混凝土碳化的影响因素及其控制措施

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混凝土碳化的影响因素及其控制措施

潢川县建设工程质量监督站 张震 兰皓

混凝土碳化是影响温凝土结构耐久性的重要原因之一，通过对混凝土碳化机理以及影响因素的分析，我们可以采取更好的相关控制措施来减少碳化的危害。

空气、土壤或地下水中酸性物质，如CO2 、HCl 、SO2 、Cl2 深入混凝土表面，与水泥石中的碱性物质发生反应的过程称为混凝土的中性化。混凝土在空气中的碳化是中性化最常见的一种形式，它是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用很复杂的一种物理化学过程。在某些条件下，混凝土的碳化会增加其密实性，提高温凝土的抗化学腐蚀能力， 但由于碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜， 使混凝土失去对钢筋的保护作用，给混凝土中钢筋锈蚀带来不利的影响。同时，混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。由此可见，混凝土的碳化对钢筋混凝土结构的耐久性有很大的影响。因此， 混凝土碳化机理、影响因素及其控制的分析很重要。

一、混凝土的碳化机理

混凝土的基本组成材料为水泥、水、砂和石子，其中的水泥与水发生水化反应，生成的水化物自身具有强度(称为水泥石) ， 同时将散粒状的砂和石子粘结起来，成为一个坚硬的整体。混凝土的碳化，是指水泥石中的水化产物与周围环境中的二氧化碳作用，生成碳酸盐或其他的物质的现象。碳化将使混凝土的内部组成及组织发生变化。由于混凝土是一个多孔体，在其内部存在大小不同的毛细管、孔隙、气泡，甚至缺陷等。空气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中，而后溶解于毛细管中的液相，与水泥水化过程中产生的氢氧化钙和硅酸三钙、硅酸二钙等水化产物相互作用，形成碳酸钙。所以，混凝土碳化也可用下列化学反应表示:

CO2 + H2O H2CO3

Ca (OH) 2 + H2CO3 CaCO3 + 2H2O

3CaO·2SiO2·3H2O + 3H2CO3 3CaCO3 + 2SiO2 + 6H2O 2CaO·SiO2·4H2O + 2H2CO3 2CaCO3 + SiO2 + 6H2O 可以看出，混凝土的碳化是在气相、液相、和固相中进行的一个复杂的多相物理化学连续过程。

二、影响混凝土碳化的因素

混凝土的碳化是伴随着CO2 气体向混凝土内部扩散，溶解于混凝土孔隙内的水，再与水化产物发生碳化反应这样一个复杂的物理化学过程。所以，混凝土的碳化速度取决于CO2 的扩散速度及CO2 与混凝土成分的反应性。而CO2 的扩散速度又受混凝土本身的组织密实性、CO2 的浓度、环境温度、试件的含水率等因素影响，所以碳化反应受混凝土内孔溶液的组成、水化产物的形态等因素的影响。这些影响因素主要可归结为与混凝土自身相关的内部因素和与环境有关的外部因素，当然，除此之外还存在一些其他因素。

1、内部因素（1）水泥用量（2）水泥品种（3）水灰比

（4）混凝土抗压强度

（5）集料品种和级配

（6）施工质量及养护方法对碳化的影响2、外部因素（1）光照和温度（2）相对湿度（3）CO2 的浓度

（4）氯离子浓度的影响3、其他因素

（1）不同应力状态对混凝土碳化的影响

混凝土试件在不同应力状态下其碳化速度有所不同(如表1 所示) 。通过对混凝土施加荷载后进行快速碳化试验研究，我们可以在实际工程中对不同受力构件采取不同的防碳化措施，提高混凝土的耐久性。

混凝土施加应力之后对内部的微细裂缝起到了抑制或扩散作用。微细裂缝的存在使CO2 容易渗透，引起碳化速度加快，但施加了压应力之后，使混凝土的大量微细裂缝闭合或宽度减小，CO2 的渗透速度减慢，从而减弱了混凝土的碳化速度。当然，混凝土中的压应力过大时，也可使是混凝土产生微观裂缝，加速碳化过程；相反，施加拉应力后，混凝土的微裂缝扩展，加快了混凝土的碳化速度。另外，碳化速度随时间的增长也越来越慢。

（2）裂缝对混凝土碳化的影响

混凝土机构的劣化破坏过程，多是由于各种有害物质从外部向内部的渗透或迁移作用。因而混凝土结构的抗渗性是反应其耐久性的一个综合性指标。裂缝的存在将直接影响到混凝土的渗透性与耐久性，并且由于碳化能够通过裂缝较快的渗入到混凝土内部，因而裂缝处混凝土的碳化速度要大于无裂缝处。

三、混凝土碳化处理措施1、碳化处理方法

对碳化深度过大，钢筋锈蚀明显，危及结构安全的构件应拆除重建；对碳化深度较小并小于钢筋保护层厚度，碳化层比较坚硬的，可用优质涂料封闭；对碳化深度大于钢筋保护层厚度或碳化浓度虽较小但碳化层疏松剥落的，应凿除碳化层，粉刷高强砂浆或浇筑高强混凝土；对钢筋锈蚀严重的， 应在修补前除锈，并根据锈蚀情况和结构需要加补钢筋，防碳化后的结果，要达到阻止或尽可能减慢外界有害气体进入混凝土内侵蚀，使其内部和钢筋一直处在高碱性环境中。

2、防碳化措施

目前，防碳化处理多采用涂料封闭法，主要使用环氧厚涂料，呋喃改性环氧涂料、丙稀酸涂料等。使用涂料时要考虑涂料与混凝土间的粘结力；涂料是否抗冻、抗晒、抗雨水侵蚀；涂料的收缩、膨胀系数是否与混凝土接近。对与混凝土结构变形缝的缝面处理，水上部分的变形缝可用华东水利设计研究院研制的SR 嵌缝膏进行表面封闭；对水下部分的变形缝，可采用南京水利科学研究院制的SBS 改性沥青灌注封闭。另外，考虑钢筋混凝土结构有足够的保护层厚度是最常用的保护钢筋不遭锈蚀的一种方法。

设计时应合理设计混凝土配合比，施工选择模板应尽可

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浅谈黄河冲淤积平原土的工程特性

宿迁市建筑设计研究院有限公司 邱龙

摘 要：黄河冲淤积平原土是我国特有的一种土质，国内在黄河冲淤积土的动力特性、土的固结与变形特性、土的渗透特性等方面开展了部分研究，并取得了一定的成果。本文介绍了黄河冲淤积粉土的压实性状和压实机理和地基沉降规律。

关键词：黄河 平原土 特性

一、黄河冲淤积平原土的成层结构距今约10万年，黄河携带大量黄土高原的泥沙进入山东境内。随地壳振荡式下沉，河身的反复摆荡，开始了塑造黄河冲（淤）积沉积平原的历程。成土物源来自于黄土高原的黄土。进入全新世，黄河继续是塑造平原地形的物源。前9500-9000年开始，黄河冲淤积平原经历了全新世完整的海水进退旋回，于前2500年结束。在前6000年的海侵最盛时期，由于侵蚀基准面的上升，平原排水不畅，引起沼泽化现象，导致在漫滩低地上有一期普遍的淤泥沉积，造成了全新统地层一统三分的构造剖面。沉积厚约20m，上陆相层。0-9.4m、下陆相层17.75-22.99m 为粉土，亚砂土夹亚粘土，中间为9.14-17.75m 的海相黑灰色淤泥层。进入历史时期，黄河为人工堤约束，成为地上悬河。地貌上岗洼相间，呈垄状起伏。岸线以上区域，以微斜平地和滨海滩地为主，次为河滩地和河滩高地。沉沙表现为“高沙、洼淤、干胶泥（壤）”的一般规律。无论是垂直剖面还是水平方向上，均为粉砂土。粉土夹薄层粘土地层组成。积了粉质粘土层。从颜色上看，以褐土黄色，浅土黄色为主，这是由于含大量石英、长石、伊利石、云母类原主浅色矿物造成的，褐土红色则是未水化的氧化铁染成的。

二、黄河冲淤积粉土的压实性状和压实机理

1、根据黄河冲淤积粉土的颗粒组成不同，其标准重型击实曲线呈现不对称双驼峰或单峰特点，饱和曲线（Va=0）偏离击实曲线较远，显示了级配不良粉性土压实后空气体积率仍较大的特点。这是与粘性土最大的区别，也表明压实后的粉土中孔隙气体体积仍较大，孔隙

发育。

2、在90%的压实度下，黄河冲淤积粉土中孔隙气体体积较大；压实度由95%增至98%，土的密实度增幅最大。这说明，在90%的压实度下，黄河冲淤积粉性土存在着明显的排气、排水与颗粒移位排列过程，强度偏低，具有较大的压缩性，这是引起路基的工后不均匀沉降变形的原因之一。提高路堤90区的压实度，特别是将路基土的压实度由95%提到98%，可有一效提高路堤的强度与抗变形能力。

3、由于粉土的颗粒分布存在严重缺陷，砂粒和粉粒之间的空隙没有更多的细小粘粒来填充，球状颗粒形成近乎等粒堆积的“搭积木”式的构架，在压实过程主要表现为颗粒的重排列，击实功的作用在于促使颗粒错位和移动，使土中孔隙率降低，几乎表现不出土中孔隙气体的排出。过高的压实能量对于提高粉土的干密度并没有良好的效果。由于在较大的击实功下达到最大干密度时，土中的孔隙率n=36%，空气体积率Va 高达10-12%，土中仍保留有与大气连通的孔隙，压实后的黄河冲淤积土的毛细作用仍强烈，土仍具有冻敏性。

三、黄河冲淤积平原区地基沉降规律

在黄河冲淤积平原地区，地基土质以级配极差、孔隙率较高、压缩性较大的粉质土为主，且地下水位高，局部区域层间常常夹杂厚度不一软泥层，因此，地基沉降在总沉降中所占的比例更大。计算发现，按现行的压实标准，路基高度由2m 增加至20m，地基沉降量占高速公路总沉降的比例在78-96%之间。过大的地基的沉降变形是引起桥头跳车、路面开裂等道路病害重要原因之

一。分析黄河冲淤积平原地区公路地基的变形规律，特别是在新的路基压实标准下，不同填高路基的沉降值、沉降速率及在不同阶段（施工期、施工后）沉降量完成的百分比，对高速公路路基施工进度、后期施工安排、公路质量检测、减少路面病害如处理桥头跳车等问题具有重要的指导意义。

对于黄河冲积平原地区的粉性土地基，在路基填筑过程中，地基的沉降变形随时间的增加呈线性增长。不同填高的路基，施工期结束时地基的沉降变形随路基填高的增加而增大。

对于黄河冲积平原地区的粉性土地基，在路基施工结束之后，地基的沉降变形随时间增加呈曲线增长，路基施工结束后的地基沉降速率小于施工期内的沉降速率，且沉降速率逐渐降低最终达到稳定。随着路基填高的增大，地基在路基施工结束后最终达到稳定时产生的沉降变形也逐渐增大。

四、结论

黄河冲淤积平原土是我国特有的一种土质，具有较差的工程性能。基于其特殊性，系统地研究这种土的工程特性，对于解决区域内土木、水利工程建设，特别是高速公路建设中的关键技术问题，减少黄河冲淤积平原区公路的早期病害，提高公路的使用质量，延长公路的使用寿命，降低工程建设和养护费用，节约环境资源，具有重要的理论、社会和经济意义。

参考文献：

[1] 赵俊明、石名磊、张宏：《沉降量预测方法及应用》，《中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集》，2003年。

能选择钢材、胶合板、竹林、塑料等材料制成的模板。若选择木模板应控制板缝宽度及表面光滑度。模板固定时要牢固， 拆模应在混凝土达到一定强度后方可进行；施工中混凝土应

用机械震捣，以保护混凝土密实性；混凝土浇注完毕后，应用草料等加以覆盖，并根据情况及时浇水养护混凝土。