混凝土产生碳化的质量问题与防治措施

混凝土产生碳化的质量问题与防治措施

陈辉

陈辉（溧水县建设工程质量监督站）

摘要：混凝土产生碳化，对钢筋混凝土结构的耐久性有着很大的影响。本文针对混凝土碳化的危害性，提出防治混凝土碳化的主要措施，供同仁参考指正。

关键词：混凝土；碳化；防治措施

一、混凝土碳化的机理

混凝土的碳化就是混凝土中的氢氧化钙在大气中二氧化碳的作用下，逐渐变成碳酸钙，混凝土由原来的碱性变为中性的过程。由于氢氧化钙是一种易溶于水的物质，当混凝土与水接触时，氢氧化钙就会溶解析出，从而降低了混凝土的碱性，暴露于空气中的混凝土，将遭受大气中二氧化碳的作用（实际上是碳酸的作用）。由于裂隙和毛细孔对二氧化碳的引导，混凝土由表及里逐渐失去碱性，碳化到一定的深度，钢筋则会失去保护而产生锈蚀。

试验研究表明，由于空气和水的长期作用，混凝土逐渐被碳化，钢筋混凝土中的钢筋逐渐失去碱性钝化膜的保护，产生电化学腐蚀而生锈。由于锈层的体积比原来的体积增大2.0～2.5倍，从而使钢筋的混凝土保护层遭受破坏，严重的会发生沿钢筋界面出现裂缝及混凝土保护层被剥落等现象，而这又会进一步促进钢筋的腐蚀。这样，由于混凝土保护层开裂和剥落、钢筋与混凝土的粘结破坏、钢筋因锈蚀而有效断面逐渐减小，使混凝土的结构承载能力与设计所具有的功能不断削弱，最终导致钢筋混凝土结构遭到破坏。

二、防止混凝土碳化的主要措施

1、选择抗碳化能力强的水泥品种

不同品种的水泥，其主要矿物成分、掺合料品种及其掺量不同，其水化物中碱性物质含量也有较大的差异，故对混凝土的碳化速度也有很大影响。如普通硅酸盐水泥中掺加了不超过15%的活性混合材料，硅酸盐水泥中未掺加混合材料，而在矿渣硅酸盐水泥中掺加20%～70%的粒化高炉矿渣，以上三者相比，硅酸盐水泥熟料含量最多，水化反应后碱度较高，碳化速度较慢，普通硅酸盐水泥次之，矿渣硅酸盐水泥抗碳化能力最差。

因此，在工程施工中，应根据抗碳化能力的设计要求，优先选择抗碳化能力较强的水泥品种，如快硬早强硅酸盐水泥、硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。

2、掺加适量的外加剂

如今，在混凝土中掺加适量的外加剂，改善混凝土的某些性能，已成为混凝土发展的趋势。但是，若外加剂中含有大量氯离子，不仅不能减轻混凝土的碳化，而且会使钢筋的电化学腐蚀作用明显加剧。经过用阳极极化电位法和干湿循环加速腐蚀法对减水剂进行鉴定，我国目前生产的NF、SM、NNO、NC、木钙等减水剂，其氯离子含量均在1%以下，掺加后可以大大改善混凝土的和易性，减小水灰比，提高抗渗性和抗冻性，制成密实的混凝土，其碳化速度比不掺加减水剂的基准混凝土有明显减慢。

据科学试验得知，在水泥用量保持不变，降低水灰比的情况下，在混凝土中掺人0.25%的SM减水剂或3.5%的NC减水剂，其抗压强度可以提高20%～40%，碳化速度可以相应减缓10%～30%。如果在减水剂中再加入一定量的阻锈剂(如亚硝酸钠)，则钢筋混凝土中钢筋产生锈蚀的危害将明显减轻，混凝土整体的耐久性将明显提高。

3、改善混凝土的使用环境

混凝土凝结硬化之后，由于多余水分的蒸发，会留下许多微细的孔隙，因此硬化混凝土中的含水状态关系其透气性的大小，混凝土的碳化速度随环境条件而异。常置于干燥环境中混凝土碳化速度较快，而处于湿润环境中的混凝土碳化速度较慢，长期处于潮湿环境中的混凝土的碳化速度会更慢。

实测结果表明，当相对湿度为90%、70%、50%时，混凝土的碳化速度的平均比率为0.6：1.0：1.4。根据对有关工程60年的混凝土碳化试验的实测得知，室外的混凝土碳化深度为20mm，而室内的混凝土碳化深度在50mm以上，个别甚至达到100mm。由此看采，当环境湿度基本相同时，大气中二氧化碳的浓度是影响混凝土碳化速度的重要因素。据试验研究证明：混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比关系。因此，在条件允许的情况下，适当增大使用环境的湿度，减少二氧化碳的含量，是减缓混凝土碳化的一项重要措施。

4、严格控制混凝土的水灰比

混凝土的抗碳化能力大小与其强度有着密切的关系，混凝土的强度愈高，其抗碳化能力愈强，而混凝土的水灰比大小，又是影响混凝土强度高低的重要指标。试验研究表明：在水泥用量能够满足混凝土和易性要求的正常情况下，影响混凝土碳化速度的主要因素是水灰比（见表所示）

水灰比与碳化速度的关系

水泥品种矿渣硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥

水灰比（W/C）0.420.480.530.420.480.53

快速碳化28d（mm）10.9518.2527.8210.3214.6021.58

由表中可以看出：在水灰比相同的条件下，采用不同的水泥品种，其碳化的深度不一样；在选用同一品种水泥的情况下，混凝土的碳化深度随着水灰比的增大而增大，大约水灰比每增加0.01，快速碳化28d的深度增加8%～12%。因此，为对钢筋进行有效的保护，应在满足混凝土施工和易性要求的前提下，尽量采用较小的水灰比。

5、加强混凝土的养护，提高施工质量

加强混凝土的早期养护，也是提高混凝土抗碳化能力的措施之一。如果混凝土的早期养护不良，其表层水泥的水化反应不充分，则将使其透气性增大，碳化速度也随之加快。根据试验得知：采用水灰比为0.60的矿渣硅酸盐水泥混凝土，湿养护3d的碳化速度，比湿养护7d者快50%，比湿养护28d快90%。

混凝土施工的质量如何，直接影响着混凝土的密实度、强度和耐久性，加强混凝土的振捣，是提高混凝土施工质量的有效措施。混凝土如果振捣不充分，会造成密实性降低，使混凝土出现蜂窝、麻面、裂缝等质量缺陷，从而加快了碳化的速度。试验研究证明：混凝土的密实度小，其内部的孔隙则大。孔径小于500A0的孔隙对强度影响很小，孔径大于1000A0时的孔隙对强度有害；孔径小于1000A0对抗渗性影响很小，孔径大于1000A0时，对抗渗性有害。强度、抗渗性、抗碳化性是密切相关的基本性能，当孔径大于1000A0时，对抗碳化性也有很大的危害。如果采用水灰比为0.50的普通硅酸盐水泥混凝土，再加上加强振捣等措施，使混凝土的表观密度达到2460～2500kg/m3，则孔径完全可以小于1000A0，加速碳化28d的深度不超过12mm，室外暴露50年的碳化深度不超过8mm。

6、在混凝土表面设置保护层

在混凝土结构表面设置保护层，在一定程度上可以阻滞二氧化碳的渗透，从而减轻混凝土的碳化。根据工程的实践经验，实际应用较为理想的防护涂料有：呋喃环氧树脂涂料（FAEP）、585#不饱和聚酯涂料、ES丙烯酸脂共聚乳液等。另外，如石灰乳化沥青质涂料，其密封效果也较好，暴露5年后，碳化速度仍不明显。利用防护涂料对混凝土的表面进行封闭，防止腐蚀介质的侵入，已取得了成功的经验。所用的防护涂料应当具有以下特点：①有较强的粘结强度，保证涂层能牢固地粘附于混凝土的表面；②有一定的适应变形的能力，不易发生开裂和脱落的质量问题；③有较好的气密性，能有效地阻止腐蚀介质的渗透；④材料价格较低，并且易于施工。