混凝土碳化问题分析

摘要：混凝土的碳化问题已成为混凝土耐久性的重要杀手。碳化程度与对混凝土的破坏作用成正比。因此，掌握混凝土的碳化机理和防控措施在混凝土工程中越来越引起行业内工程人员的重视。

关键词：概念影响因素措施

Abstract: concrete carbonation has become a concrete durability killer. Proportional to the degree of carbonization and the damaging effects on the concrete. Therefore, grasp concrete carbonation mechanism and prevention and control measures in the concrete works has drawn increasing attention of industry engineers.Keywords: concept of impact factor measures

中图分类号：TU5

一、概念

几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。它是空气中二氧化碳与水泥中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化、使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏作用，其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，导致混凝土中钢筋锈蚀。同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。

水泥中的矿物以硅酸三钙和硅酸二钙含量较多，水泥完全水化后，生成的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%，氢氧化钙约占25%，水泥石的强度主要取决于水化硅酸钙，在混凝土中水泥石的含量占总体积的25%。

混凝土具有毛细管——孔隙结构的特点，这些结构包括混凝土成型时残留下来的气泡，水泥石中的毛细孔和凝胶孔，以及水泥石和骨料接触处的孔穴等等。此外，还可能存在着由于水泥石的干燥收缩和

温度变形而引起的微裂缝。普通混凝土的孔隙率一般不少于8%～10%。

根据已碳化完了的试件的孔隙壁及内部的取样，测定其钙化比得知，碳化反应主要发生在孔隙内壁上。但是，碳化降低了混凝土孔隙液体中pH值，碳化一旦达到钢筋表面，钢筋就会因其表面的钝化膜遭到破坏而锈蚀，随后钢筋径向膨胀，保护层顺筋开裂，最后钢筋锈蚀加剧直至结构破坏；混凝土碳化破坏了混凝土结构的表面稳定的水化生成物，碳化反应生成的碳酸钙强度较低，从而降低混凝土强度。

二、影响因素

混凝土的碳化是伴随着CO2气体向混凝土内部扩散，溶解于混凝土孔隙内的水中，再与各水化产物发生碳化反应这样一个复杂的物理化学过程。所以，混凝土的碳化速度取决于CO2气体的扩散速度及其与混凝土成分的反应性。而CO2气体的扩散速度又受混凝土本身的组织密实性、气体的浓度、环境温度、湿度等因素影响，所以碳化反应受混凝土内孔隙溶液的组成、水化产物的形态等因素的影响。具体表现如下：

内在因素：

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。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般均能提高抗渗性，减弱碳化速度，但含氯盐的防冻、早强剂则会严重加速钢筋锈蚀，应严格控制其用量。

2.骨料品种和级配。骨料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。材质致密坚实，级配较好的骨料的混凝土，其碳化的速度较慢。

3.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。在水灰比不变采用等量取代的条件下，掺料量取代水泥量越多，混凝土的碳化速度就越快。

4.水泥用量。增加水泥用量，一方面可以改变混凝土的和易性，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，碳化速度随水泥用量的增大而减少。

5.水胶比。在水泥用量一定的条件下，增大水胶比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害化学物质较多的浸入混凝土体内，加快混凝土碳化。

6.施工质量。施工质量差表现为振捣不密实，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。

7.养护质量。混凝土成型后，必须在适宜的环境中进行养护。养护好的混凝土，具有胶凝好、强度高、内实外光和抗侵蚀能力强，能阻止大气中的水分和二氧化碳侵入其内，延缓碳化速度。

外界因素

1.酸性介质。酸性气体（如CO2）渗入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，导致水泥石逐渐变质，混凝土的碱度降低，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究已证明，混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。混凝土中钢筋锈蚀的另一个重要和普通的原因是氯离子作用。氯离子在混凝土液相中形成盐酸，与氢氧化钙作用生成氯化钙，氯化钙具有高吸湿性，在其浓度及湿度较高时，能剧烈地破坏钢筋的钝化膜，使钢筋发生溃烂性锈蚀。

2.温度和光照。混凝土温度骤降，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。据检测同一结构的背阳面的碳化速度是阳面的60%～80%。

3.相对湿度。周围介质的相对湿度直接影响混凝土含水率和碳化速度系数的大小。过高的湿度，使混凝土孔隙充满水，二氧化碳不易扩散到水泥石中，过低的湿度，则孔隙中没有足够的水使二氧化碳生成碳酸，碳化作用都不易进行；当周围介质的相对湿度为50%～70%，

混凝土碳化速度最快。因此，混凝土碳化速度还取决于混凝土的含水量及周围介质的相对湿度。实际工程中混凝土结构下部的碳化程度较上部轻，主要是湿度影响的结果。

4.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。

三、措施

1.设计方面。根据水工建筑物中不同的结构形式和不同的环境因素，分别对混凝土的保护层采取不同的厚度，增加保护层的厚度，尽量避免一律采用2厘米～3厘米。

2.施工方面。限制新拌混凝土氯化物含量；采用活性掺和料和减水剂技术；严格控制施工质量，提高混凝土的密实性、均匀性、稳定性。

3.技术方面。在易碳化地区增设混凝土涂层，防止空气中的二氧化碳与混凝土作用。

参考文献：

[1]张誉,蒋利学.混凝土碳化深度的计算与试验研究[J].混凝土,1996, 4:12-17

[2]李果,袁迎曙,耿欧.气候条件对混凝土碳化速度的影响[J].混凝土,2004

[3]陈伟,陈晓宝,林延杰.论影响混凝土碳化的主要因素[J]. 建筑施工,2006,28

[4].影响混凝土碳化的主要因素分析[J].混凝土 Research and Design研究与设计,2006.8

[5]陈建国.钢筋混凝土梁的耐久性分析[D].石家庄:石家庄铁道学院,2005

[6]卢木.混凝土耐久性研究现状和研究方向[J].工业建

筑,1997,275:126

------------最新【精品】范文

混凝土碳化机理及处理措施

混凝土碳化机理及处理措施朱茂根田芝龙李建民 1 前言混凝土的强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标。现行规范对强度指标有详细的计算和试验方法，达不到指标的即为不合格产品，而对耐久性，却没有严格的衡量参数，同一强度指标的混凝土其实际耐久性可能相差很大。混凝土抗碳化能力是衡量混凝土结构耐久性非常重要的一个指标。过去由于在设计和施工时对混凝土碳化问题重视不够，导致混凝土抗碳化能力较低，造成不少建筑物的耐久性差，被迫提前加固。本文通过对混凝土碳化和钢筋去钝化物理化学反应的分析，揭示了混凝土碳化对结构破坏的机理和规律，提出了在设计和施工时对混凝土防碳化处理的建议，并提供了一些在除险加固工程中实用的防碳化处理方案。 2 混凝土碳化机理拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，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，它的PH值为12.5～13.5。空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相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。该反应式为： Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O 反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH-，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，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca（OH）2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI 等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。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。碳化后的混凝土质地疏松，强度降低。 3 混凝土中钢筋锈蚀机理最初的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，在高碱性环境中，即PH≥11.5时，它可以阻止钢筋被进一步腐蚀。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。

混凝土碳化的几点原因

1.混凝土碳化混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，而后溶解于毛细孔中的水分，与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，生成碳酸钙等产物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。 2.混凝土碳化影响因素有内在因素，也有外界因素。 2.1影响混凝土碳化的内在因素不同的水泥，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。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般均能提高抗渗性，减弱碳化速度，但含氯盐的防冻、早强剂则会严重加速钢筋锈蚀，应严格控制其用量。集料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。材质致密坚实，级配较好的集料的混凝土，其碳化的速度较慢。增加水泥用量，一方面可以改变混凝土的和易性，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，碳化速度随水泥用量的增大而减少。在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害化学物质较多的浸入混凝土体内，加快混凝土碳化。施工质量差表现为振捣不密实，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。

混凝土成型后，必须在适宜的环境中进行养护。养护好的混凝土，具有胶凝好、强度高、内实外光和抗侵蚀能力强，能阻止大气中的水分和二氧化碳侵入其内，延缓碳化速度。 2.2影响混凝土碳化的外界因素酸性气体（如CO2）渗入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，导致水泥石逐渐变质，混凝土的碱度降低，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究已证明，混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。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。混凝土温度骤降，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。

混凝土回弹与碳化深度

应该是“混凝土碳化作用”，是指碳酸气或含碳酸的水与混凝土中氢氧化钙作用生成碳酸钙的反应，正确地说，应是“碳酸化作用”，可是在国内已有通称“碳化作用”的习惯。碳化作用通常是指C02气体的作用，它不会直接引起混凝土性能的劣化，经过碳化的水泥混凝土，表面强度、硬度、密度还能有所提高。混凝土碳化作用的机理，即：碳化过程乃是外界环境中的C02通过混凝土表层的孔隙和毛细孔，不断地向内部扩散的过程。混凝土的碳化一定要有水分存在。若在毛细孔的孔壁上附着一层含有Ca(OH)2的水膜，则碳化就从带水膜的毛细孔壁开始。当环境的相对湿度为50--60％时，碳化的反应最快，可是当孔隙全部为水分所充满时，也会妨碍CO 2的扩散。CO2扩散的深度，通常用来作为评价混凝土抗碳化性能的技术参数，因为表面暴露在大气之中的混凝土，无论如何都免不了被碳化，只是碳化速度和抑制碳化进展的能力不同而已。碳化对混凝土的不利影响：混凝土碳化后强度硬度有所提高，但由于碳化一般均在结构表面，深度不大，故对整体结构强度影响不大。但是混凝土碳化后会产生体积收缩，当收缩应力超过混凝土表面抗拉强度时，会在表面产生裂缝。潮湿空气进入裂缝使裂缝处的混凝土碳化收缩，继而使裂缝向混凝土内部发展。当裂缝穿透混凝土保护层到达钢筋时，由于混凝土碱性降低，湿气锈蚀钢筋，锈蚀严重时会胀裂保护层，加速锈蚀进程，最终有可能影响结构安全。耐久性良好的混凝土应该具有一定的抗拉强度、良好的抗渗透性能及良好的体积稳定性。砼碳化指砼中的Ca(OH)2与空气中CO2或水中溶的CO2或其它酸性物质反应变成CaCO3而失去碱性的过程。砼的碳化值指砼自表面的碳化深度。它是钢筋保层厚度的依据。当砼失去碱性环境，钢筋就易锈蚀膨胀并胀裂砼，最终削弱砼对钢筋的握裹力，导至钢筋砼构件的破坏。

混凝土碳化的危害及预防措施

混凝土碳化的危害及预防措施商品混凝土的碳化是引起钢筋锈蚀影响商品混凝土耐久性的重要原因之一，为提高商品混凝土的耐久性，必须防止商品混凝土的碳化或降低碳化速度。本文论述了商品混凝土碳化的机理、危害及影响碳化的因素，并提出了防止商品混凝土的碳化或放慢碳化速度所采取的措施，为防止钢筋锈蚀，提高商品混凝土的耐久性提供了重要依据。 1概述在商品混凝土建筑工程中，商品混凝土必须是耐久性的(商品混凝土耐久性是指商品混凝土在所使用的环境中保持长期性能稳定的能力)。如耐久性能不足，就会造成结构物不同程度的损坏，一旦被损坏，所作修复工作投入的人力、物力往往是很大的;如耐久性能不足，甚至整个工程就会完全遭到破坏，给国家造成重大损失。因此提高商品混凝土的耐久性、对延长商品混凝土建筑物的使用年限，节约国家对建筑的投资，具有重要的现实意义和深远的历史意义。影响商品混凝土耐久性的因素是多方面的，而其中重要因素之一就是商品混凝土的碳化。商品混凝土碳化，会引起钢筋锈蚀，导致其体积膨胀，使商品混凝土保护层开裂，直至使商品混凝土剥落，严重的影响了商品混凝土建筑物的耐久性。因此必须采取相应措施，防止商品混凝土的碳化或降低碳化速度。 2商品混凝土碳化机理硬化的商品混凝土，由于水泥水化生成Ca(OH)2，故显碱性，PH值>12，此时商品混凝土里的钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的商品混凝土置于空气中或Co2环境中时，由于Co2的侵入，商品混凝土中的Ca(OH)2与空气中的Co2在一定湿度的范围内发生化学反应，生成CaCO3等物质，其碱性逐渐降低，甚至消失，这种化学反应称为商品混凝土的碳化。当

【混凝土】结构耐久性研究现状

混凝土结构耐久性研究现状由于钢筋混凝土结构结合了钢筋抗拉与混凝土抗压的优点，表现出良好的受力性能，成为应用最普遍最广泛的结构形式，近年对水工结构、港工结构、桥梁结构、建筑结构的大量工程调查显示，钢筋混凝土结构表现出了严重的耐久性问题，许多既有钢筋混凝土结构工程往往达不到设计使用年限就需要进行加固修复，其中耐久性的降低是一大影响因素。钢筋混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视。耐久性是指在确定的环境和维修、使用条件下，构件在设计使用年限内保持适用性、安全性的能力。钢筋混凝土结构在其使用过程中经常会受到各种各样的腐蚀和损伤，降低了构件的耐久性和结构的可靠度，导致工程的实际使用寿命往往短于设计使用年限。影响耐久性的因素，混凝土的碳化，钢筋锈蚀，混凝土的冻融，碱－骨料反应等。我国在钢筋混凝土耐久性问题上尚缺少全国性的系统资料,但从一些调查资料和发表的有关文献来看,钢筋混凝土耐久性问题也是极其严重的。中国建筑科学研究院的调查表明,我国现役工业建筑物损坏严重,其结构的使用寿命一般不能保证50年,多数在25-30年左右就必须进行大修或加固。1994年铁路部门的统计表明,我国铁路存在有病害的钢筋混凝土桥2675座,其中的722座发生裂损；仅使用20年的北京西直门立交桥,由于长期在冬季使用化冰盐,部分梁柱锈蚀严重,现己拆除重建。从发达国家所取得的经验来看,钢筋混凝土耐久性问题造成的损失己是惊人的。美国标准局(NBS)1975年的调查表明,美国每年因腐蚀造成的各种损失为700多亿美元,蚀破坏的修复费,1998年度就需要2500亿美元。英国为解决海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防护问题和修复已损伤的钢筋混凝土结构,每年耗资将近200亿英镑,而日本引以为自豪的新干线,在运行10年后也出现大面积的混凝土开裂、剥蚀现象,日本运输省曾检查了其103座混凝土港口码头,发现使用20年以上的都有大量的顺筋裂缝,目前日本每年用于房屋结构维修的费用就达400亿日元。混凝土结构耐久性降低首先起源于材料性能劣化，继而引起混凝土构件强度、刚度衰减，最后影响整个结构安全。由于客观条件，很多研究基于一般假设，如先钢筋锈蚀后加载试验，忽略荷载对混凝土力学性能劣化影响。在实际工程中绝大多数混凝土结构经受荷载和环境因素同时作用，混凝土在承受荷载时，混凝土本身力学性能退化；同时对钢筋保护作用降低，加速钢筋锈蚀，有效钢筋截面面积减小致使构件承载力降低，钢筋与混凝土黏结性能退化使得钢筋塑性不能充分发挥，降低结构延性。混凝土结构经受荷载和环境因素共同作用，荷载与环境等各因素产生的交互作用使得实际服役混凝土结构破坏过程复杂。研究荷载与环境综合作用下混凝土结构耐久性问题对实际工程更具有意义。混凝土结构在荷载与一般大气环境综合作用下，荷载对混凝土碳化影响不容忽视，混凝土碳化与荷载大小(应力水平)和荷载形式(拉、压应力)等有关。当荷载应力抑制混凝土内部微裂缝发展时，混凝土碳化减缓; 而当荷载应力扩展混凝土内部微裂缝时，混凝土碳化加速。荷载与特定大气环境( 如人工气候环境、盐雾大气环境、海洋大气环境等) 综合作用下构件耐久性研究成果甚少。张俊芝等试验研究了人工气候环境下承受荷载作用混凝土梁受压

砼防碳化处理方案

关于博恩花园四期92#楼结构砼表面碳化处理意见针对博恩花园四期92#楼8层楼层碳化深度大于2.5mm，我单位也对现场进行了勘查，从耐久性等方面考虑，在粉刷前采用环氧厚浆涂料掺细砂喷涂，不但经济、耐久也不耽误工期：1. 环氧厚浆涂料性能特点环氧厚浆涂料是由环氧基料、增韧剂、防锈剂、防锈防渗填料及固化剂等多种成份组成，适用于混凝土表层封闭。它具有以下一些特点：①、稳定性好。该涂料在大气、淡水、海水及酸碱溶液等介质中长期稳定。②、物理机械性能好。该涂料附着力强，涂层坚硬耐磨，耐热性及电绝缘性好。③、密封性能好。该涂料涂刷后能完全密闭受涂物表面，耐水、耐湿。 ④、保护周期长。使用寿命在12年以上。⑤、施工方便，适合机械喷涂。 2.施工工艺（1）表面处理混凝土表面处理是除掉混凝土上的污迹、浮物。用钢丝刷在混凝土上来回拉刷，直至除掉混凝土表面的污迹，再用高压水泵冲洗。表面处理后，对于混凝土上显露出来的裂缝、蜂窝、麻面等缺陷要先进行修补，完全补好后才能进行涂装，这样才能彻底保护混凝土。混凝土表面处理后待完全干燥后才能进行涂装。（2）涂料使用要求环氧厚浆涂料分甲、乙两组分，使用时一般按甲、乙组分比7∶1混合均匀后使用。配制量要根据需求适量配制，及时用完。（3）表面涂装环氧厚浆涂料的人工涂装方法与一般涂料相同，机械喷涂采用高压无气喷涂工艺。（4）用量环氧厚浆涂料固体组分多，挥发组分少，一般应涂刷3～4遍，厚度达到0.25mｍ左右，用量0.5～0.6kg/m2，机械喷涂一遍即可，用量一般0.6~0.8kg/㎡。 3.质量检查及验收（1）为保证施工质量，施工要由有经验的施工人员或施工前经过培训的人员进行，施工单位应设专人负责施工质量的管理与控制。（2）环氧厚浆涂料喷涂要均匀，不应有裂纹、脱皮、流淌和皱皮现象，均匀一致。（3）参加称料、配料操作人员必须责任心强。在正式大面积施工前，必须要作试验并进行操作演练。

水工混凝土碳化危害、预防及处理

水工混凝土碳化危害、预防及处理（钟汉华） https://www.360docs.net/doc/ba10919317.html, 时间：2007年10月26日 16:51 来源：《中国水利水电市场》2007年9 期放大缩小打印 [摘要] 混凝土碳化是混凝土建筑物普遍存在的不可忽视的问题。水工建筑物混凝土结构普遍碳化深度较深，超过钢筋保护层厚度处较多，结构钢筋普遍锈蚀，有些部位甚至有锈水渗出，直接影响这些建筑物的安全度。本文介绍混凝土碳化的概念、碳化机理、预防措施、处理方法。 [关键词] 混凝土碳化耐久性预防处理 1. 混凝土碳化概念混凝土的碳化又称为混凝土的中性化，几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。混凝土碳化本身对混凝土并无破坏使用，其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜(钝化膜)遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，使混凝土中钢筋锈蚀，同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。根据湖北省水利水电工程检测研究中心对省内30多个工程碳化检测成果来看，五、六十年代修建的水工建筑物混凝土结构普遍碳化深度较深，一般为20～60mm，最大甚至超过90mm，远均超过钢筋保护层厚度，结构钢筋普遍锈蚀，有些部位甚至有锈水渗出。这些建筑物的安全度普遍较低。 2. 混凝土碳化机理混凝土碳化是在潮湿环境下渗入混凝土体内部的CO2与水泥石中的Ca（OH）2发生中和反应,降低混凝土中的碱度的过程。

水泥中的矿物以硅酸三钙和硅酸二钙含量较多，约占总重的75%，水泥完全水化后，生成的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%，氢氧化钙约占25%，水泥石的强度主要取决于水化硅酸钙，在混凝土中水泥石的含量占总体积的25%。混凝土具有毛细管—孔隙结构的特点，这些毛细管—孔隙包括混凝土成型时残留下来的气泡，水泥石中的毛细孔和凝胶孔，以及水泥石和骨料接触处的孔穴等等。此外，还可能存在着由于水泥石的干燥收缩和温度变形而引起的微裂缝。普通混凝土的孔隙率一般不少于8~10%。混凝土的碳化是伴随着CO2气体向混凝土内部扩散，溶解于混凝土孔隙内的水中，再与各水化产物发生碳化反应，生成碳酸钙等产物。混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。水泥石中各水化产物稳定存在的pH值如表1（略）。当混凝土细孔溶液中pH值低于表1（略）中所示值时,各物质开始进行分解。在混凝土的细孔溶液中，存在较多的是K+、Na+和与之平衡的OH-。Ca2+的浓度很低。但是，这样的溶液在碳酸的作用下，由于碳酸盐中CaCO3的溶解度是最低的，所以CaCO3有选择性地首先沉淀，这是为了补充溶液中Ca2+的不足，固相中的Ca（OH）2 溶解。有的学者指出水与空气的存在是混凝土发生碳化的先决条件。根据已碳化完了的试件的孔隙壁及内部的取样，测定其钙化比得知，碳化反应主要发生在孔隙内壁上。水泥的水化产物对CO2 具有吸收与缓冲能力，在该能力丧失之前，碳化反应进行，直到缓冲能力丧失，CO2 气体再一步向混凝土内部扩散。所以，碳化是呈阶梯状进行的。混凝土的碳化结果，使凝胶孔和部分毛细管可能被碳化产物CaCO3 等堵塞，混凝土本身的抗渗性和强度会有所提高。但是，碳化降低了混凝土孔隙液体中pH值，碳化一旦达到钢筋表面，钢筋就会因其表面的钝化膜遭到破坏而锈蚀。钢筋开始锈蚀后，随后钢筋径向膨胀，保护层顺筋开裂，最后钢筋锈蚀加剧直至结构破坏；混凝土碳化破坏了混凝土结构的表面稳定的水化生成物，碳化反应生成的碳酸钙强度较低，从而降低混凝土强度。同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土产生裂缝,从而破坏建筑物。 3.混凝土碳化影响因素由上可知，混凝土的碳化是伴随着CO2 气体向混凝土内部扩散，溶解于混凝土孔

混凝土碳化的几点原因

混凝土碳化的几点原因集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-

1.混凝土碳化混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，而后溶解于毛细孔中的水分，与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，生成碳酸钙等产物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。 2.混凝土碳化影响因素有内在因素，也有外界因素。 2.1 影响混凝土碳化的内在因素不同的水泥，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。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般均能提高抗渗性，减弱碳化速度，但含氯盐的防冻、早强剂则会严重加速钢筋锈蚀，应严格控制其用量。集料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。材质致密坚实，级配较好的集料的混凝土，其碳化的速度较慢。增加水泥用量，一方面可以改变混凝土的和易性，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，碳化速度随水泥用量的增大而减少。在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害化学物质较多的浸入混凝土体内，加快混凝土碳化。施工质量差表现为振捣不密实，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。

混凝土碳化问题

混凝土碳化深度目录介绍混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中ＣＯ２气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ｃａ（ＯＨ）2＋ＣＯ2＝ＣａＣＯ3＋Ｈ2Ｏ。水泥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（碱性氧化膜）。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。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，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。混凝土碳化对我们的影响影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同；其次，影响混凝土碳化主要还与周围介质中ＣＯ2的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止，所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因；再次，在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还将决定于水中是否存在影响Ｃａ（ＯＨ）2溶解度的物质，如水中含有Ｎａ2ＳＯ4及少量Ｍｇ2＋时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有Ｃａ（ＨＣＯ3）2的Ｍｇ（ＨＣＯ3）2对抵抗溶出侵蚀则十分有利。因为它们在混凝土表面形成一种碳化保护层；另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝土的过度振捣、混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。混凝土碳化破坏的防治,对于混凝土的碳化破坏，我们在施工中总结出了一系列治理措施：一是，在施工中应根据建筑物所处的地理位置、周围环境，选择合适的水泥品种；对于水位变化区以及干湿交替作用的部位或

混凝土碳化深度与处理措施

目录一、碳化作用机理 (2) 二、影响商品混凝土碳化的因素 (2) 三、商品混凝土碳化的预防措施 (5) 四、混凝土碳化处理措施 (6)

混凝土碳化的影响因素及其预防措施商品混凝土碳化是影响商品混凝土耐久性的一个重要因素。本文对商品混凝土碳化的影响因素及其预防措施进行了总结。从商品混凝土本身的密实度和碱性大小的角度考虑，商品混凝土的碳化受材料、环境和施工等因素的影响。降低水灰比、优化配合比设计、加强养护和增加保护层厚度可以提高商品混凝土的抗碳化能力。一、碳化作用机理空气中CO2渗透到商品混凝土内，与其碱性物质发生化学反应生成碳酸盐和水，使商品混凝土碱度降低的过程称为商品混凝土碳化，也可称为中性化，其化学反应为： Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O 水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使商品混凝土空隙中充满了饱和C a(OH)2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Fe 2O3和Fe3O4，称为钝化膜。碳化本身对商品混凝土没有破坏作用，其主要危害是由于碳化会降低商品混凝土的碱度。当碳化超过商品混凝土的保护层时，在水与空气同时存在的条件下，钢筋开始生锈。钢筋锈蚀产生的体积膨胀将导致钢筋长度方向出现纵向裂缝，并使保护层脱落，进而使得构件的截面减小、承载能力降低，最终将使结构构件破损或者失效。二、影响商品混凝土碳化的因素影响商品混凝土碳化最主要的因素是商品混凝土本身的密实度和碱性大小，即商品混凝土的渗透性及其Ca(OH)2含量。影响商品混凝土碳化的因素主要分为三个方面：材料因素、环境因素和施工因素。 2.1 材料因素材料因素包括水灰比、水泥品种与用量、掺合料、外加剂、骨料品种与级配、商品混凝土表面覆盖层等等，主要通过影响商品混凝土的碱度和密实性来影响商品混凝土的碳化速度。 2.1.1 水灰比水灰比是决定混凝土性能的重要参数，对混凝土碳化速度影响极大。众所周知，水灰比基本上决定了混凝土的孔结构，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率就越大。混凝土中的气孔主要有胶孔、气孔和毛细孔。胶孔的半径很小，CO2分子很难自由进出；CO2扩散均在内部的气孔和毛细孔中进行。因此水灰比一定程度上决定了CO2在混凝土中的扩散速度，水灰比越大，孔隙率越高，CO2的扩散越容易，混凝土碳化速度越快。另外，水灰比大会使商品混凝土孔隙中的游离水增多，一定程度上也有利于碳化反应。研究结果表明：当水灰比大于0.65时，碳化深度会急剧加大。国内外进行了大量的快速碳化试验和长期暴露试验来研究水灰比与混凝土碳化速度的关系。得到碳化速度与水灰比的关系，暴露试验给出了碳化速度系数与水灰比的表达式：

混凝土碳化影响因素及减缓措施

混凝土碳化影响因素及减缓措施摘要：所谓混凝土的碳化，是指水泥石中的水化产物与周围环境中的二氧化碳作用，生成碳酸盐或其他物质的现象。碳化将使混凝土的内部组成及组织发生变化，使得混凝土结构内部环境由强碱性变为弱碱性，破坏钢筋表面的钝化膜，导致钢筋锈蚀，严重的将导致混凝土结构的保护层剥落。关键词：混凝土；碳化；保护层 1.混凝土碳化影响因素 1.1材料因素：材料因素包括水灰比、水泥品种与用量、掺合料、外加剂等，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。（1）水灰比水灰比W/C是决定混凝土孔结构与孔隙率的主要因素，其中游离水的多少还关系着孔隙饱和度(孔隙水体积与孔隙总体积之比)的大小，因此，水灰比是决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的主要因素之一。水灰比增加，则混凝土的孔隙率加大，CO2有效扩散系数扩大，混凝土的碳化速度也加大。水灰比在正常施工条件下，混凝土的碳化速度随水灰比减小而降低。此外，龚洛书最早通过试验给出了水灰比对碳化深度的影响系数拟合公式，碳化深度随水灰比的变大而线性升高。（2）水泥品种和水泥用量用矿渣水泥的混凝土比同水灰比的普通混凝土碳化程度快10%~20%。水泥用量越大，则单位体积混凝土中可碳化物质的含量越多，消耗的CO2也越多，从而碳化速度越慢。在水泥用量相同时，掺混合材料的水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量减少，且一般活性混合材由于二次水化反应还要消耗一部分可碳化物质Ca(OH)2，使可碳化物质含量更少，故碳化速度加快。因此，相同水泥用量的硅酸盐水泥混凝土的碳化速度最小，普通硅酸盐水泥混凝土次之，粉煤灰水泥、火山灰质硅酸盐和矿渣硅酸盐水泥最大。同一品种的掺混合材水泥，碳化速度随混合材掺量的增加而加大（3）粉煤灰掺量在硅酸盐水泥混凝土中，掺入粉煤灰有正负两方面的作用，一方面由于水泥用量减少，水化反应生成的可碳化物质减少，碱储备降低，抗碳化能力降低。另一方面，粉煤灰的二次水化填充效应可显著改善混凝土的孔结构，提高混凝土的密实性。

混凝土回弹与碳化深度

综述：碳化深度过深会降低混凝土的碱性，影响结构的耐久度。碳化就是混凝土中的Ca(OH)2和空气中的CO2反应生成CaCO3和水的过程。碳化深度主要与水灰比和周围环境有关。一般说来，水泥用量一定的时候，水灰比越大，碳化越快。当水灰比一定的时候，水泥用量越少，碳化越快。从碳化的定义我们可以看出如果水泥用量多的话，混凝土中的Ca(OH)2就多碱性就越强，越不容易碳化。还有就是周围的环境，CO2的浓度及湿度。非常潮湿和非常干燥的时候，混凝土都不易碳化。太湿可以隔离CO2与Ca(OH)2的反映，太干CO2无法结合到水生成H2CO3（碳酸），混凝土也不会碳化。回弹检测混凝土强度是以混凝土的表面硬度来推断混凝土强度的.碳化会增大混凝土表面硬度，所以回弹判定其强度时需要检测碳化深度进行修正。一、混凝土碳化机理及原因 1、混凝土碳化机理拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，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，它的PH值为12.5～13.5。空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相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。

该反应式为：Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O 反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH-，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，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca（OH）2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。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。 2、混凝土碳化原因混凝土的主要成分有水泥、粗细骨料、水以及外加剂。水泥掺与混凝土的拌合中，水泥中主要成分是CaO，经水化作用后生成Ca(OH)2 ，混凝土的碳化，是指混凝土中的Ca(OH)2与空气中的CO2起化学反应，生成中性的碳酸盐CaCO3 。未碳化的混凝土呈碱性，混凝土中钢筋保持钝化状态的最低（临界）碱度是PH 值为11.5，碳化后的混凝土PH值为8.5～9.5。碳化使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，使混凝土对钢筋的保护作用减弱。当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。钢筋锈蚀后，锈蚀产生的体积比原来膨胀2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，锈蚀越严重，铁锈越多，膨胀力越大，最后导致混凝土开裂形

SCL混凝土防碳化技术

SCL混凝土防碳化技术 SCL混凝土防碳化技术一、防碳化处理设计混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中二氧化碳渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化。根据混凝土结构碳化原理，对现有已经发生碳化混凝土结构，水泥品种是无法改变的，那么，要控制混凝土进一步碳化，就是控制它周围介质环境条件，即二氧化碳浓度及湿度大小。故将SP202高徽浆与SP201混凝土保护剂相结合的方法对混凝土进行防碳化处理。 SP201混凝土保护剂是一种高科技、环保型、无毒液凝胶剂，其作用于混凝土上，渗透入混凝土深度达5—50mm，与混凝土中的游离物质产生化学反应，生成稳定的枝蔓状晶体胶质，能有效地堵塞混凝土内部毛细空隙，使混凝土结构具有持久的防水功能和更好的密实度，同时还能有效的阻止酸性物质、氯离子等对混凝土的侵蚀。对结构露筋，风化剥落部位除去松脱层，用SP202高徽浆进行修补。然后进行全面防碳化处理。 1 / 9 二、施工方法 1)施工工序流程基层处理→涂刷SP202高徽浆→ SP201混凝土保护剂制备→ SP201混凝土保护剂施工→养护→检查验收 2)施工工艺 a.基层处理：在喷涂SP201混凝土保护剂之前，混凝土表层必须进行清洁处理，把粉尘、浮浆、混凝土上的脏污、油渍清洗干净，裂缝处需作修补。对于混凝土缺陷，包括蜂窝麻面、孔洞、裂缝，需要采用SP202高徽浆修补。

b.S P201混凝土保护剂制备：SP201混凝土保护剂为单组份液体，不需要混合搅拌，使用之前，要充分摇匀，不要与其他溶液和流质物稀释。 c.S P201混凝土保护剂施工：采用喷射器喷涂施工，细部采用刷子、辊筒涂抹。SP201混凝土保护剂的喷涂垂直面要从底部开始，并做到均匀。喷涂第二遍SP201混凝土保护剂前，要待第一层混凝土表层晾干后方可进行，相隔时间一般为16-24小时。喷涂完SP201混凝土保护剂第二遍之后，需确保混凝土有自然养护时间达16小时以上。 d.养护：工作环境条件为摄氏4.5-35度之间。表层温度在摄氏1.6-32度之间，若表层温度高于设施32度，需要在使用SP201混凝土保护剂之前洒水。三、材料简介高徽浆SP202 1）产品说明高徽浆SP202是一种高性能水泥基聚合物复合材料，含有独特的共聚成分，在水泥中引起交叉反应链形成聚合物——水泥水化物的互传网络结构，产生化学与机械结合的内聚力与附着力，提高了拉伸强度和粘结强度，涂覆在混凝土表面并与之牢固粘结形成高强坚韧耐久的保护层，是一种单组份、干粉状高耐久性的新型保护封闭材料。 2）使用范围广泛适用于水利水电、港口、隧道、桥梁及其它工业与民用建筑等钢筋混凝土结构的防碳化、防渗、防水、防腐等，提高结构使用寿命。如冷却塔、渡槽、水闸、大坝、桥梁、蓄水池、污水处理池、混凝土电杆等工程。特点 a)良好的粘结强度与粘结能力，可涂刷在多种建筑材料表面； b)抵抗大气侵蚀，抗紫外线照射、耐磨损、耐裂； c)优良的抗渗性和耐水性，能在立面和潮湿基面上进行操作； d)具有良好的防水和密封性能，防止外界雨水对结构的侵蚀； e)良好的抗有害气体，如二氧化碳、氧气、盐雾等的渗透性能，防止混凝土碳化化；

沿海混凝土耐久性研究综述

沿海混凝土耐久性研究综述四川建筑科学研究 SichuanBuildingScience 第33卷第1期 2007年2月沿海混凝土耐久性研究综述钟亚伟,李固华 (1.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031: 2.铁道第二勘察设计院,四川成都610081) 摘要:处于海洋环境中的混凝士结构普遍存在腐蚀问题.氯盐的侵蚀引起钢筋锈蚀是导致沿海工程混凝士结构破坏的主要原因.本文作者概述了氯离子侵蚀的破坏机理,混凝士耐久性测试与评定方法以及寿命评估,并提出有关防腐措施.对设计,施工及维护方面具有较好的参考意义. 关键词:沿海混凝土;氯离子;耐久性中图分类号,TU528.33文献标识码:A文章编号:1008—1933(2007)O1.0090—06 Reviewofresearchonconcreteformarineworksdurability ZH0NGYawei.LIGuhua' (1.SchoolofCivilEngineeringSouthwestJiaotongUniversity,ChengdOU610031,China; 2.TheSeeendRailwaysSurveyandDesigninstitute,Chengdu610081.China) Abstract:Concretestructuresunderoceanenvironmentsgenerallyfacethecorrosionproble ms.Corrosionofsteelreinforcementby chlorineionisthemostsignificantcause$ofdeteriorationofreinforceconcretestructuresinm arineenvironment.Thedestructive mechanismofcorrosionunderchlorineenvironment,thedurabilitytestandassessmentmeth odsofconcreteformarineworkswere

混凝土碳化的影响因素及应对措施

混凝土碳化的影响因素及应对措施钱大伟戴炜（宿迁市建设工程质量检测中心有限公司）【摘要】本文先介绍了混凝土的碳化机理，然后分三个方面详细研究了混凝土碳化的影响因素，最后给出了相应的防碳化措施。【关键词】混凝土；碳化；影响；措施 1 前言混凝土的强度和耐久度是混凝土结构的两个重要指标，随着技术的不断进步，人们从片面追求混凝土的高强度转移到重视混凝土结构的耐久度上来。混凝土抗碳化能力是衡量混凝土结构耐久性的一个重要指标。抗碳化能力差的混凝土构件，会引起钢筋的锈蚀，导致混凝土结构破坏，减少建筑物的使用寿命。随着经济的发展，温室效应越来越显著，大气中CO2浓度越来越高，大量处于暴露环境中的混凝土结构物面临的碳化问题越来越严重。因此，研究混凝土碳化的影响因素及应对措施就显得尤为重要。 2 混凝土的碳化机理混凝土的基本组成材料为水泥、水、砂和石子，其中硅酸盐水泥熟料矿物主要由硅酸三钙和硅酸二钙组成，在拌合混凝土时，它们与水发生如下的化学反应： 2（3CaO·SiO2）+6H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2 2（2CaO·SiO2）+4H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2 由上可知，硅酸盐水泥的主要水化产物为水化硅酸钙和Ca(OH)2 ，其中Ca(OH)2 在水中的溶解度极低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液，它的 PH值为12.5～13.5，这种高碱性的环境有利于保护钢筋，相当于在钢筋周围产生了一层“保护膜”，使其免遭锈蚀。由于施工过程中的种种原因，混凝土内部存在许多大小不一的毛细孔、孔隙、气泡、甚至缺陷，因此形成的混凝土实际是一个含固相、液相、气相的非均匀物质，于是环境中的二氧化碳气体便通过这些无法避免的缺陷，渗透到毛细孔和孔隙中，与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2 进行中和反应，其化学方程式如下： CO2+ H2O ＝H2CO3 Ca(OH)2+H2CO3＝CaCO3+2H2O 反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca+2和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，一直到孔溶液中的PH值降为8.5～9.0 时]1[，这层毛细孔才不再进行这种中和反应，即所谓“已碳化”，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。这些反映使混凝土中的碱度降低，破坏钢筋周围的 “保护膜”，这样就会加速钢筋的锈蚀，因锈蚀就会引起体积膨胀使混凝土覆盖层遭受破坏，从而发生沿钢筋界面出现裂缝以及混凝土覆盖层剥落等现象。 3 混凝土碳化的影响因素经上所述，碳化对钢筋混凝土结构有不利影响，必须对其影响因素进行全面的了解以采取积极有效的预防措施。混凝土碳化速度取决于混凝土的密实度及其碱储备量，混凝土的密实度越大，碱储备量越多，其抗碳化能力越强。影响混凝

混凝土碳化研究现状_武俊曦

四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第37卷第6期2011年12月收稿日期：2010-06-10作者简介：武俊曦（1977－），男，陕西西安人，工程师，主要从事建筑施工工作。 E －mail ：wujunxi1977@126．com 混凝土碳化研究现状武俊曦1 ，王艳 2 （1．陕西建工集团第三建筑工程有限公司，陕西西安710054；2．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055）摘要：混凝土碳化是一个非常复杂的物理化学过程，国内外众多学者分别从碳化机理、影响碳化的因素、碳化深度预测模型等方面，对这个问题进行了深入研究。本文对这些成果进行了总结与分类，在此基础上提出了尚存在的问题，并对混凝土碳化研究发展方向进行了展望。关键词：混凝土；碳化；碳化速度；碳化深度中图分类号：TU528文献标识码：B 文章编号：1008－1933（2011）06－202－03 0前言 Mahta 教授在题为《混凝土耐久性———50年进展》的主旨报告中指出：“当今世界，混凝土破坏原因，按重要性递减顺序排列是钢筋腐蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用”。因此，钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性的主要因素之一。而混凝土碳化又是引起钢筋锈蚀最主要的原因。20世纪60年代，国际上一些发达国家就开始重视混凝土结构的耐久性问题，对混凝土碳化进行了大量的试验研究及理论分析。国内从20世纪80年代开始研究混凝土碳化与钢筋锈蚀问题，通过快速碳化实验、长期暴露实验及实际工程调查，研究混凝土碳化的影响因素与碳化深度预测模型。经过40多年的研究，国内外对混凝土碳化机理与影响因素已经有了深刻的认识，并提出了很多种碳化深度的计算模型。1混凝土碳化机理的研究混凝土碳化是一个非常复杂的物理化学过程，国内外很多学者从不同的角度对这个问题进行了深入研究。普通水泥混凝土水泥熟料的主要矿物成分是硅酸三钙C 3S （3CaO ·SiO 2）、硅酸二钙C 2S （2CaO ·SiO 2）、铁铝酸四钙C 4AF （4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3）和铝酸三钙C 3A （3CaO ·Al 2O 3），另外，还有少量的石膏C SH 2（CaSO 4·2H 2O ）等。其水化产物为氢氧化钙（约占25%）、水化硅酸钙（约占60%）、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等，充分水化后，混凝土孔隙水溶液为氢氧化钙饱和溶液，其pH 值约为12 13，呈强碱性。在水泥水化过程中，由于化学收缩、自由水蒸发等多种原因，在混凝土内部存在大小不同的毛细管、孔隙、气泡等，大气中的二氧化碳通过这些孔隙向混凝土内部扩散，并溶解于孔隙内的液相，在孔隙溶液中与水泥水化过程中产生的可碳化物质发生碳化反应，生成碳酸钙。混凝土碳化的主要化学反应式如下［1］：Ca （OH ）2+CO 2→CaCO 3+H 2O 3CaO ·2SiO 2·3H 2O +3CO 2→3CaCO 3·2SiO 2 ·3H 2O 3CaO ·SiO 2+3CO 2+γH 2O →SiO 2·γH 2O +3CaCO 3 2CaO ·SiO 2+2CO 2+γH 2O →SiO 2·γH 2O +2CaCO 3 文献［2］研究表明，混凝土孔溶液中绝大多数组分为Na + ， K +和与其保持电性平衡的OH –，Ca 2+含量微乎其微， Ca （OH ）2大部分是以晶体存在的。当CO 2扩散到混凝土孔溶液，并分别与Na + ， K +，Ca 2+反应生成Na 2CO 3，K 2CO 3，CaCO 3。由于Na 2CO 3，K 2CO 3溶解度大，孔溶液中的Na + ，K +浓度不会发生变化，除非这些溶液干燥时达到过饱和析出晶体；而孔溶液中的Ca 2+与CO 2－ 3发生反应生成溶解度极低的CaCO 3，并沉积在孔壁表面，导致孔溶液中Ca 2+ 浓度降低，因此Ca （OH ）2晶体继续溶解，并补充孔溶液中失去的Ca 2+ 浓度。Ca （OH ）2晶体逐渐溶解而碳化反应过程中CaCO 3晶体逐渐增多，这种循环反应一直进行到Ca （OH ）2晶体完全溶解和消耗为止，此时混凝土pH 值降低，混凝土发生中性化现象。混凝土孔溶液的pH 值越高，CaCO 3溶解度越小，孔溶液中发生中性化反应之后Ca 2+ 的浓度减少得也越多， Ca （OH ）2晶体的溶解速度也越快。随着中性化过程的继续，孔溶液的pH 不断降低， Ca （OH ）2晶体的溶解速度也会减慢，碳化速度相应会有一些降低。另外，由于碳化反应的主要产物碳酸钙属非溶解性钙盐，比原反应物的体积膨胀约11.6%［3］，因 2 02