水泥混凝土课程设计

《水泥混凝土的碳化》

设计报告

姓名：谢文才

学号：09140206

班级：09级2班

专业：材料科学与工程

指导教师：熊出华

时间：2012.06.11

重庆交通大学土木建筑学院

目录

1设计目的 (3)

2设计题目描述 (3)

3设计报告内容 (3)

3.1混凝土碳化机理 (3)

3.2影响混凝土碳化的因素 (4)

3.3延缓混凝土碳化的措施 (5)

3.4混凝土碳化模型和实验方法 (6)

4结束语 (6)

5参考文献 (7)

一、设计目的

根据老师课堂讲授内容，对所学到的知识理解、整合、掌握。教材上讲解混凝土碳化的内容很少，通过查找与其有关的资料，对混凝土碳化这方面做一个深刻的认识。在查阅资料过程中深刻理解混凝土碳化的机理、影响因素以及防治措施和碳化发面的实验，这样能让自己在这块内容上掌握得更好，并且能在今后的工作中得到运用。

二、设计题目描述

混凝土的碳化，是指混凝土中的Ca(OH)2与空气中的CO2起化学反应，生成中性的碳酸盐CaCO3。未碳化的混凝土呈碱性，混凝土中钢筋保持钝化最低（临界）碱度是PH值为11.5，碳化后的混凝土PH值为8.5～9.5。碳化使混凝土的碳度降低，同时，增加混凝土孔隙溶液中氢离子数量，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CO2得以顺利的进入混凝土内，从而加速了碳化和钢筋的锈蚀

三、设计报告内容

1 混凝土碳化机理

1.1混凝土碳化机理

碳化过程是二氧化碳由混凝土表面向内部逐渐扩散深入。碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化，二氧化碳的作用不仅对水泥石中的氢氧化钙发生反应，而且由于氢氧化钙浓度的降低，将要侵蚀和分解水泥石中所有的水化产物，形成硅胶和铝胶，从而对混凝土的化学性能和物理力学性能产生明显的影响，主要是对混凝土碱度、强度和收缩产生影响。

其化学反应方程式如下：

H 2O + CO

2

= H

2

CO

3

Ca(OH)

2 + H

2

CO

3

= CaCO

3

+ H

2

O

3C a·2SiO

2·3H

2

O + 3H

2

CO

3

= 3CaCO

3

+ 2SiO

2

+ 6H

2

O

2Ca·SiO

2·4H

2

O + 2H

2

CO

3

= 2CaCO

3

+ 2SiO

2

+ 6H

2

O

（1）钢筋混凝土结构中钢筋处于水泥石的碱性环境中，在钢筋表面生成一层钝化薄膜，钝化薄膜能保护钢筋免于锈蚀，如果钢筋的碱性环境由于碳化而成中性，则钝化膜破坏，从而导致钢筋锈蚀；

（2）碳化作用生成碳化钙、硅胶、铝胶及游离水，从而引起收缩，在混凝土表面产生拉应力，如果拉应力超过混凝土的抗拉强度，则会产生微细裂纹，观察碳化混凝土的

切割面，细裂纹的深度与碳化层的深度是一致的。细裂纹的产生导致混凝土抗拉、

抗折强度降低；

（3）碳化作用能产生游离水，有助于水泥的水化作用，因此使混凝土的抗压强度提高

2 影响混凝土碳化的因素

2.1 内因

①水泥的品种和用量

水泥品种是影响混凝土碳化的主要因素, 水泥品种的不同意味矿渣水泥和粉煤灰水泥中的掺合料有活性氧化硅 ( SiO2)和活性氧化铝, 它们和氧化钙结合形成具有胶凝性的活性物, 降低了碱度, 因而加速了混凝土表面形成碳酸碳的过程, 因而碳化速度较快。相对而言, 普通水泥碳化速度慢一些。水泥的用量直接影响混凝土吸收 CO2 的量, 水泥的用量越大混凝土吸收 CO2 的量越大。增加水泥用量可以改变混凝土的和易性, 提高混凝土的密实性; 另一方面还可以增加混凝土的碱性含量。因此水泥用量越大, 混凝土强度越高, 碳化速度越慢。

②水灰比

在进行混凝土配比设计时, 水灰比的确定需要考虑混凝土结构所处的环境, 考虑这一因素也是与耐久度有关, 适当的水灰比能保证混凝土的密实, 透气性小, 碳化速度慢。若用水量大, 水泥完全水化后, 多余的游离水在混凝土内部形成大量的空隙, 降低混凝土强度, 且多余的游离水逐步蒸发后造成混凝土体积收缩, 产生裂缝, 加速了混凝土的碳化。

③集料的品种和级配

混凝土中的集料的品种和级配不同, 其内部孔隙结构差别很大, 直接影响混凝土的密实性, 总的来说, 天然砂、砾石、碎石比水泥浆透气性小, 因此混凝土中的碳化主要是通过水泥浆进行。但是在轻骨料混凝土中, 由于轻质骨料本身的气泡透气性大, 所以通过骨料使混凝土碳化。

④外加剂

混凝土是一种多孔性的材粒, 适当的掺用减水剂、高效减水剂可以有效的改善混凝土的工作性, 从而有利于混凝土的均匀性和密实性。但在外加剂掺用时应注意不同外加剂之间的匹配、外加剂与水泥的相容性及外加剂的之间的成分、掺量等。在钢筋混凝土结构中应严格控制率离子的引入, 以免对钢筋产生锈蚀, 造成体积膨胀, 造成混凝土开裂加速碳化和钢筋锈蚀。

2.2外因

①环境因素

因为碳化反应上液相反应, 十分干燥的混凝土即一直处于相对湿度小于 25%的空气中的混凝土很难碳化;在湿度为 50%- 75%的大气中, 不密实的混凝土最容易碳化; 但在空气湿度大于 95%或水中的混凝土反而很难碳化, 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, 混凝土碳化也就越快; 反之则愈慢。

②浇筑与振捣工艺

振捣良好的混凝土表层大孔隙很少，易从潮湿的空气中吸取水分而充满水，故不易碳化；所以越是密实的混凝土其抗碳化能力越高。如果混凝土浇筑时不规范，特别是振捣不密实，欠密实的混凝土表层中大孔隙较多，大孔隙无法存储水，C O2 可以由气相扩散到充满水的毛细孔隙而完成碳化。

③养护质量

混凝土养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因素。如养护方法不当、养护时