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[关于桥涵砼结构炭化现象的分析探讨] 砼碳化

发布时间:2019-02-25 04:50:01 影响了:

  摘要:本文以桥涵砼结构碳化现象这一论题为引题,结合自身岗位实践,从技术的角度出发,详细阐述了该现象的发生机理、相关危害,并就如何防范提出了个人的看法及建议。   关键词:桥涵砼;炭化现象;产生原因;防范措施
  中图分类号:TU973+.3献标识码:A
  从事桥涵检测工作的技术人员都知道,在日常检测中,在一些桥梁砼结构的外表面,总会有意无意地发现砼保护层出现脱落、钢筋表面存在锈蚀的迹象。类似的情况,一些项目在建成通车的若干几年后更是随处可见。对于该现象,就是我们平时所讲的砼碳化。从学术的角度来阐析这个定议,是这样给出解释的:砼碳化作用是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙在有水存在的条件下发生化学作用,生成碳酸钙和水。碳化过程是二氧化碳由表及里向混凝土内部逐渐扩散的过程。碳化对混凝土最主要的影响(危害)是:使混凝土的碱度降低,减弱了对钢筋的保护作用,可能导致钢筋的锈蚀。碳化还会引起混凝土收缩(碳化收缩),容易会使混凝土的表面产生细微的裂缝。下面,就让我们一同来了解一下,砼碳化的产生原因及相关防范问题吧。
  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处的。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
  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。
  5.5 采用适量硅粉、粉煤灰共掺技术。在混凝土中采用适量硅粉、粉煤灰共掺技术,可以大大增强混凝土密实性,提高混凝土抗碳化能力。
  6 结语
  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,通过对桥涵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,尽量把影响到桥涵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]金伟良,赵羽习.混凝土结构耐久性设计与评估方法[J].2006.7.
  [2]刘秉京.混凝土结构耐久性设计[M].人民交通出版社,2007.1.

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