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本文摘要:混凝土碳化是指大气中的二氧化碳首先渗入混凝土内部的孔隙,然后孔隙中析出的水与水泥水化过程中产生的水化产物如水化硅酸钙、氢氧化钙等相互作用,分解碳酸钙等产物。混凝土碳化会降低混凝土的强度,增加渗透性,这可能是由于碳化释放的水分促进了水泥的水化,碳酸钙的溶解增加了水泥浆的孔隙率。

混凝土碳化

大多数建筑由混凝土结构制成,位于危险的气候中,不受沉积物、水流、物理、化学和气温等多种因素的影响。碳化和冻融破坏在混凝土破坏中很少见,导致许多建筑的使用寿命大大延长,浪费很大。因此,有必要进一步探讨水工建筑物混凝土的碳化、冻融破坏机理及预防措施。

2混凝土碳化和冻融破坏机理分析1。混凝土碳化机理硅酸钙和硅酸二钙是水泥中较多的矿物,约占总重量的75%。水泥几乎水化后,分解的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%,氢氧化钙约占25%,水泥浆的强度主要是不同的。

硅酸钙水合物占混凝土总体积的25%。混凝土具有毛细孔隙结构的特点。

这些毛细孔还包括混凝土成型遗留的气泡、水泥浆中的毛细孔、凝胶孔、水泥浆与骨料相知处的孔隙。此外,水泥浆体可能不会因水分膨胀和温度变形而产生微裂纹。普通混凝土孔隙率一般不低于8-10%。

混凝土碳化是指大气中的二氧化碳首先渗入混凝土内部的孔隙,然后孔隙中析出的水与水泥水化过程中产生的水化产物如水化硅酸钙、氢氧化钙等相互作用,分解碳酸钙等产物。所以混凝土的碳化是由于混凝土中没有孔隙,孔隙中充满了水和空气,在混凝土的气相、液相和固相展开了一个非常复杂的静电学、物理学和化学的相互作用过程。混凝土碳化会降低混凝土的强度,增加渗透性,这可能是由于碳化释放的水分促进了水泥的水化,碳酸钙的溶解增加了水泥浆的孔隙率。但碳化后混凝土碱度降低,减缓钢筋锈蚀。

混凝土碳化是混凝土遭受的一种化学锈蚀。空气中的Co2气体渗透到混凝土中,与其碱性物质反应分解碳酸盐和水,使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化,也称为无中和,其化学反应为:Ca (OH) 2 CO2=CaCO3 H2O。水泥在水化过程中分解出大量的氢氧化钙,使混凝土的空隙中充满饱和的氢氧化钙溶液,其碱性介质能很好的维持钢筋,使钢筋表面分解而不溶解Fe2O3和Fe3O4,称为净化膜。

碳化后,混凝土的碱度降低。当碳化达到混凝土保护层时,在没有水和空气的情况下,混凝土不会失去对钢筋的维护作用,钢筋开始腐蚀。

可见,混凝土的碳化一般会导致其性能的劣化。对于素混凝土,碳化也可以提高混凝土的耐久性,但对于钢筋混凝土,碳化不会降低混凝土的碱度,同时会降低混凝土孔隙溶液中氢离子的数量,因此不会削弱钢筋混凝土的养护。

混凝土的抗冻性是混凝土的物理效应之一(寒区变化、温度变化、冻融变化等)。),是反映混凝土耐久性最重要的指标之一。

混凝土的抗冻性不能完全解释为抗冻融性能。不仅寒冷地区的混凝土建筑被废弃,干燥地区的混凝土建筑也不会受到一定程度的蜡、滑、冻、热的破坏。时间长了,不会再出现表面碎裂、结构纹理等损伤现象。比如浙江富春江水电站和湖南桃江水库又受到了一定程度的冻融破坏。

因此,对混凝土冻融损伤的研究变得尤为重要。目前,对混凝土冻融损伤机理的认识并不完全一致。根据美国学者鲍尔斯提出的收缩力和渗透压理论,一般认为 第一,当混凝土中的孔隙水在一定的负温下发生生物状态变化,由水变为冰,体积收缩9%,由于不受孔壁限制,构成收缩压力,从而在孔周围的微结构中产生纳米变形;第二,当毛细孔隙中的水变成冰时,凝胶孔隙中的过冷水迁移到混凝土微结构中,在诱导渗流管压力中产生光。

由于表面张力的作用,混凝土毛细孔中水的冰点随着孔径的增大而降低。凝胶孔隙水形成的冰核温度在-78以下,所以渗透压是由于饱和状态下冰和过冷水的蒸气压差以及过冷水之间的盐浓度差造成的。此外,凝胶大大减少,这构成了更大的收缩压力。当混凝土冻结时,这两种压力不会破坏混凝土的内部微观结构。

只有在反复冻融循环后,损伤才逐渐积累和扩大,并发展成相互连通的裂缝,逐渐降低混凝土的强度,甚至最终几乎失去强度。从实践中不难看出,潮湿条件下混凝土似乎没有冻融破坏,所以排水状态是混凝土再次冻融破坏的必要条件之一,另一个必要条件是外界气温正负变化,使混凝土孔隙中的水再次反复冻融循环。

这两个必要条件要求混凝土的冻融破坏是指混凝土表面的逐层风蚀破坏。3.混凝土碳化和冻融破坏的影响及预防2。混凝土碳化的影响因素水工建筑物混凝土碳化的影响因素很多,包括内部因素和外部因素。

2.1影响混凝土碳化的内在因素2.1.1不同品种的水泥,其矿物组成、外加剂掺量、生料化学成分不同,直接影响水泥的活性和混凝土的碱度,对碳化速度影响最大。一般来说,水泥中熟料越多,混凝土的碳化速度越慢。外加剂(减水剂、引气剂)一般能提高抗渗性,削弱碳化速度,但早于增强剂的氯盐防冻剂不会严重加速钢筋的损伤,其用量不宜严格控制。

2.1.2骨料品种和等级不同,内部孔隙结构差异较大,直接影响混凝土的密实度。固体材料颗粒和较好骨料的混凝土碳化更快。2.1.3磨细矿物掺合料的种类和数量,如掺有活性水硬性材料的掺合料,不能自行硬化,但可以与水泥水化两县的氢氧化钙或再次加入的石灰相互作用,形成一种坚固稳定的堆积物质,从而降低混凝土的碱度。

在水灰比不变且等量替代的情况下,外加剂替代水泥的用量越少,混凝土碳化速度越快。2.1.4水泥用量减少水泥用量,一方面可以改变混凝土的和易性,提高混凝土的密实度;另一方面,还可以降低混凝土的碱储备,增强其外碳化性能,碳化速度随着水泥用量的减少而加快。2.1.5水灰比在一定水泥用量的情况下,降低水灰比,降低混凝土的孔隙率、密实度和渗透性,并在混凝土中浸泡更多的水和空气中的有害化学物质,以减缓混凝土碳化。

2.1.6施工质量差说明振捣不密实,导致混凝土强度降低,出现更多的蜂窝、麻面、空洞,为大气中二氧化碳和水分的渗入创造条件,加速混凝土碳化。2.1.7水土保持质量混凝土成型后,必须在适宜的环境中进行水土保持。

水土保持良好的混凝土,胶凝性好,强度低,内实外亮,外用风化能力强,能阻止大气水分和二氧化碳的侵入,减缓碳化速度。2.2影响混凝土碳化的外部因素2.2.1酸性介质酸性气体(如CO2)渗入混凝土孔隙,在混凝土液相中沉淀形成酸,再与水泥浆中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐等化合物反应,导致水泥浆逐渐劣化,混凝土碱度降低,是混凝土碳化的直接原因。实验研究证明,混凝土的碳化速率与二氧化碳浓度的平方根成正比,即混凝土的碳化速率系数随着二氧化碳浓度的降低而降低。

混凝土中钢筋断裂的另一个最重要和最常见的原因是氯离子的作用。氯离子在混凝土液相中形成盐酸,用氢氧化钙分解氯化钙。氯化钙吸湿性低,当其浓度和湿度较高时,会严重破坏钢筋的腐蚀膜,导致钢筋再次受损。2.2.2温度和轻质混凝土温度急剧下降,其表面膨胀产生张力。

一旦达到混凝土的抗拉强度,混凝土表面就会开裂,引起裂缝或逐渐开裂,为二氧化碳和水渗入施工创造条件,加速混凝土碳化。向阳面的混凝土温度低于腹侧,二氧化碳在空气中的扩散系数较小,为其与氢氧化钙反应提供了有利条件。必要的阳光加速了它的化学反应和碳化速度。2.2.3含水量和相对湿度周围介质的相对湿度直接影响混凝土的含水量和碳化速率系数。

如果湿度过低(如100%),混凝土孔隙会被水填满,二氧化碳容易扩散到水泥石中。如果湿度太低(如25%),孔隙中的水分不足以将二氧化碳分解成碳酸,碳化就容易展开。当周围介质相对湿度为50~70%时,混凝土碳化速度最慢。

因此,混凝土的碳化速度也是不同的,包括混凝土的含水量和周围介质的相对湿度。在实际工程中,混凝土结构下部的碳化程度大于上部,这主要是由于湿度的影响。2.2.4混凝土排水饱和状态下的冻融和渗水或水位变化,由于温度的交错变化,混凝土中的孔隙水未能交错收缩、融化和膨胀,导致混凝土大面积纹理破坏或裂缝,导致混凝土碳化。漏水不会使混凝土中的氢氧化钙收缩,而是在混凝土表面形成碳酸钙晶体,导致混凝土水化产物分解。

结果,混凝土的强度和碱度将严重降低,钢筋的损伤情况将得到改善。3.混凝土碳化的粗略试验采用化学试验方法。即先挖弃混凝土保护层,再滴或涂抹酚酞剂,看混凝土是否变色(碳化)。

如果发现碳化,可以快速测试碳化深度。3.1酚酞剂的精制根据实践中的实验结果,得出用99%乙醇和1%酚酞溶液提取的酚酞剂是圆的、轻的;用96%酒精和4%酚酞溶液提取的酚酞试剂呈圆形、深色。

两者都可以用来测试混凝土的碳化。3.2混凝土碳化判断及深度检测首先,将待检测混凝土表面凿至必要的检测深度,然后将表面清理干净、整齐,涂抹或滴加精制酚酞剂。

当酚酞剂涂抹或滴入混凝土中1~2分钟后,会发生反应。如果混凝土变红,混凝土不碳化;如果混凝土不变色,说明混凝土已经碳化。由于酚酞中含有大量的酒精,更容易溶解,所以测试和仔细观察的速度要慢,要尽快测量混凝土中碳化和非碳化的界面尺寸,以获得准确的碳化深度。

3.3获得混凝土碳化试验值由于水工建筑物中混凝土结构的部位不同,其碳化程度也不同 4.混凝土碳化的预防措施混凝土碳化有一句话叫混凝土癌症,关键是不要采取预防措施。4.1在设计方面,根据水工建筑物不同的结构形式和不同的环境因素,采用不同厚度的混凝土保护层,尽量不要避开2-3 cm。4.2施工是混凝土质量的关键。

第一,要认真自由的选择建材。水泥配以碳化能力强的硅酸盐水泥外用;骨料搭配质地坚硬、级配较好的砂石;除了施工过程中的砂滤和洗石外,还应特别注意清除骨料中的有害物质。第二,混凝土可以含有优质合适的外加剂,如减水剂、压水剂等,以改善混凝土的某些性能,增强其强度、密实度、抗渗性和抗冻性。三是要严格控制混凝土的水灰比。

拒水率小,坍落度低。需要将水量控制在满足配料和施工要求的较低范围内,尽量减少混凝土的合适水量。四是振动和水土保持。

振捣必须严格按照规定的标准进行。适当时,主要目的是表面处理;水土保持必须及时。混凝土一旦超过初凝,应立即进行,水土保持应根据不同水泥品种的拒收时间确定,并控制好环境的温度和湿度,使混凝土在合适的环境中进行水土保持。第五,钢筋混凝土保护层的厚度。

施工时,钢筋应事先用钢架准备的高级砂浆垫块夹紧,使钢筋混凝土保护层厚度满足设计要求。第六,施工针要少留或不留,必须留的不要在接缝处进行适当处理。4.3使用:对于水工结构,不要随便改变原设计的使用条件。

由于水工建筑物是用于改变条件的,所以需要考虑到由于外界气体、温度、湿度等因素的变化而引起的混凝土中某些条件的变化,特别是在混凝土构件更容易受到影响的部位,因此需要设置包角和夹层维护。4.4在管理方面,水工混凝土构件的管理主要包括定期检查和加强保证。对于更容易碳化的混凝土构件,不应指派专人定期仔细观察和测试温度和湿度,检查裂缝情况和碳化深度,并做好详细记录。

如果发现混凝土表面有裂缝和损伤,不应使用防水涂料及时封堵混凝土表面,或采取措施将混凝土表面与大气隔离,即不允许裂缝继续扩展。适当时,混凝土主要用于修复和处置。

5.1混凝土冻融损伤的影响因素及预防5.1.1混凝土冻融损伤的影响因素混凝土冻融损伤的影响因素很多。一是混凝土主要材料性能的影响,如;水泥的不同品种和水泥中的矿物成分对混凝土的耐久性影响不大,再比如骨料的影响。除了骨料质量对混凝土抗冻性的影响外,骨料的渗透性和吸湿性对混凝土的抗冻性也起着决定性的作用。

由于湿度和强度的变化,无针岩石的体积不会发生变化,不会对硬化的水泥砂浆和混凝土表面造成损伤,骨料的化学性质也会对混凝土的耐久性产生一定的影响。二是外加剂的影响,在混凝土施工过程中掺入引气剂或减水剂,可以改善混凝土内部结构,改善混凝土内部孔隙结构,起到缓冲冻胀的作用,大大减少冻胀变形,提高混凝土的抗冻性;三、施工工艺的影响,反应比,混凝土施工 另外,混凝土的表面、边角和工作针处于最有利的工作状态,所以混凝土模板的种类、性能和表面处理以及工作针的处置对混凝土的耐久性也有相当大的影响;四、为避免受水位变化影响,严寒季节水位变化不会对混凝土造成严重冻融破坏,应采取有效措施避免;第五,严格控制施工质量。混凝土施工质量会影响其抗冻性。

所以要保证质量好。蜂窝和麻面不允许经常出现。尽量做到密实光滑。

5.1.2混凝土冻融损伤的预防针对混凝土冻融损伤的预防,结合我们的施工实践,总结出以下几点:(1)预防措施。一是混凝土施工中不应根据不同情况自由选择不同矿物组成、不同性能的水泥、骨料、外加剂,从材料方面保证混凝土的耐久性;第二,需要根据结构类型和环境条件确定关键参数,主要是降低混凝土的水灰比,水泥水化所需的水量仅为其重量的25%左右。水量减少,多余的水将从两县游离,产能多孔,饱和后容易被冻胀破坏;另外,引气剂是提高混凝土抗冻性最有效的途径之一;第三,人为优化建筑物混凝土构件周围的环境条件,增加或改善导致混凝土冻融的各种不利因素。

(2)管理措施。(1)水泥砂浆修补,仅限于严重的表面损伤;(2)预缩砂浆修补,所谓预缩砂浆是指混合后堆放30 ~ 90 MIH后使用的干硬性砂浆。这种方法破坏了皮带中高速水流区的混凝土表面;喷射混凝土修补,经常作为混凝土冻融破坏简化比较严重的部位使用;喷射混凝土修补是指混凝土混合料在高压后高速流过修补部位,比普通混凝土具有更好的密度和抗渗性,具有慢、效率高的特点;(4)环氧材料一般用环氧基液、环氧砂浆、环氧混凝土等修补。其具有高强度、耐腐蚀性和不渗透性力,与混凝土结合力强,但价格较贵,施工工艺简单,所用材料严格。

这种方法可以与其他修复方法配合使用,效果更好;总之,要根据水工建筑物所处的环境、朝向、冻融破坏程度以及原混凝土构件的主要材料性能,综合搭配不同的修复方法,才能取得更好的效果。


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