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混凝土碳化影响因素及对策

发表时间：2020/12/11 来源：《基层建设》2020年第24期作者：海陆丰

[导读] 摘要：近年来，我国的工程建设越来越多，对混凝土的应用也越来越广泛。

        中钢集团郑州金属制品研究院有限公司河南郑州 450000
        摘要：近年来，我国的工程建设越来越多，对混凝土的应用也越来越广泛。碳化是检验混凝土的耐久性的重要指标。碳化过度会导致混凝土中的钢筋出现腐蚀，致使整体建设工程的寿命大幅缩短。不同混凝土的碳化程度会对工程的混凝土强度、钢筋的耐用性等产生不同程度的影响。基于此，首先对混凝土的碳化进行了简单描述，再详细分析了几个影响混凝土碳化的主要的因素，最后针对如何处理混凝土碳化现象提出了对策，以此推进混凝土工程质量的提升。
        关键词：混凝土；碳化现象；水泥；耐久性
        引言
        碳化是指周围环境中的CO2进入混凝土内部与其中的碱性物质发生反应，降低混凝土碱度，从而引起混凝土中性化的现象。混凝土碳化是一个相对复杂的过程，其对混凝土结构的影响始终是混凝土耐久性研究的重点问题之一。碳化混凝土处于高温、高湿、高盐雾、强紫外线和强台风耦合作用下的热带海洋环境，其耐久性劣化问题更加突出，国内外学者关于碳化混凝土耐久性研究较少，有关其碳化问题的研究也相对较少。国内外现有的关于普通混凝土碳化深度预测模型有理论模型、经验模型、半理论半经验模型三种。碳化深度数据测量具有随机性、离散性，采用一般的数学统计方法，造成统计分析结果不理想。因此，须寻求较为精准的预测方法。
        1碳化机理分析
        在工程环境中，混凝土材料中的碱性物质与空气中湿润的CO2气体之间存在着一种复杂的物理化学反应。虽然混凝土材料的刚度相对较高，但仍然是一种多孔介质材料。空气中的水蒸气、CO2气体等物质在外部压力的影响下会渗入混凝土基体材料中与水泥水化后的Ca（OH）2发生化学反应，生成CaCO3和其他物质，使得混凝土基体的碱度降低，即为混凝土的碳化。参与碳化反应的物质不仅有水泥的水化物Ca（OH）2，往往硅酸盐类水泥中的铝酸三钙、硅酸二钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙和石膏等物质与CO2之间也存在着一定的中和反应。诸多研究表明，混凝土的碳化反应产物主要为碳酸钙等物质，因此生成的此类物质对填充混凝土内部孔洞、缝隙具有一定效果，能提高混凝土本身的密实性，对提高混凝土的强度具有一定的积极效果。但同时这类中和反应会降低混凝土的碱度，破坏结构层中钢筋表面的钝化膜，使结构内部的钢筋层更易发生锈蚀现象，导致内部裂缝的产生和保护层的破坏等诸多病害。
        2碳化影响因素
        2.1水泥品种及水灰比
        依据大量的研究发现，混凝土中水泥品种的不同与混凝土发生碳化的情况息息相关。不同种类的水泥对混凝土的酸碱性以及水泥的活性度有着不同程度的影响。尤其是水泥的品种不同会对混凝土的碳化速度有着非常明显的影响。通过科学的实验研究发现，将经常运用的水泥品种对碳化速度的快慢影响进行排序，处于同一运作环境条件下的水泥的碳化速度快慢顺序为：早强水泥的碳化速度最慢，普通硅酸盐水泥对的碳化速度相对较高，高炉矿渣水泥的碳化速度最快。另外，对混凝土的碳化影响的还有混凝土的水灰比例。一般来说，使用的单位水泥量越大，表明混凝土的水灰比越低，也就是说混凝土的凝结的强度就越高，反映出混凝土的密实度也越高，这就说明了混凝土内含有的碱性Ca（OH）2的拥有量就越大，混凝土就不容易发生碳化反应。此外，随着混凝土的不断凝结，混凝土中的水所占据的空间在不断缩短，形成微弱的毛细管或者小孔隙，这直接说明了混凝土中水泥灰的混合比例与混凝土的碳化现象有着极大的联系，混凝土中的水灰比例越大，会导致混凝土中的孔隙出现率增大，二氧化碳的渗透性也会增强，使得混凝土的碳化速度不断加快。在实际施工中，会发现高强度混凝土的碳化值较小，就是以上原因。

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        2.2水灰比的影响
        混凝土的水灰比对混凝土的碳化在一定程度上也会有影响，水灰比首先会影响混凝土的密实程度，一般来说混凝土的水灰比跟其密实程度是呈反比的，如果水少水泥多的话混凝土就会变得很密实，如果用水过多了水泥用少的话，相应的制成的混凝土密实程度就会很差，混凝土内部的空隙就会增多，从而大大增大了空气中的CO2透过毛细孔与氢氧化钙和水化硅酸钙的反应，加剧了碳化。因此，适当的水灰比可以在一定程度上提高混凝土的抗碳化能力。
        2.3环境温度的影响
        一般说环境的温度同环境湿度一样都会影响到混凝土的碳化速度，研究表明，温度的高低跟碳化速度成正比。混凝土处于温度较高的环境中时，混凝土内部温度就会升高，空气进入混凝土后在高温下就会加速流动使得混凝土的碳化速度就会随之加快，反而言之，混凝土处于温度较低的环境中时，空气进入混凝土后的流动速率就会变慢从而使得混凝土的碳化速度就会变慢。
        3针对性措施
        3.1保证混凝土原材料质量
        碳化值的大小归根结底决定于混凝土本身质量、混凝土的配合比、外加剂的种类、掺合料的质量和比例等。南京地区的实践表明，混凝土厂家因各种原因，大量使用粉煤灰掺合料，且掺合比例超标，造成混凝土表面疏松不密实，碳化值过大的普遍现象。对策是要求责任方签订合同时明确混凝土质量的相关标准，施工过程中，不定期由混凝土生产企业检查原材料和配合比等情况，并现场取样送有资质的检测中心检测。
        3.2引入的拟合方法
        1）多项式拟合。本文拟引入多项式拟合方法，将最小二乘方法与混凝土碳化深度的预测相结合，使得通过若干影响参数得到的分析值与碳化深度实测值之间的差异取得最小。2）神经网络拟合。将反馈型的神经网络方法引入碳化深度的拟合，通过一定数量输入、输出层样本的参数训练，得到适宜的神经网络模型，通过训练后的模型进而通过相应样本进行验证。
        3.3及时、定期检查
        模板安装前要进行表面清理检查，必须去除干净旧模板上粘连的混凝土。模板拼缝密实，杜绝漏浆。混凝土浇筑过程中，监理旁站，质量检查员在现场，重点防止漏振和施工缝处理。拆模后，及时清理楼层垃圾，尽快按施工方案进行养护。按GB50666—2011《混凝土结构工程施工规范》相关规定：利用矿渣硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥制成的混凝土，不应少于7d；利用缓凝型外加剂配制的混凝土，不得低于14d；抗渗混凝土、强度等级C60及以上的混凝土，不应少于14d。相关试验表明，增强混凝土的抗碳化能力与混凝土早期养护有着极大的关系，因此如不能保证及时养护，可采取延迟拆模的方法。
        结语
        综上所述，在混凝土的施工过程中，混凝土会发生大量的化学反应，其处于一个不断的运动之中。混凝土的碳化现象对混凝土的最大的不利影响就是降低混凝土结构的耐久性，影响建筑的寿命。为此，施工单位要正视混凝土的碳化现象，认真地研究分析影响混凝土碳化的水泥、施工质量，施工环境等多个因素，有效防止和处理混凝土的碳化现象，以此推动建设工程质量的提升。
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