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混凝土碳化机理及原因

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来源:
2017/05/23 01:58
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1.混凝土碳化机理及原因
  1.1 混凝土碳化机理
  拌和混凝土时,硅酸盐水泥的主要成份碳化钙水化作用后生成氢氧化钙,它在水中的溶解度低,除少量溶于孔隙液中,使孔隙液成为饱和碱性溶液外,大部分以结晶状态存在,成为孔隙液保持高碱性的储备,它的PH值为12.5~13.5。空气中的二氧化碳气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道,气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中,与其中的孔隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应。反应产物为碳化钙和水,碳化钙溶解度低,沉积于毛细孔中。该反应式为:Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O反应后,毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH—,反向扩散到孔隙液中,与继续扩散进来的二氧化碳反应,一直到孔隙液的PH值降为8.5~9.0时,这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应,此时即所谓“已碳化”。确切地说,碳化应称为碳酸盐化。另外,凡是能与氢氧化钙进行中和反应的一切酸性气体,如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI等,均能进行上述中和反应,使混凝土碱度降低,故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。混凝土表层碳化后,大气中的二氧化碳继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散,更深入地进行碳化反应。
  1.2 混凝土碳化原因
  混凝土的主要成分有水泥、粗细骨料、水以及外加剂。水泥掺与混凝土的拌合中,水泥中主要成分是氧化钙,经水化作用后生成氢氧化钙 ,混凝土的碳化,是指混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳起化学反应,生成中性的碳酸盐碳酸钙 。未碳化的混凝土呈碱性,混凝土中钢筋保持钝化状态的最低(临界)碱度是PH值为11.5,碳化后的混凝土PH值为8.5~9.5。碳化使混凝土的碱度降低,同时,增加混凝土孔溶液中氢离子数量,使混凝土对钢筋的保护作用减弱。当碳化超过混凝土的保护层时,在水与空气存在的条件下,就会使混凝土失去对钢筋的保护作用,钢筋开始生锈。钢筋锈蚀后,锈蚀产生的体积比原来膨胀2~4倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,锈蚀越严重,铁锈越多,膨胀力越大,最后导致混凝土开裂形成顺筋裂缝。裂缝的产生使水和二氧化碳得以顺利的进入混凝土内,从而又加速了碳化和钢筋的锈蚀。
  2.影响混凝土碳化的因素
  影响混凝土碳化的因素有环境因素、原材料因素、施工操作因素等。主要有以下几点:
  2.1 环境条件
  因为碳化是液相反应,十分干燥的混凝土即一直处于相对湿度低于25%空气中的混凝土很难碳化;在空气湿度50%~75%的大气中,不密实的混凝土最容易碳化;但在相对湿度95%的潮湿空气中或在水中的混凝土反而难以碳化,这是因为混凝土含水时透气性小,碳化慢;在湿度相同时,风速愈高、温度愈高,混凝土碳化也愈快;空气中二氧化碳浓度愈高混凝土碳化速度愈快。
  2.2 水泥品种
  一般说来,普通硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快,掺混合材料的水泥碳化速度更快,混合材料掺量越大,碳化速度越快。掺用优质减水剂或加气剂,可以大大改善混凝土的和易性,减小水灰比,制成密实的混凝土,使碳化减慢。尤其是加气减水剂,由于抗冻性提高,可以大大改善钢筋混凝土建筑物的耐久性。
  2.3 骨料种类
  混凝土中的骨料本身一般比较坚硬、密实,总的说来,天然砂、砾石、碎石比水泥浆的透气性小,因此混凝土的碳化主要通过水泥浆体进行。但是,在轻混凝土中,由于轻质骨料本身气泡多,透气性大,所以能通过骨料使混凝土碳化。一般说来,轻混凝土比普通混凝土碳化快,需要掺用加气剂或减水剂来减缓它的碳化速度。
  2.4 水灰比
  混凝土的碳化速度与它的透气性有很密切的关系,混凝土的透气性越小,碳化进行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实,透气性小,因而碳化速度就慢。同理,单位水泥用量多的混凝土碳化较慢。

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