浅析水工建筑物混凝土碳化及防治

浅析水工建筑物混凝土碳化及防治

孙明

山东安澜工程建设有限公司 山东聊城 252000

摘要：本文通过对水工建筑物混凝土的碳化破坏机理及影响因素分析，提出了水工建筑物混凝土碳化破坏的防治措施，原则上应以防重于治，采取切实的治理措施，以延长工程的使用寿命。

关键词：水工；混凝土；碳化机理；防治措施

近年来，随着国家对水利工程的重视程序越来越高，水工建筑物也越来越多，做为水工建筑物的主要构成材料—混凝土，也成为制约水工建筑寿命的主要因素之一。如山东东平湖林辛分洪闸始建于1968年，虽于1977年～1979年进行了改建，到2016年许多混凝土构件已产生很多裂缝，钢筋裸露；又如陕西省宝鸡峡灌区韦水倒虹管桥大梁混凝土碳化剥落严重，最大碳化深度达到5-6cm，出现了大面积的漏筋锈蚀现象等等。因此，研究影响混凝土碳化的原因，找出重要的影响因素，提出控制影响混凝土碳化因素的防治措施成为日益重要的课题。

1、混凝土碳化破坏机理

混凝土并不密实，内部存在大大小小的孔隙、毛细管、气泡等缺陷，这些缺陷构成细小的通道。水工混凝土特别是暴露在空气中的混凝土，当空气中的二氧化碳参透到混凝土内部的孔隙、毛细管、气泡中，与水泥水化产物中的氢氧化钙、硅酸二钙、硅酸三钙等发生物理化学反应，生成碳酸盐和水等其他物质，进而使混凝土中的碱含量降低。这个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＝ＣaａＣＯ3↓＋Ｈ2Ｏ。

混凝土中碱含量减少，生成的碳酸盐含量增多，造成混凝土内部密实度变差，进而产生钢筋锈蚀、混凝土裂缝增多、耐久性变差等现象。

2、混凝土碳化影响因素

2.1原材料

2.1.1水灰比

①水灰比的大小在一定程度上決定了混凝土的密实度，水灰比越大，混凝土硬化后孔隙越多，与空气中二氧化碳的接触面越大；

②随着水灰比的増大，二氧化碳在混凝土中扩散的能力越强，有研究表明，水灰比与碳化深度存在数学函数关系：

K=12.1W/C

W/C—水灰比

2.1.2水泥用量

水泥用量影响混凝土的密实性，水泥用量越多，混凝士的密实性越好，混凝土内部的孔隙越少，与二氧化碳接触的面积越小，混凝土碳化的程度就越小。重要的是，水泥用量越大，水泥中的碱含量越大，孔隙溶液中PH值越高，使混凝土中部分碳化后生成的碳酸钙沉淀浓度会减少，改善了混凝士的密实性。

2.1.3掺合料

混凝士中加入粉煤灰、矿粉等掺合料，掺合料中有大量的活性物质替代部分水泥参与水化过程，与水泥水化产物中的二氧化碳发生反应，这个过程不仅滅少了水泥用量，而且大大降低了混凝土的碱度，加入的掺合料也掺与了水泥的二次水化反应生成的水化产物再次填充了混凝士内部孔隙，混凝土的整体性再次提高。

2.1.4外加剂

外加剂的品种多种多样，每一种外加剂中的活性物质也不相同，掺入不同的水泥中，产生的抗碳化效果也不一样。优质的外加剂与相适应的水泥结合使用，可以在一定程度上减少混凝土的用水量，增加混凝士整体密实性，使混凝土发挥最优越的性质，降低碳化反应。

2.2环境因素

2.2.1湿度

空气的相对湿度对混凝土中二氧化碳的扩散速度有決定性的影响。如果混凝土中二氧化碳的湿度较大，混凝士中的水份较多，混凝士孔隙中的水份阻碍了空气中的二氧化碳在混疑土孔隙中的扩散，使二氧化碳与混凝土的接触面积变小，減缓混凝土碳化速率。

2.2.2温度

温度的高低也同样影响了混凝土的碳化。从物理知识分析，环境温度越高，离子的运动速度越快，二氧化碳在混凝土中运动的速度也会加快。一般来说，温度上升了10℃，化学反应的速度会提高两倍。

2.3施工因素

搅拌、振捣和养护条件等施工因素决定了混凝士土的密实程度，也影响了混凝土的碳化性能。搅拌充分均匀、振捣密实、保温保湿、恒温养护等措施，能减少混凝土中出现裂缝、孔洞、疏松等情况，減少了混凝土碳化的可能性。养护条件对混凝士水化产物的生成和混凝土内部孔隙的大小也有重要的影响，一般来说，普通混凝土蒸汽养护比一般自然养护的碳化速度高1.5倍。

3、混凝土碳化的防治

混凝土碳化的防治可从以下几方面入手：

3.1是在混凝土施工中应根据不同情况选择含有不同矿物成份和不同性能的水泥、骨料和外加剂，从材料方面确保混凝土的耐久性；

3.2是严格混凝土制作配合比，一定要根据结构类型和所处的环境条件，试验确定关键参数，主要是降低混凝土的水灰比，水泥水化所需水分仅为其重量的25%左右，若水量增加，多余的水就会游离析出，产出孔隙，饱和后易受冻胀破坏；

3.3是掺入引气型外加剂是提高混凝土抗冻性最有效的途径之一；

3.4是人为地优化建筑物混凝土构件周围的环境条件，以减少或改善致使混凝土碳化的各种不利因素。

4、工程实例

在山东东平湖林辛分洪闸除险加固中，针对闸墩、闸室底板等碳化部位混凝土，采用丙乳砂浆进行修复补强。

4.1材料要求

4.1.1水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，砂子过2.5mm筛，水泥及砂子均从商砼站取样并送检合格。

4.1.2丙乳砂浆配合比：灰砂比1:1；灰乳比1:0.25；水灰比1：0.16。

4.1.3打底和最后刷面层采用的丙乳净浆配合比为1kg丙乳加2kg水泥搅拌成浆。

4.2施工过程：

施工步骤：人工凿毛→基面清理→放线分格→洒水润湿→丙乳砂浆拌制→均匀甩浆→丙乳砂浆分层抹压→养护。

为了避免混凝土凿除过程中对原有构建破坏，采用电镐、风镐的方法进行人工凿毛清理，对混凝土表面开裂、松散、剥落的部位凿除至露出原混凝土新鲜界面。

对有碳化的混凝土进行凿毛清理后，用高压水枪冲洗干净，要求做到毛、潮、净，先用丙乳净浆进行甩浆打底，做到涂抹均匀，待达到一定强度后，进行丙乳砂浆甩浆，每层厚度控制在5mm左右。抹压时采用倒退法进行，即加压方向与刚建砂浆层前进方向相反，要求丙乳砂浆层密实，表面平整光滑，砂浆铺筑到位后，用力压实，随后抹面，向一个方向抹平、压光。一昼夜后，洒水养护七天。

4.3修补效果

修补处理后，经检测结构强度达到了质量标准，而且缩短了工期，满足了设计要求。

5、结束语

本文简要概括了水工建筑物混凝土碳化成因及其防治的主要措施。我们的原则应该是防重于治，首先应根据混凝土所处的环境，合理进行配合比设计（水泥品种的选择、Ｗ/Ｃ的限制、外加剂的选用等等）；其次是严把施工质量关，加强工程运行中科学管理，发现碳化破坏及时采取防范保护和修补措施，以达到或延长水工建筑物的使用寿命。

参考文献：

［１］《JGJ T 23-2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规范》

［２］黄国兴，陈改新．水工混凝土建筑物修补技术及应用［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，2000

［３］王秘学，宋为群，周启.水土混凝土渗透处理［J］.人民长江，2007，38（2）：34-36.

［４］张承志．建筑混凝土［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１