小，更重要的是使钢筋与商品混凝土间粘接性能退化；同时由于钢筋锈损，其截面面积减小，延性降低,力学性能退化，使结构或构件受到不同程度的损伤。商品混凝土中钢筋锈蚀会使构件的承载力下降，使结构的性能劣化，更为甚者结构遭到破坏。•在桥梁、码头、水利工程和工业厂房等钢筋混凝土结构物中,混凝土的碳化效应非常常见。据调查:华南地区18座海港码头中,因碳化效应而引起的工程破损率占89%，湛江25万吨级油码头,建成仅7年就因混凝土碳化钢筋锈蚀而遭到破坏。对于水利工程，据调查:沧州地区沿海60、70年代建造的10座中、小型闸和桥无一幸免，混凝土不同程度地爆裂，露筋现象随处可见，有的钢筋已经锈断，建筑物有摇摇欲坠之感。工业厂房、交通桥梁等钢筋混凝土结构物因混凝土碳化使建筑物严重受损的例子也很多。•大量实例证明,因碳化效应而引起建筑物过早地损伤和破坏的现象，愈演愈烈,因此而付出的财力物力将是巨大的。有资料表明:在英国因碳化效应而需要修复或重建的工程占36%；美国洲际公路网56万座桥梁，混凝土碳化效应率达40%，每年此项耗资达500亿美元；瑞士联邦公路局统计,对3000座桥梁进行检测和维修，每年耗资达8000万欧元。•混凝土碳化处理的工程措施：•碳化处理方法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。•4.影响混凝土碳化的因素：•混凝土碳化的影响因素有很多，主要分为内部和外部因素。•内部因素：•①水泥品种不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有重要影响。②外加剂:掺减水剂、引气剂均能有效降低混凝土碳化速度。硅酸盐水泥≤普通硅酸盐水泥≤粉煤灰水泥、火山灰水泥和矿渣水泥•③集料品种和级配•集料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响混凝土的密实性。连续级配、颗粒粒径小的骨料，会使混凝土致密坚实，从而使混凝土碳化速率减缓。•④磨细矿物掺料的品种和数量•如具有活性水硬性材料的掺料，其不能自行硬化，但能与水泥水化析出的氢氧化钙或者与加入的石灰相互作用而形成较强较稳定的胶结物质，使混凝土碱度降低。•⑤水泥的用量•这是因为增加水泥用量，一方面可以改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实性：另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，使其抗碳化性能增强。水泥用量越大，混凝土碳化速度越慢。⑥水灰比：水灰比增加，混凝土的碳化速度加快。在水泥用量一定条件下，增大水灰比，混凝土孔隙率增加，密实度降低，渗透性加大，空气中的水分及有害化学物质较多的侵入混凝土内部，从而加快混凝土碳化。决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的主要因素之一；•⑦表面覆盖层:含可碳化物质的覆盖层(水泥砂浆)，主要通过消耗其中可碳化物质以延缓CO2侵入混凝土速率；不含可碳化物质覆盖层（沥青、涂料、瓷砖等），因其结构致密，能封堵混凝土表面部分开口孔隙，从而延缓碳化速度。•⑧受力状态:•压应力不超过0.7fc(fc为混凝土的抗压强度)时，压应力对碳化起延缓作用；压应力超过0.7fc时会使碳化速度加快；拉应力不超过0.3ft(ft为混凝土的抗拉强度)时，应力作用不明显；当拉应力超过0.3ft时，应力越大，碳化速率越快。•⑨施工质量•当施工质量较差时，振捣不密实，造成混凝土强度低、蜂窝、麻面、空洞多，为大气中的二氧化碳和水分的渗入创造了条件，加速了混凝土的碳化。•⑩养护质量•混凝土成型后，必须在适宜的环境条件下进行养护。养护好的混凝土具有胶凝好、强度高、内实外光和抗侵蚀性能力强，能阻止大气中的水分和二氧化碳侵入内部，延缓碳化速度。保湿养护龄期越长，混凝土碳化速率越慢。•外部因素：•①二氧化碳浓度及环境湿度•影响碳化速度的主要环境因素是二氧化碳浓度及环境湿度。•二氧化碳浓度越高混凝土碳化速率越快。•在相对湿度50%的环境中，碳化速度最快；相对湿度越高或越低碳化速率都越低。•“当相对湿度达到100%时，或是相对湿度小于25%时，碳化基本停止进行”•②温度和光照•混凝土温度骤降，使其表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面便会开裂，导致形成裂缝或逐渐脱落，为二氧化碳和水分渗入创造了条件，加速混凝土碳化。•阳面混凝土温度较背阳面混凝土温度高，二氧化碳在空气中的扩散系数较大，为其与氢氧化钙反应提供了有利条件，阳光的直接照射，加速了其化学反应和碳化速度。•③冻融和渗漏•在混凝土浸水饱和或水位变化部位，由于温度交替变化，使混凝土内部孔隙水交替地冻结膨胀和融解松弛，造成混凝土大面积疏松剥落或产生裂缝，导致混凝土碳化。•渗漏水会使混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面结成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，其结果是严重降低混凝土强度和碱度，恶化钢筋锈蚀条件。材料因素水灰比降低水灰比＋＋水泥品种与用量硅酸盐水泥、充足水泥用量＋＋骨料粒径与级配小粒径、级配良好＋外加剂减水剂、引气剂＋养护方法与龄期早期湿养，延长养护时间＋＋混凝土强度提高强度＋施工质量充分振捣，填充密实＋＋环境因素温、湿度中等湿度、高温度－－CO2浓度降低浓度－－表面覆盖层致密、足够厚＋受力状态高应力作用－－5.混凝土碳化深度检测与预测方法1)检测方法X射线法:通过X射线衍射仪，直接测量出混凝土中不同深度处水泥石所含氢氧化钙与碳酸钙晶体的含量，判断出混凝土受碳化情况。可同时测得完全碳化与部分碳化深度，适用于实验室精确测量。化学试剂法:利用不同化学试剂在不同pH值环境下的颜色变化，测出混凝土碳化深度。常用1%浓度的酚酞酒精溶液，以pH＝9为界线，已碳化区呈无色，未碳化区呈粉红色。混凝土快速碳化试验通过实验室快速碳化试验，确定碳化速度方程，以此为混凝土结构耐久性分析提供依据。常压、低浓度快速试验高压、高浓度快速试验试件：100×100×400mm棱柱体，标准养护28天；预处理：温度60℃烘干48h，除成型时两侧面，其余各面用石蜡密封；碳化条件：温度20±5℃，相对湿度70±5%，二氧化碳浓度20±3%；碳化深度测试：3、7、14、28d混凝土试件劈裂，用1%浓度的酚酞乙醇溶液喷于断裂面，每边测量多点距离，取平均值即为碳化深度值。1)试验方法：《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB-T50082-2009)谢谢