混凝土碳化深度与时间关系(影响混凝土碳化的原因分析)

Posted 2023-06-01

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混凝土碳化深度与时间关系(影响混凝土碳化的原因分析)

近年来我国环境不断恶化，空气中的二氧化碳含量不断增加，长期暴露在空气中的混凝土与空气中的二氧化碳发生反应，生成碳酸盐和其他物质，使混凝土的碱性降低，导致混凝土中钢筋加快锈蚀，混凝土出现开裂、剥落等现象，严重影响了混凝土耐久性，减少了混凝土的使用寿命。因此，研究影响混凝土碳化的原因，找出重要的影响因素，提出控制影响混凝土碳化影响因素的措施是一项重要的课题。

1 混凝土碳化机理

混凝土并不密实，内部存在大大小小的孔隙、毛细管、气泡等缺陷，这些孔隙、毛细管、气泡相互联通，构成细小的通道。当空气中的二氧化碳渗透到混凝土内部的孔隙、毛细管、气泡中，与水泥水化产物中的氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙等发生物理化学反应，生成碳酸盐和其他物质，进而降低了混凝土中的碱含量。混凝土中碱含量减少，生成的碳酸盐含量增多，造成混凝土内部密实性变差，进而产生钢筋锈蚀、混凝土裂缝增多、耐久性变差等现象的产生。

2 混凝土碳化影响因素

由于大量的混凝土暴露在室外环境中，长期接触空气中的水分、二氧化碳等不利于混凝土耐久性的物质，从混凝土碳化机理表明，影响混凝土碳化的原因主要有以下几方面：

2.1 原材料

2.1.1 水灰比

一方面水灰比的大小在一定程度上决定了混凝土的密实度，水灰比越大，混凝土硬化后孔隙越多，与空气中二氧化碳的接触面越大；另一方面，随着水灰比的增大，二氧化碳在混凝土中扩散的能力越强，有研究表明，水灰比与碳化深度存在数学函数关系：

K=12.1w/c

w/c——水灰比

2.1.2 水泥用量

水泥用量影响混凝土的密实性，水泥用量越多，混凝土的密实性越好，混凝土内部的孔隙越少，与二氧化碳接触的面积越小，混凝土碳化的程度就越小。重要的是，水泥用量越大，水泥中的碱含量越大，孔隙溶液中PH 值越高，使混凝土中部分碳化后生成的碳酸钙沉淀浓度会减少，改善了混凝土的密实性。

2.1.3 掺合料

混凝土中加入粉煤灰、矿粉、硅灰等掺合料，掺合料中有大量的活性物质替代部分水泥参与水化过程，与水泥水化产物中的二氧化碳发生反应，这个过程不仅减少了水泥用量，而且大大降低了混凝土的碱度，加入的掺合料也掺与了水泥的二次水化反应生成的水化产物再次填充了混凝土内部孔隙，混凝土的整体性再次提高。

2.1.4 外加剂

外加剂的品种多种多样，每一种外加剂中的活性物质也不相同，掺入不同的水泥中，产生的抗碳化效果也不一样。优质的外加剂与相适应的水泥结合使用，可以在一定程度上减少混凝土的用水量，增加混凝土整体密实性，是混凝土发挥最优越的性质，降低碳化反应。

2.2 环境因素

2.2.1 湿度

空气的相对湿度对混凝土中二氧化碳的扩散速度有决定性的影响。如果混凝土中二氧化碳的湿度较大，混凝土中的水份较多，混凝土孔隙中的水份阻碍了空气中的二氧化碳在混凝土孔隙中的扩散，使二氧化碳与混凝土的接触面积变小，减缓混凝土碳化速率。

2.2.2 温度

温度的高低也同样影响了混凝土的碳化。从物理知识分析，环境温度越高，离子的运动速度越快，二氧化碳在混凝土中运动的速度也会加快。一般来说，温度上升了10℃，化学反应的速度会提高两倍。也有理论认为，温度升高加速了混凝土的碳化是因为二氧化碳溶解率的降低。二氧化碳对混凝土碳化的影响机理众说纷纭，目前并没有公认的结论。

2.3 施工因素

搅拌、振捣和养护条件等施工因素决定了混凝土的密实程度，也影响了混凝土的碳化性能。搅拌充分均匀、振捣密实、保温保湿、恒温养护等措施，能减少混凝土中出现裂缝、孔洞、疏松等情况，减少了混凝土碳化的可能性。养护条件对混凝土水化产物的生成和混凝土内部孔隙的大小也有重要的影响。一般来说，普通混凝土的蒸汽养护比一般自然养护的碳化速度高1.5 倍。

3 结论

混凝土作为目前世界上用量最大的建筑材料，它的耐久性能收到了各国专家学者的关注和研究。目前公认的影响混凝土碳化的影响因素有：原材料、环境和施工因素。混凝土碳化的发展会引起混凝土病害，进而影响混凝土结构安全，给工程带来隐患。因此对混凝土碳化的深入研究和制定出防止碳化的具体措施，仍是研究的主要方向。