砼碳化對鋼筋結構質量的影響與防治

劉碧霄

摘 要：科技的進步，促進工程建設事業得到快速發展?；炷潦墙ㄖ┕ゎI域極為常見的材料類型，有著廣泛的市場，但由于材料本身質量不合格以及工程建設環節的人為失誤等原因，導致混凝土碳化問題嚴重，進而影響了混凝土結構的性能。本文就砼碳化對鋼筋結構質量的影響與防治展開探討。

關鍵詞：混凝土;碳化;鋼筋銹蝕;修補方法

碳化是空氣中的二氧化碳與水泥石中的堿性物質相互作用的很復雜的一種化學過程。在某些條件下，砼的碳化會增加其密實性，提高砼的抗化學腐蝕能力。但由于碳化會降低砼的堿度，破壞鋼筋表面的純化膜，使砼失去對鋼筋的保護作用，給砼中鋼筋銹蝕帶來不利影響。同時，砼碳化還會加劇砼的收縮，這些都會導致結構的破壞。所以，碳化對鋼筋砼結構的耐久性有很大影響，從而影響結構的質量。

一、砼碳化破壞機理

砼是一個多孔的結構，其內部存在許多的孔隙、氣泡缺陷，具有一定的滲透性。因而在空氣接觸時，空氣中的二氧化碳首先滲透到砼內部充滿空氣的孔隙和毛細管中，而后溶解于毛細管中的液體，與水泥水化過程中產生的氫氧化鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣等水化產物相互作用，形成碳酸鈣晶體和水。一方面，水份蒸發后必然導致砼體積縮小。另一方面，形成碳化層砼的PH值約為9左右。當PH<10時，鋼筋的氧化層迅速破壞，在潮濕和氧存在的條件下，鋼筋產生銹蝕。

二、混凝土碳化原因

混凝土是一種多孔材料，內部含有毛細管、孔和氣泡。當空氣中的二氧化碳進入到混凝土孔隙及毛細管中并進行溶解，氫氧化鈣、硅酸三鈣和磷酸氫鈣等物質會形成水泥的中間產物碳酸鈣，最后碳化。換句話說，污染物中的酸性氣體與二氧化碳充分接觸，即使二氧化碳的體積遠遠大于酸性氣體，但是二氧化碳是弱酸。所以，形成的氣體進入到混凝土表面時，堿性物質會比酸性物質先發生反應，酸性氣體如二氧化硫、鹽酸等會氫氧化鈣進行中和反應。

三、碳化作用的危害

碳化作用主要引起鋼筋砼結構的表面損壞，它是大氣中二氧化碳侵入砼的結果。一般情況下，碳化深度與時間的平方根成正比。因此，表面砼迅速碳化，然后其碳化速度由表及里下降。碳化速率還取決于水泥的用量和它的滲透性。因此，對于碳化對鋼筋結構的破損來說，主要是碳化引起的鋼筋銹蝕而使體積膨脹及砼表面收縮，并對周圍的砼產生拉應力，當超過砼的抗拉極限時，造成砼結構開裂，從而降低結構的強度和耐久性。

四、混凝土碳化對鋼筋的影響

混凝土本身對鋼筋是有保護作用的，因為混凝土的存在會是鋼筋經過化學反應后有一個純化膜，如果混凝土碳化，就會破壞這層保護膜，鋼筋在水和氧氣的作用下很快發生腐蝕，性能直線下降。詳細的過程如下所示;未碳化的混凝土呈堿性，混凝土中鋼筋保持鈍化狀態的最低堿度是pH值為11.5，碳化后的混凝土pH值為8.5～9.5。碳化現象的出現，導致混凝土的堿度直線下滑，且會同時使得孔溶液中氫離子數目增多，這酒削弱了其對鋼筋的保護效果。當碳化程度遠遠大于混凝土保層，一旦與水、空氣等物質接觸便會發生化學反應，出現鋼筋被銹蝕的問題。生銹了的鋼筋，其體積會成倍上升，形成較大的膨脹應力，進而引起混凝土出現裂縫的問題。通過裂縫，水和CO2能夠直接進入內部，反過來加快碳化和鋼筋銹蝕速度。

五、破損面修補處理方法

（一）準備工作

修補處理前的準備工作主要包括兩個方面。一是破損面的清理;二是修補材料的選用。首先必須清除疏松的砼，可以用切割出淺槽劃定清理范圍，以便形成到此為整齊而規則的邊緣。再用沖擊工具對疏松砼進行清除，深度至少10mm，應保證暴露鋼筋受腐蝕的全部范圍，并能夠對鋼筋進行清理。若鋼筋直徑較小時，通常是去掉鋼筋周圍的砼，徹底清洗鋼筋。修補材料可采用水泥基材料。因為水泥基材料不僅能為鋼筋提供堿性的環境，使鋼筋表面形成一層純化膜，而且施工質量易于保證，費用也較低。

（二）水泥用量和水灰比

碳化的速度與密實性緊密相關，密實性能越好，相對碳化的速度也就越慢。水灰比小的混凝土密實性較好，碳化的速度就比水灰大的速度慢，相同條件下，水灰小的抗碳化能力也較好。一般施工采用的加大水泥用量的方法可行性并不高，反而是合理的設計水灰比和保護層厚度，才能夠從根本上解決混凝土結構的問題。再加上后期的保養和維護，混凝土的碳化問題就能得到延緩，這也就延長了混凝土的耐久性，提高了使用性能。

（三）修補方法

修補工作應分若干層施工。首先在砼表面涂以粘結層。粘結層材料可采用兩份水泥對一份聚合物（如丙稀酸乳液）。在粘結層尚處于潮濕狀態時，就應立即進行第一層修補材料的施工。修補材料通常是1：2.5或1：3的水泥砂漿。也可在水泥砂漿中摻入10%的聚合物外加劑，這樣可改善修補材料的粘結力及提高修補砂漿的變形能力。每一層的施工厚度一般不超過20mm。對于修補表面要求光滑的結構，在最后一層施工中必須采用細砂。實踐證明，砼碳化破損面的修補是一項難度很大的施工內容。同時，其修復后的性能也很難完全滿足原有的性能及質量要求。因此，對碳化作用，應從防止入手。首先應選擇抗碳化性能好的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，并有足夠的水泥水量。在施工時，應采用機械震搗，以保證砼的密實性。有條件時，可采用表面涂層或表面覆蓋層的方法，隔絕砼與大氣的直接接觸。在設計方面，可適當增加保護層的厚度，使其厚度大于50mm，保護鋼筋免遭銹蝕。采用水泥基材料修補時，應盡可能避免采用加熱養護以加速砼硬化。當采用自然養護時，應按有關規定，經常灑水養護，以減水份蒸發和表面裂縫。

（四）做好混凝土碳化的預防與處理工作

在事前預防方面，由于碳化危害大，處理麻煩，因此最好能在施工過程中注意預防，盡可能地控制碳化的程度和威脅性。在對混凝土進行攪拌處理時，可以根據施工現場實際需要適當增加摻合料，借助外加劑的作用，全部材料質量滿足施工需要。攪拌時要對材料配比做合理把握，把控好拌合物的坍落度，在達到泵送條件的前提下盡可能降低坍落度。建設單位需要做好施工人員的日常培訓和素質教育工作，幫助其掌握防止碳化、提升鋼筋耐久性求的基本技巧和理論知識。在事后處理方面，由于不同混凝土結構可能會出現差異化的碳化現象，產生碳化的位置不同，其處理技術也應該是多元化的。對于深度超常的碳化，會形成嚴重的鋼筋銹蝕問題，此時需要對可能危機建筑安全的關鍵結構元件進行拆除處理。對于深度不大且在鋼筋保護層厚度范圍內的碳化現象，其碳化層往往相對堅固，施工人員可以直接用涂料進行封閉處理。而對于某些鋼筋被大范圍、深度銹蝕的部分，則需要在修補前做妥善的除銹處理，并且根據實際情況適當加補鋼筋。

六、結語

碳化是空氣中的二氧化碳與水泥石中的堿性物質相互作用的很復雜的一種化學過程。在某些條件下，砼的碳化會增加其密實性，提高砼的抗化學腐蝕能力。但由于碳化會降低砼的堿度，破壞鋼筋表面的純化膜，使砼失去對鋼筋的保護作用，給砼中鋼筋銹蝕帶來不利影響。同時，砼碳化還會加劇砼的收縮，這些都會導致結構的破壞。所以，碳化對鋼筋砼結構的耐久性有很大影響，從而影響結構的質量。

參考文獻：

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