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混凝土碳化影響因素分析

來源：砼商網作者：砼商網編輯部發布日期：Aug 19, 2015 閱讀次數：3578 收藏打印

摘要：混凝土碳化，會引起鋼筋銹蝕，導致其體積膨脹，使混凝土保護層開裂，直至使混凝土剝落，嚴重的影響了混凝土建筑物的耐久性。

混凝土的碳化作用是指大氣中的二氧化碳在存在水的條件下與水泥水化產物氫氧化鈣發生反應，生成碳酸鈣和水。因氫氧化鈣是堿性的，而碳酸鈣是中性，所以碳化又叫中性化。
碳化過程是二氧化碳由混凝土表面向內部逐漸擴散深入。碳化引起水泥石化學組成及組織結構的變化，二氧化碳的作用不僅對水泥石中的氫氧化鈣發生反應，而且由于氫氧化鈣濃度的降低，將要侵蝕和分解水泥石中所有的水化產物，生成硅膠和鋁膠，從而對混凝土的化學性能和物理力學性能產生明顯的影響，主要是對混凝土的堿度、強度和收縮產生影響。影響混凝土碳化的因素有很多，先從以下方面進行分析。

1.環境溫濕度
混凝土碳化速度受環境相對濕度影響很大。環境相對濕度的變化決定著混凝土孔隙水飽和度的大小。濕度較小時，碳化反應所需水分不足，碳化速度較慢。濕度過大時，混凝土含水率較高，阻礙了CO2在混凝土中的擴散，因此碳化速度也較慢。關于混凝土最快碳化速度的環境相對濕度范圍說法不一，一般認為應該在50%~70%之間。我國規范規定的混凝土加速碳化試驗的環境相對濕度為70%。對于混凝土的碳化來說，溫度升高將導致CO2氣體的擴散速度、離子運動速度和化學反應速度提高，這些都有助于混凝土碳化速度的提高，但同時，溫度升高將導致CO2氣體溶解度的下降，使混凝土碳化速度下降。同時有人認為，溫度變化對混凝土碳化速度的影響并不顯著。
2.水灰比
水灰比越大，碳化速度越快。由于CO2的擴散是在混凝土內部的孔隙中進行的，水灰比越大，混凝土內部孔隙率增加，混凝土越不密實，擴散系數提高，加快了碳化速度。通過長期暴露試驗發現混凝土與水灰比之間大致呈線性關系，也有資料表明，碳化深度與水灰比并非呈線性正比關系，而是近似呈指數函數關系。水泥用量直接影響混凝土吸收CO2的量，其吸收量等于水泥用量與混凝土水化程度的乘積。增加水泥用量一方面改變混凝土的工作性，提高了混凝土的密實性，另一方面還可以增加混凝土的堿性儲備，使其抗碳化性能大大增強。通過對不同水灰比的粉煤灰混凝土的研究，結果表明，粉煤灰對于混凝土的抗壓強度、氣滲性和碳化程度的影響與水灰比有著很大的關系。當低水灰比時，摻加30%粉煤灰的混凝土可以明顯改善混凝土的強度，而對氣滲性和抗碳化性能沒有太大的影響。而當水灰比較高時，粉煤灰混凝土的強度、氣滲性和抗碳化性能均有不同程度的下降。
3.礦物摻和料
普遍認為，在混凝土中摻入粉煤灰、礦渣、石灰石粉和硅灰等礦物摻合料具有活性，與Ca(OH)2反應，會降低混凝土的堿度，從而使混凝土抗碳化能力減弱。實驗人員分別對摻加礦渣、粉煤灰和硅灰的混凝土進行了實驗研究，發現摻加粉煤灰的混凝土比起未摻的混凝土碳化更深。由于摻合料的加入引起的火山灰效應，混凝土中Ca(OH)2量減少，導致碳化速度加快，這在礦渣混凝土和粉煤灰混凝土中尤其明顯。而摻加硅灰的混凝土抗碳化能力反而提升，這是由于硅灰對混凝土的孔結構有密實的作用，而這種作用比起Ca(OH)2含量的降低起到了主導的作用。他同時研究了混凝土抗壓強度和碳化性能的關系，發現強度越低，混凝土碳化深度越高，并呈線性關系。
4.養護條件
混凝土早期的養護狀況對其碳化過程有較大的影響，養護條件的不同會導致水泥水化程度的不同。一般認為，在早期溫度適宜、水分充足的環境下凝固的混凝土、水泥可以得到充分的水化，生成的水泥石更加密實，因早期養護不良而造成水泥水化不充分的混凝土，其表層滲透性增大，更容易碳化。
通過對不同施工條件下混凝土的碳化深度進行研究，發現在標準養護和薄膜加草袋養護條件下的表面砂漿層由于水化充分，加速碳化后，碳酸鈣生成的結晶體發育完整，這將有效堵塞毛細孔，使砂漿層密度加大，延緩碳化速度；而無覆蓋養護條件下的表面砂漿層中夾雜著未充分水化的硅酸三鈣和硅酸二鈣，加速碳化后形成的結晶體有很大一部分是水化硅酸鈣水并釋放出淡水，這給碳化過程的繼續創造了條件。對于混凝土中的大于50nm的毛細孔，大氣壓力下將產生毛細作用，內部的水離子團可以沿著毛細孔向外蒸發，空氣中的CO2則在負壓吸力下進入混凝土。同時，室內標準養護和現場薄膜保溫保濕試件可以很好地降低50nm以下的毛細孔數量。
5.骨料品種及顆粒級配
一般來說，混凝土中的砂和碎石都不會促進混凝土的碳化，但由于大石子的底部容易產生水泥凈漿的離析和沉淀，從而產生細小的裂縫，增加混凝土的滲透性。同時有些硅骨料會與Ca(OH)2發生堿-骨料反應，加快碳化速度。因此，級配良好、大粒徑顆粒少及性能穩定，不會發生堿-骨料反應的混凝土骨料對混凝土的抗碳化性能最有利。
骨料的品種和顆粒級配影響混凝土的密實度，從而影響碳化速度。骨料不促進混凝土碳化，在水灰比相同時，使用粒徑大的骨料比使用粒徑小的骨料容易碳化。這是因為大石子底部容易產生凈漿的離析、沉淀，從而增加了滲透性。采用級配合理的集料配制的混凝土，在其成型凝固的過程中更容易緊密結合，有助于提高混凝土的密實度，從而降低碳化速度。

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