浅谈混凝土的碳化

2020年6月2日08:17:57 2 59,636

中铁五局第四工程有限责任公司   刘华平

摘要:混凝土碳化作用能提高其表面硬度,现行无损检测规程将碳化作为回弹法测强的一个修正参量来换算。在实际过程,由于一些原因造成表面硬度并未增加,碳化深度反而增加较大,会使混凝土强度修正偏低。因此本文就碳化形成若干因素进行分析,以及如何加以防治,使回弹检测修正更加准确。

关键词:混凝土  碳化   回弹检测   防治

1  引言

随着国家和地区的经济高速发展,基建设施不断增多,混凝土作为结构材料被广泛应用。混凝土的耐久性和实体质量检测也成为本领域所关注的内容。

实体质量检测中,回弹法检测混凝土强度是我们常用的一种检测方法。在检测过程中我们发现混凝土碳化深度对检测结果有很大的影响,甚至得出的检测结果与混凝土取芯结果相差达到20MPa。在此过程中我们对混凝土的碳化做了深入的思考,发现混凝土碳化除了影响回弹结果的准确性之外,也对混凝土的耐久性存在着负面影响,另外也反映出施工过程中存在的问题和以往未关注的细节。

本文主要从混凝土碳化产生的原因,对混凝土耐久性的影响及对回弹法检测结果影响出发,分析问题原因,思考解决问题的方法,希望能够为提升混凝土工程质量提供帮助。

2  碳化形成机理及危害

2.1碳化形成机理

混凝土中的胶凝材料主要是由水泥组成,水泥主要含有Ca0、Si02、Al203、Fe203、石膏和其他混合材料等。水泥熟料矿物成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙,这些成份水化后的产物中都有氢氧化钙。当空气中的二氧化碳渗透到混凝土内部孔隙中时,与水化产物氢氧化钙生成碳酸钙,就是混凝土的碳化。

2.2碳化对混凝土的危害

混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化,碳化后的硬度会略有增加。但是,本行业的人都了解,混凝土之所以可以与钢筋一起工作,除了混凝土的热膨胀系数与钢筋接近之外,另一条重要的原因是混凝土可以为钢筋提供碱性环境,保护钢筋不锈蚀。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙,使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液,其碱性介质对钢筋有良好的保护作用,使钢筋表面生成难溶的   Fe23和Fe34,称为钝化膜。碳化后使混凝土的碱度降低,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。当钢筋锈蚀后,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,从而又加速了碳化和钢筋的锈蚀,形成恶性循环。

所以,碳化对混凝土质量的危害可归结为一点:加速了钢筋锈蚀,缩短结构寿命。

3  影响混凝土碳化的因素

混凝土碳化速度和碳化深度的因素多个方面,我们从碳化的作用机理开始分析,列举出影响混凝土碳化的因素。

3.1 混凝土配合比

   我们在检测中发现,浇筑完48小时脱模并暴露在空气中的混凝土,C50混凝土两个月的碳化深度为0.5~1.0mm,而C30的混凝土有2.0~5.0mm。这并不是因为标号越高的混凝土越不容易碳化,是因为C50混凝土2天龄期强度有35~40MPa,C30大约10MPa左右,这时前者的密实度大于后者,后者的空隙更多,所以CO2更容易进入,使后者碳化速度更快。这是在相同的养护和环境条件下,低标号混凝土更容易碳化的原因。

3.2 混凝土的密实度

混凝土浇筑过程中振捣不密实会造成混凝土存在大量宏观上的空隙,这些空隙无疑为二氧化碳和水进入混凝土中提供了一条“高速公路”,相当于为混凝土碳化打开通道。我们在检测中发现,在同一板混凝土中振捣密实与不密实的部位对比,3个月龄期的碳化深度相差达2~5mm,振捣不密实的部位更加容易碳化。

3.3混凝土养护

众所周知,混凝土水化是一个缓慢的过程,在水化前期,混凝土中密实度远远低于后期,大量的自由水使混凝土内部存在很多空隙(当然这种空隙相对于振捣不密实的空隙要小很多)。这些空隙会使CO2更容易侵入混凝土内部,使混凝土碳化,但随着混凝土水化的进行,混凝土会越来越密实,CO2的侵入会更加困难。所以如果混凝土脱模时间过早,或者过早与空气接触,都会使混凝土碳化加速。这也是我们经常遇到隧道二衬混凝土碳化深度较大的原因。而包裹养护超过14天的墩身,3个月龄期的碳化深度大多数小于2.0mm。我们曾遇到过一组二衬混凝土,因为特殊原因,混凝土浇筑结束一个月后才脱模,我们在3个月龄期时检测混凝土碳化是0.0mm。

综上三条所述,混凝土碳化速度过快的根本原因是混凝土在没有足够密实的情况下与空气接触,不能有效阻止二氧化碳的侵入。

4碳化对回弹法检测的影响

近年来我们在实际的检测过程中,采用回弹法检测混凝土强度时发现,回弹检测结果与实际取芯强度存在很大差异,尤其是采用碳化深度修正后的结果。这也给我们的工作带来了一些困惑,所以在这里有必要将这件事做出深入的讨论。为此,我们专门设计了一组试验作为对比:

采用C35混凝土,制作150mm×150mm×150mm立方体试件8组,同条件试件4组、标养试件4组。非标准试件为50cm×50cm×250cm,制作一块,用于回弹和钻芯取样。

分别在龄期14天、28天、56天、90天进行标养、同条件抗压试验。同时在龄期14天、28天、56天、90天在非标准试件上进行回弹检测和钻芯取样检测。另在实体14天、28天、56天、90天进行回弹。试验结果见表1,与标准养护试件检测结果差值和标准试件检测结果百分比见表2。

表1   四种检测方法试验结果

浅谈混凝土的碳化

表2  与标准养护试件检测结果差值和标养试件检测结果的百分比(%)

浅谈混凝土的碳化

通过表2数据比较,龄期14天,三种检测方法与标准养护差值百分比均未超过±10%。从龄期28天开始,三种检测方法区别增大,同条件法、钻芯取样与标准养护差值百分比都在±10%之内。28天以后,回弹法(计算碳化)与标准养护差值百分比超过±10%,56天龄期回弹法(计算碳化)检测结果低于标准养护和钻芯取样20%以上。

不难看出,回弹法检测所得出的结果与实体钻芯取样差距较大,计算碳化时结果偏差更大,所以回弹法检测混凝土的强度具有一定的局限性,虽然操作方便,但结果只可作为参考,不可以作为评判依据。

另外,对于回弹法检测还有一点需要说明。回弹法的基础理论模型是通过测试混凝土表面硬度来推断混凝土强度,前提是混凝土是均匀密实的,内部和表面的强度是一致的。混凝土碳化之后硬度会相对增加,所以要通过碳化深度来折减作为修正。实际工程中经常有混凝土养护不到位的情况,混凝土表面因大量失水不能继续水化,表面强度不能继续增加,加之碳化深度较深,回弹检测的结果往往远低于实际取芯强度。这种情况实际是混凝土养护不到位造成混凝土碳化深度过深和表面强度较低,与回弹这一方法无关。

5 混凝土碳化的防治措施

5.1混凝土浇筑过程

混凝土浇筑过程中,应对混凝土充分振捣,振捣时间以混凝土不再沉落,表面出现浮浆及时停止,防止过振分层。另外混凝土冷缝位置会使二氧化碳容易侵入,所以应采取充分措施,保证混凝土连续浇筑,避免形成冷缝。总之在浇筑过程中要保证混凝土能够均匀密实,避免大量空隙形成。

5.2混凝土养护

混凝土养护过程中减缓混凝土碳化的唯一措施是隔离空气。隔离空气可采用塑料薄膜包裹养护或涂刷养护液,一般C50及以上混凝土养护5天以上,二氧化碳就很难侵入了。C30~C45视强度增长速度,养护7~14天,冬季适当延长养护的时间。值得一提的是洒水养护仅仅是补充混凝土表面失水,避免干燥开裂,对控制混凝土碳化没有作用,不可以用洒水养护替代包裹养护,更不用说保温养护,洒水不是混凝土养护的全部工作。

6  结论

综上所述,影响混凝土碳化速度的因素是混凝土的密实度;混凝土碳化的危害是减弱了对钢筋的保护作用,使钢筋更容易锈蚀,降低结构寿命;混凝土在养护不到位的情况下加速碳化,会使混凝土回弹检测结果失真;控制混凝土碳化就要阻止混凝土在低密实度情况下与空气接触,混凝土的振捣和脱模后养护至关重要。

参考文献

[1]《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T 23-2011

[2]《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)

[3]王博.混凝土碳化机理及其影响因素

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    • 四水砼研 四水砼研

      实际跟作者说的一样,碳化大了回弹值明显是低了,而不是碳化大表面强度提高,再经过碳化深度的折算得出的构件强度就失真了,会跟实际抽芯做抗压数据差别很大。

        • 朱永清 朱永清

          是的