论文部分内容阅读
摘要：本文作者结合实际工作经验，从试验检测的角度出发，和大家一同来探讨下建筑结构物混凝土的炭化检测问题，仅供参考。
关键词：建筑结构物；混凝土炭化；试验检测
楼房、大型钢筋砼挡土墙等混凝土结构，在建成交付使用后，在日常质量的跟踪检测中，总会发现在这些混凝土的表面，或多或少存在一些瑕疵，如砼表面剥落、炭化现象等等。由于本人从事试验检测管理工作的缘故，对于砼炭化现象的接触和所见相对较多，对其作用机理的认识和如何进行检测，也有一定的了解。因此，为了能和业内同行一同对建筑砼的炭化问题进行经验交流，特整理形成本文，以供大家探讨研究。
1 砼炭化现象发生机理
混凝土中水泥一经水化就会游离出大约35%的氢氧化钙，它对于混凝土的硬化起了主要作用。已经硬化的混凝土结构一般是暴露在空气中的，空气土壤、地下水等环境中的酸性气体或液体侵入混凝土中，与水泥石中的碱性物质发生反应，使混凝土中的pH值下降的过程称为混凝土的中性化过程，其中由大气环境中的CO2引起的中性化过程称为混凝土的碳化。由于大气中均有一定量的CO2，碳化是最普遍的混凝土中性化过程。空气中的CO2气体通过水作为介质渗透到混凝土内部，与碱性物质反应，生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为碳化，又称为中性化。
2 碳化的潜在危害性
碳化与混凝土结构物的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构物使用寿命的重要指标之一。目前，工厂排泄的废液、废渣也使二氧化碳浓度呈增加趋势。所以，混凝土碳化是一个不可忽视的问题。过去由于在设计和施工时对混凝土碳化问题重视不够，导致混凝土抗碳化能力较低，造成不少建筑物的耐久性差，被迫提前加固。另一方面，碳化更主要的是对混凝土内部钢筋的影响。碳化使得孔隙水中Ca（OH）2浓度及pH值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。混凝土的pH值低于10时，钢筋要发生锈蚀，铁锈要比铁的体积膨胀2.5倍，因此，钢筋生锈的同时，混凝土发生裂缝，与钢筋的粘结力降低，保护层的混凝土剥落，钢筋的断面积减小，使钢筋混凝土造成重大损伤，耐久性大大降低。
3 导致出现碳化的主要因素
影响钢筋混凝土碳化效应的因素较多，归纳起来可分为：环境因素、施工因素和材料因素三大类。在环境因素中，CO2浓度、Cl-含量、酸雨和空气的温、湿度是诸影响因素中的主要因素。在施工因素中，水灰比、水泥用量、保护层厚度、养护条件和混凝土龄期是诸影响因素中的主要因素。在材料因素中，水泥品种、粗骨料品种、外加剂是诸影响因素中的主要因素。这里主要针对水泥本身的特性来阐述。
3.1 水泥品种
水泥品种不同意味着其中所包含的熟料的化学成分和矿物成分以及水泥混合材料的品种和掺量有别，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度系数有重要影响。实践证明，用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥生产的混凝土抗碳化能力较强；用矿渣、火山灰、粉煤灰水泥生产的混凝土抗碳化能力较弱。这是由于活性混合料易于与水泥的水化产物Ca（OH）2反应，消耗了较多的Ca（OH）2，使混凝土碱性降低，从而影响其抗碳化能力。前一段时间报道的“凝石”材料，如果“凝石”中的Ca（OH）2含量低，将直接影响其耐久性。这也是在工程实践中没有得到推广的原因之一。
3.2 水泥含碱量
水泥含碱量越高，孔溶液pH值增加，碳化速度加快。这是因为：①含碱量越高，水泥硬化石中的CSH结构不均匀，毛细孔增多，水泥石中粗大孔隙增多；②含碱量越高，孔溶液中OH-浓度增大，碳化后沉积的碳酸钙溶解度减少，即孔溶液中钙离子浓度减少，补充钙离子浓度的氢氧化钙晶体易溶解，加速混凝土碳化。即混凝土的含碱量越高，碳化速度加快。混凝土中含有氯化钠，碳化速度更为明显。砂浆试件中氯化钠含量与孔溶液OH-浓度之间的关系。可以看出：氯化钠含量越高，砂浆孔溶液中OH-浓度增加。这是因为水泥中的C3A与约占水泥质量0.4%的Cl-发生反应生成Fridel复盐时消耗氯离子的同时生成OH-。一定氯化钠含量范围内单位水泥用量越多，孔溶液OH-浓度高，碳化速度加快。同样，与C3A矿物相结合的氯离子范围内，氯化钠含量越高，孔溶液OH-浓度增加，碳化速度加快。
此外，对于自然养护的混凝土，炭化作用与龄期的影响是相伴产生的，随着龄期的增长，混凝土强度增长，炭化深度也增长。但只用龄期来反映炭化的因素是不全面的，相同龄期但处于不同环境条件下或不同标号的混凝土，其炭化深度值差异较大。
此外，关于一年的混凝土碳化到底有多大没有一定之规，因为影响碳化的因素很多，如砼强度高、底不同、密实度不同，碳化也就不同，混凝土结构所处的环境不同碳化也就不同，如在二氧化碳浓度高的环境下碳化可能就快些，反之碳化就慢些。所以就检测工作而言我们不要单纯的去考虑一个方面的问题，要将思路放开，多考虑一些其他方面的因素，（当然这需要综合素质为前提）这对于我们检测工作是有益處的。碳化深度还与混凝土碱性程度有很大关系。
4 砼碳化的检测
测量碳化深度值时，用合适的工具在测区表面形成直径约为15mm并有一定深度的孔洞。清除孔洞中的碎屑和粉末是，注意不得用水冲洗，应立即用浓度为1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，用深度测量工具测量表面至深部不变色边缘处与测量面相垂直的距离多次，取其平均值，该距离即为该测区混凝土的碳化深度值。每次测量读数精确到0.5mm。当深度小于0.5mm时，按无碳化处理。一般被凿的部分颜色越鲜艳，也就是越红，碳化则越小，反之则越大。当然碳化越小越好，一般碳化1MM左右。如超过2MM，则对强度换算影响较大。举个例子。如果C30柱，回弹值34，如果碳化值超过2MM，则推算强度可能在C30以下。
5 碳化防范措施
影响混凝土耐久性的因素是多方面的，而其中重要因素之一就是混凝土的碳化。混凝土碳化会引起钢筋锈蚀，导致其体积膨胀，使混凝土保护层开裂，直至使混凝土剥落，严重的影响了混凝土建筑物的耐久性。因此必须采取相应措施，防止混凝土的碳化或降低碳化速度。鉴于对混凝土碳化机理的分析，为防止碳化，可以采用如下防范措施：
5.1 选用抗碳化能力强的水泥品种。52.5水泥配制混凝土的抗碳化性能比42.5水泥配制的要好。同标号早强型水泥比普通型水泥的抗碳化性能要好。
5.2 在施工条件允许的情况下，尽可能采用较小的水灰比。水灰比是影响混凝土碳化的关键因素。混凝土吸收二氧化碳的量主要取决于水泥用量。当水灰比大于0.65时，其抗碳化能力急剧下降；当水灰比小于0.55时，混凝土抗碳化能力一般可得到保证。
5.3 选用能够提高混凝土抗碳化能力的外加剂。如：羟基羧酸盐复合性高性能减水剂等。
5.4 采用优质粉煤灰和超掺系数。在混凝土中掺入优质粉煤灰，可提高混凝土抗碳化能力；采用超量取代水泥方式时，只要选择配合比适中，混凝土抗碳化能力一般可得到保证。
从上述可以看出，一项实用有效的防碳化处理方案是需要经过反复的施工实践总结而成的。作为一名工程技术检测人员，通过对建筑结构物砼碳化机理进行分析，也让我们更加清楚地认识到在一个新建工程中，我们严格执行规范各种要求的重要性，尽量把影响到砼结构耐久性和安全性的质量问题减少到最低。
参考文献：
[1] 葛燕、朱锡昶等.混凝土中钢筋的腐蚀与阴极保护[M].北京：化学工业出版社.2008.
关键词：建筑结构物；混凝土炭化；试验检测
楼房、大型钢筋砼挡土墙等混凝土结构，在建成交付使用后，在日常质量的跟踪检测中，总会发现在这些混凝土的表面，或多或少存在一些瑕疵，如砼表面剥落、炭化现象等等。由于本人从事试验检测管理工作的缘故，对于砼炭化现象的接触和所见相对较多，对其作用机理的认识和如何进行检测，也有一定的了解。因此，为了能和业内同行一同对建筑砼的炭化问题进行经验交流，特整理形成本文，以供大家探讨研究。
1 砼炭化现象发生机理
混凝土中水泥一经水化就会游离出大约35%的氢氧化钙，它对于混凝土的硬化起了主要作用。已经硬化的混凝土结构一般是暴露在空气中的，空气土壤、地下水等环境中的酸性气体或液体侵入混凝土中，与水泥石中的碱性物质发生反应，使混凝土中的pH值下降的过程称为混凝土的中性化过程，其中由大气环境中的CO2引起的中性化过程称为混凝土的碳化。由于大气中均有一定量的CO2，碳化是最普遍的混凝土中性化过程。空气中的CO2气体通过水作为介质渗透到混凝土内部，与碱性物质反应，生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为碳化，又称为中性化。
2 碳化的潜在危害性
碳化与混凝土结构物的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构物使用寿命的重要指标之一。目前，工厂排泄的废液、废渣也使二氧化碳浓度呈增加趋势。所以，混凝土碳化是一个不可忽视的问题。过去由于在设计和施工时对混凝土碳化问题重视不够，导致混凝土抗碳化能力较低，造成不少建筑物的耐久性差，被迫提前加固。另一方面，碳化更主要的是对混凝土内部钢筋的影响。碳化使得孔隙水中Ca（OH）2浓度及pH值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。混凝土的pH值低于10时，钢筋要发生锈蚀，铁锈要比铁的体积膨胀2.5倍，因此，钢筋生锈的同时，混凝土发生裂缝，与钢筋的粘结力降低，保护层的混凝土剥落，钢筋的断面积减小，使钢筋混凝土造成重大损伤，耐久性大大降低。
3 导致出现碳化的主要因素
影响钢筋混凝土碳化效应的因素较多，归纳起来可分为：环境因素、施工因素和材料因素三大类。在环境因素中，CO2浓度、Cl-含量、酸雨和空气的温、湿度是诸影响因素中的主要因素。在施工因素中，水灰比、水泥用量、保护层厚度、养护条件和混凝土龄期是诸影响因素中的主要因素。在材料因素中，水泥品种、粗骨料品种、外加剂是诸影响因素中的主要因素。这里主要针对水泥本身的特性来阐述。
3.1 水泥品种
水泥品种不同意味着其中所包含的熟料的化学成分和矿物成分以及水泥混合材料的品种和掺量有别，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度系数有重要影响。实践证明，用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥生产的混凝土抗碳化能力较强；用矿渣、火山灰、粉煤灰水泥生产的混凝土抗碳化能力较弱。这是由于活性混合料易于与水泥的水化产物Ca（OH）2反应，消耗了较多的Ca（OH）2，使混凝土碱性降低，从而影响其抗碳化能力。前一段时间报道的“凝石”材料，如果“凝石”中的Ca（OH）2含量低，将直接影响其耐久性。这也是在工程实践中没有得到推广的原因之一。
3.2 水泥含碱量
水泥含碱量越高，孔溶液pH值增加，碳化速度加快。这是因为：①含碱量越高，水泥硬化石中的CSH结构不均匀，毛细孔增多，水泥石中粗大孔隙增多；②含碱量越高，孔溶液中OH-浓度增大，碳化后沉积的碳酸钙溶解度减少，即孔溶液中钙离子浓度减少，补充钙离子浓度的氢氧化钙晶体易溶解，加速混凝土碳化。即混凝土的含碱量越高，碳化速度加快。混凝土中含有氯化钠，碳化速度更为明显。砂浆试件中氯化钠含量与孔溶液OH-浓度之间的关系。可以看出：氯化钠含量越高，砂浆孔溶液中OH-浓度增加。这是因为水泥中的C3A与约占水泥质量0.4%的Cl-发生反应生成Fridel复盐时消耗氯离子的同时生成OH-。一定氯化钠含量范围内单位水泥用量越多，孔溶液OH-浓度高，碳化速度加快。同样，与C3A矿物相结合的氯离子范围内，氯化钠含量越高，孔溶液OH-浓度增加，碳化速度加快。
此外，对于自然养护的混凝土，炭化作用与龄期的影响是相伴产生的，随着龄期的增长，混凝土强度增长，炭化深度也增长。但只用龄期来反映炭化的因素是不全面的，相同龄期但处于不同环境条件下或不同标号的混凝土，其炭化深度值差异较大。
此外，关于一年的混凝土碳化到底有多大没有一定之规，因为影响碳化的因素很多，如砼强度高、底不同、密实度不同，碳化也就不同，混凝土结构所处的环境不同碳化也就不同，如在二氧化碳浓度高的环境下碳化可能就快些，反之碳化就慢些。所以就检测工作而言我们不要单纯的去考虑一个方面的问题，要将思路放开，多考虑一些其他方面的因素，（当然这需要综合素质为前提）这对于我们检测工作是有益處的。碳化深度还与混凝土碱性程度有很大关系。
4 砼碳化的检测
测量碳化深度值时，用合适的工具在测区表面形成直径约为15mm并有一定深度的孔洞。清除孔洞中的碎屑和粉末是，注意不得用水冲洗，应立即用浓度为1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，用深度测量工具测量表面至深部不变色边缘处与测量面相垂直的距离多次，取其平均值，该距离即为该测区混凝土的碳化深度值。每次测量读数精确到0.5mm。当深度小于0.5mm时，按无碳化处理。一般被凿的部分颜色越鲜艳，也就是越红，碳化则越小，反之则越大。当然碳化越小越好，一般碳化1MM左右。如超过2MM，则对强度换算影响较大。举个例子。如果C30柱，回弹值34，如果碳化值超过2MM，则推算强度可能在C30以下。
5 碳化防范措施
影响混凝土耐久性的因素是多方面的，而其中重要因素之一就是混凝土的碳化。混凝土碳化会引起钢筋锈蚀，导致其体积膨胀，使混凝土保护层开裂，直至使混凝土剥落，严重的影响了混凝土建筑物的耐久性。因此必须采取相应措施，防止混凝土的碳化或降低碳化速度。鉴于对混凝土碳化机理的分析，为防止碳化，可以采用如下防范措施：
5.1 选用抗碳化能力强的水泥品种。52.5水泥配制混凝土的抗碳化性能比42.5水泥配制的要好。同标号早强型水泥比普通型水泥的抗碳化性能要好。
5.2 在施工条件允许的情况下，尽可能采用较小的水灰比。水灰比是影响混凝土碳化的关键因素。混凝土吸收二氧化碳的量主要取决于水泥用量。当水灰比大于0.65时，其抗碳化能力急剧下降；当水灰比小于0.55时，混凝土抗碳化能力一般可得到保证。
5.3 选用能够提高混凝土抗碳化能力的外加剂。如：羟基羧酸盐复合性高性能减水剂等。
5.4 采用优质粉煤灰和超掺系数。在混凝土中掺入优质粉煤灰，可提高混凝土抗碳化能力；采用超量取代水泥方式时，只要选择配合比适中，混凝土抗碳化能力一般可得到保证。
从上述可以看出，一项实用有效的防碳化处理方案是需要经过反复的施工实践总结而成的。作为一名工程技术检测人员，通过对建筑结构物砼碳化机理进行分析，也让我们更加清楚地认识到在一个新建工程中，我们严格执行规范各种要求的重要性，尽量把影响到砼结构耐久性和安全性的质量问题减少到最低。
参考文献：
[1] 葛燕、朱锡昶等.混凝土中钢筋的腐蚀与阴极保护[M].北京：化学工业出版社.2008.