1、碳化機(jī)理

在硅酸鹽水泥中，碳化鈣屬于最基礎(chǔ)也是關(guān)鍵的成分，對(duì)混凝土進(jìn)行拌和時(shí)，混凝土?xí)驗(yàn)樗磻?yīng)而產(chǎn)生氫氧化鈣，氫氧化鈣在水中幾乎無(wú)法溶解，除了會(huì)有極小的一部分在孔隙液里呈堿性溶液外，大部分還是以結(jié)晶形式保留下來(lái)，最終成為孔隙液保持高堿性的一個(gè)條件，其pH值為12.5～13.5。在空氣里的二氧化碳不斷的透入進(jìn)混凝土中尚未完全充水的毛細(xì)孔道里，進(jìn)而使氣相逐漸的擴(kuò)散至內(nèi)部已經(jīng)完成充水的毛細(xì)孔道中，并與其中蘊(yùn)含的氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)，產(chǎn)生碳化鈣和水，因?yàn)樘蓟}很難發(fā)生溶解，所以大多會(huì)以原狀態(tài)的形式積沉在毛細(xì)孔中。

上述反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O，當(dāng)上述反應(yīng)完成之后，處在毛細(xì)孔附近的水泥石會(huì)通過(guò)其中蘊(yùn)含的羥鈣石補(bǔ)充溶解，變成正二價(jià)的鈣離子及負(fù)一價(jià)的氫氧離子，然后反向的擴(kuò)散至孔隙液里，和再次擴(kuò)散來(lái)的氣體（二氧化碳幾乎占據(jù)全部）進(jìn)行反應(yīng)，直到孔隙液的pH值穩(wěn)定在8.5～9.0后才會(huì)終止，這種中和反應(yīng)就是人們經(jīng)常提及的“已碳化”。準(zhǔn)確地講，碳化應(yīng)當(dāng)被稱作碳酸鹽化。

不僅如此，只要是能夠與氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)的偏酸性的氣體，如二氧化硫與三氧化硫以及硫化氫甚至還包括有氯化氫等氣體，在理論層面上均能夠發(fā)生上述中和反應(yīng)，從而使混凝土堿度在一定程度上降低，所以也可以把混凝土碳化的推廣叫做“中性化”。一旦混凝土表層出現(xiàn)了碳化現(xiàn)象，在空氣里的二氧化碳就會(huì)再次通過(guò)未完全充水的孔道向著更深的層次做氣相擴(kuò)散，導(dǎo)致碳化反應(yīng)在極深處也會(huì)出現(xiàn)。在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)之后得到了碳化深度的修正系數(shù)，詳情見表1。

回彈強(qiáng)度：每一處彈16點(diǎn)，將其中最高以及最小的三個(gè)數(shù)剔除，對(duì)剩余數(shù)值取平均值，同時(shí)按照相對(duì)應(yīng)的數(shù)值來(lái)做換算。

2、出現(xiàn)碳化的原因

混凝土里，外加劑、水泥與水還有粗細(xì)骨料等都是其中最常見的成分，拌和水泥的過(guò)程中，水泥中氧化鈣是最主要的成分，其在發(fā)生了水化反應(yīng)之后就會(huì)形成氫氧化鈣，而氫氧化鈣與空氣里的二氧化碳相遇之后也同樣會(huì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而形成中性的碳酸鹽-碳酸鈣，這一個(gè)過(guò)程就是所謂的混凝土碳化，假如混凝土沒(méi)有出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，其必然會(huì)展現(xiàn)出堿性性質(zhì)，想要讓混凝土中的鋼筋長(zhǎng)期保持鈍化狀態(tài)，就需要使堿度pH值維持在最低（臨界）的11.5，假如混凝土出現(xiàn)碳化反應(yīng)，其pH值便會(huì)處于8.5～9.5。混凝土因?yàn)樘蓟瘯?huì)降低自身的堿度，隨著孔溶液里氫離子含量的增加，混凝土對(duì)鋼筋具有的保護(hù)效果也會(huì)隨之大幅下降，假如碳化率大于了混凝土保護(hù)層的面積，在空氣及水并存的環(huán)境下，鋼筋逐漸氧化生銹，鋼筋受到侵蝕后體積會(huì)比之前膨脹2～4倍，從而讓混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力效應(yīng)。隨著銹蝕情況不斷加重，鐵銹便會(huì)愈積愈多，膨脹力也會(huì)隨之變大，慢慢的讓混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象進(jìn)而產(chǎn)生順筋裂縫。水及二氧化碳會(huì)通過(guò)裂縫滲入到混凝土中，再次加快混凝土碳化與鋼筋銹蝕的速度，最終形成一個(gè)惡性循環(huán)。

1、環(huán)境因素

混凝土碳化是一個(gè)液相反應(yīng)過(guò)程，假如混凝土長(zhǎng)時(shí)間處在低于25%相對(duì)濕度的空氣環(huán)境里，很難發(fā)生碳化；而處于空氣濕度為50%～75%空氣環(huán)境中的混凝土，由于結(jié)構(gòu)不夠密實(shí)所以很容易發(fā)生碳化，假如混凝土長(zhǎng)期處于相對(duì)濕度在95%甚至是以上的環(huán)境中反而不容易發(fā)生碳化，出現(xiàn)這種情況的原因主要是由于混凝土內(nèi)部含有大量水分時(shí)，往往具有較弱的透氣性，因此使得碳化的速度減慢，而在同等濕度下，風(fēng)速越高，溫度便會(huì)隨之升高，進(jìn)而混凝土碳化速度也會(huì)加快。假如空氣里二氧化碳濃度越高混凝土碳化的速度也會(huì)越快。

2、原材料的種類

常狀況下，強(qiáng)硅酸鹽型水泥的碳化速度要慢于普通的硅酸鹽水泥，而且在有些水泥當(dāng)中還會(huì)摻加一些混合材料進(jìn)一步加快了碳化速度，隨著混合材料比重的增加，碳化的速度也會(huì)愈來(lái)愈快。通過(guò)添加高質(zhì)量的減水劑及加氣劑，能夠極大地優(yōu)化混凝土具有的和易性，從而讓水灰比慢慢減小，進(jìn)而制作成密實(shí)型混凝土，最大程度的減緩碳化速率。除此之外，因?yàn)榧託鉁p水劑具有較強(qiáng)的抗凍性，如果將其摻入到混凝土中，便可以讓材料的建筑耐久性得到最大程度的提升。

3、水灰配比

凝土碳化的速度和自身透氣性之間存在著直接的聯(lián)系，通常情況下混凝土透氣性愈小，碳化的速率就會(huì)越慢。水灰比較小，混凝土的水泥漿中的氣密性就會(huì)變小，組織變得相對(duì)密實(shí)，進(jìn)而降低透氣性，使碳化速度得到一定的減緩。除此之外，單位體積內(nèi)水泥使用量的大小也會(huì)影響混凝土的碳化速率，用量大則碳化慢，反之碳化會(huì)較快。

4、骨料的種類

凝土中骨料的硬度相對(duì)較高，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也比較密實(shí)，水泥漿不同于天然砂及礫石等，礫石和天然砂的透氣性比較小，因此混凝土碳化大部分情況下是借助水泥漿體形成。但是，輕混凝土的骨料具有大量氣泡，因此通氣性比較強(qiáng)，一般情況下，普通的混凝土在碳化速率上要慢于輕混凝土，向輕混凝土里加入一些加氣及減水劑，能夠有效減緩碳化速度。

5、外加劑的種類

在市面上外加劑的種類多樣，質(zhì)量也是參差不齊，在澆筑鋼筋混凝土的時(shí)候切記不能購(gòu)買含有氯化物和堿性的外加劑，因?yàn)槁然锖蛪A性都能加速鋼筋的銹蝕，會(huì)給結(jié)構(gòu)帶來(lái)所謂的“癌癥”。

6、澆筑和養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量

混凝土澆筑過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)清理混凝土表面的泌水。在大體積混凝土澆筑過(guò)程中，由于混凝土表面普遍存在泌水現(xiàn)象，為保證混凝土的澆筑質(zhì)量，要及時(shí)清除混凝土表面的泌水。因?yàn)楸盟突炷恋乃冶纫话惚容^大，泌水現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。在每次澆筑完畢后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，一些現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫大多在“早期裂縫活動(dòng)期”。特別是施工條件多變，回填不及時(shí)，養(yǎng)護(hù)較差等情況下，更容易出現(xiàn)“早期裂縫”。如果化學(xué)物質(zhì)侵蝕到混凝土內(nèi)部，裂縫會(huì)加速混凝土的碳化和鋼筋的侵蝕。

1、水泥因素

目前我國(guó)的水泥品種較多，不同水泥中所含的硅酸鈣、鋁酸鈣鹽基離子性高低不同，使得水泥在水化反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氧化鈣Ca（OH）2濃度不同，這是影響混凝土碳化深度的一個(gè)最重要因素。

2、周圍介質(zhì)中CO2濃度及干燥程度

構(gòu)物周圍介質(zhì)中CO2濃度較大且空氣潮濕時(shí)，CO2易與空氣中水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成極不穩(wěn)定的碳酸，碳酸和氫氧化鈣Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣和水，導(dǎo)致混凝土發(fā)生碳化現(xiàn)象。當(dāng)混凝土表面發(fā)生碳化反應(yīng)后，由于分子的運(yùn)動(dòng)致使碳化反應(yīng)逐步滲入混凝土內(nèi)部，使混凝土的碳化深度不斷加重。

3、周圍環(huán)境pH值

滲透水在經(jīng)過(guò)混凝土且水中含有SO42-、NO3-等酸性離子時(shí)，酸性離子也會(huì)和Ca（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成更難溶于水的CaSO4、Ca（NO3）2等物質(zhì)。相反環(huán)境中存在的大量Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2等物質(zhì)也可以在混凝土表面形成一種碳化保護(hù)層，減緩混凝土碳化反應(yīng)。

4、其他因素

）混凝土結(jié)構(gòu)物所處的外界環(huán)境。
2）混凝土自身的滲透系數(shù)、滲水量。
3）施工過(guò)程中對(duì)混凝土的振搗工序。
4）混凝土結(jié)構(gòu)物尺寸。
5）混凝土的養(yǎng)護(hù)方式方法。
以上因素均會(huì)對(duì)混凝土的碳化有一定影響。

1、挑選合適的水泥種類

在不同環(huán)境中要選擇合適的水泥，如在一些嚴(yán)寒地區(qū)或者是存在干濕交替與水位變化的環(huán)境中，可以選擇抗硫酸鹽的一般水泥，控制摻入的粉煤灰及礦渣水泥等，在普通的水泥之中摻加粉煤灰，還可以在保持水泥使用量的前提下，外摻一些粉煤灰來(lái)替代一部分的砂子，從而在一定程度上提升混凝土抗碳化的能力。

2、選擇合適的材料配比

對(duì)骨料性質(zhì)進(jìn)行分析之后，發(fā)現(xiàn)通過(guò)抗酸性的骨料和水能夠在一定程度上延緩混凝土碳化的速度，在一些江砂使用量較大的地區(qū)，更應(yīng)當(dāng)挑選一個(gè)合適的配合比，從而做到對(duì)水灰比有效的控制。采用科學(xué)化攪拌、運(yùn)輸以及及時(shí)養(yǎng)護(hù)方式，能夠避免摻流水量與其他物質(zhì)的侵蝕，從而保證混凝土自身具有較好的密實(shí)性。

3、對(duì)已碳化部分涂抹環(huán)氧基液并設(shè)置保護(hù)層

了防止已發(fā)生碳化的混凝土構(gòu)件受到進(jìn)一步侵蝕，必須要對(duì)這些構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，如在表面涂抹一些溶化的瀝青等；部分混凝土構(gòu)件碳化深度可能比較大，可以鑿除其中松散的部分，將有害的物質(zhì)盡可能洗凈，通過(guò)環(huán)氧砂漿及細(xì)石混凝土做科學(xué)的填補(bǔ)，完成填補(bǔ)工作之后再涂抹一些環(huán)氧基液，防止碳化問(wèn)題進(jìn)一步加劇。

4、外加劑種類的正確選擇

用外加劑時(shí)，外加劑的種類除了應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)和施工條件、施工工藝選擇，還要考慮外加劑的含量是否會(huì)導(dǎo)致混凝土碳化嚴(yán)重，造成裂縫。通過(guò)采用工程實(shí)際使用的原材料，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，應(yīng)滿足混凝土工作性能、力學(xué)性能、長(zhǎng)期性能、耐久性能、安全性及節(jié)能環(huán)保等設(shè)計(jì)和施工要求。初步選好要使用的外加劑后，還要進(jìn)行水泥與外加劑適用性試驗(yàn)，甚至還應(yīng)進(jìn)行不同供方、不同品種的外加劑共同使用時(shí)的相溶性或發(fā)生化學(xué)反映的驗(yàn)證，減少混凝土結(jié)構(gòu)因碳化導(dǎo)致的裂縫。

混凝土的碳化是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，想要取得一個(gè)較為準(zhǔn)確的強(qiáng)度值，需要在28d之后還沒(méi)有發(fā)生碳化或者是碳化程度極小時(shí)進(jìn)行檢測(cè)?；貜椃ㄊ钱?dāng)前我國(guó)使用最為廣泛也是最為簡(jiǎn)便的一個(gè)推定方案，但是極易受到碳化深度的影響，為了解決此問(wèn)題，可以將碳化深度作為一個(gè)新的參數(shù)使用，將其作為一個(gè)反比系數(shù)，從而提升回彈法檢測(cè)的精準(zhǔn)度、測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確性。

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