浅谈混凝土回弹与碳化深度

摘要：碳化就是混凝土中的氢氧化钙和空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙和水的过程。本文浅谈了混凝土碳化的机理、原因及影响因素，简单阐述防止混凝土碳化的方法。

关键词：混凝土;碳化;回弹

前言：

新拌混凝土由于水化作用形成氢氧化钙，水泥浆在空气中硬化时，表层水化形成的氢氧化钙就会与空气中的二氧化碳生成碳酸钙，这被称为混凝土的碳化作用。碳化深度过深会降低混凝土的碱性，影响结构的耐久度。碳化深度主要与水灰比和周围环境有关。一般说来，水泥用量一定的时候，水灰比越大，碳化越快。当水灰比一定的时候，水泥用量越少，碳化越快。从碳化的定义我们可以看出如果水泥用量多的话，混凝土中的氢氧化钙越多碱性就越强，越不容易碳化。还有就是周围的环境，二氧化碳的浓度及湿度。非常潮湿和非常干燥的时候，混凝土都不易碳化。太湿可以隔离二氧化碳与氢氧化钙的反映，太干二氧化碳无法结合到水生成H2CO3(碳酸)，混凝土也不会碳化。

回弹检测混凝土强度是以混凝土的表面硬度来推断混凝土强度的.碳化会增大混凝土表面硬度，所以回弹判定其强度时需要检测碳化深度进行修正。

1、混凝土碳化机理及原因

1.1 混凝土碳化机理

拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份碳化钙水化作用后生成氢氧化钙，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的PH值为12.5～13.5。空气中的二氧化碳气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应。反应产物为碳化钙和水，碳化钙溶解度低，沉积于毛细孔中。该反应式为：Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的二氧化碳反应，一直到孔隙液的PH值降为8.5～9.0时，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与氢氧化钙进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。混凝土表层碳化后，大气中的二氧化碳继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散，更深入地进行碳化反应。

1.2 混凝土碳化原因

混凝土的主要成分有水泥、粗细骨料、水以及外加剂。水泥掺与混凝土的拌合中，水泥中主要成分是氧化钙，经水化作用后生成氢氧化钙 ，混凝土的碳化，是指混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳起化学反应，生成中性的碳酸盐碳酸钙 。未碳化的混凝土呈碱性，混凝土中钢筋保持钝化状态的最低(临界)碱度是PH值为11.5，碳化后的混凝土PH值为8.5～9.5。碳化使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，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。裂缝的产生使水和二氧化碳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。

2、影响混凝土碳化的因素

影响混凝土碳化的因素有环境因素、原材料因素、施工操作因素等。主要有以下几点：

2.1 环境条件

因为碳化是液相反应，十分干燥的混凝土即一直处于相对湿度低于25%空气中的混凝土很难碳化;在空气湿度50%～75%的大气中，不密实的混凝土最容易碳化;但在相对湿度95%的潮湿空气中或在水中的混凝土反而难以碳化，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，混凝土碳化也愈快;空气中二氧化碳浓度愈高混凝土碳化速度愈快。

2.2 水泥品种

一般说来，普通硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快，掺混合材料的水泥碳化速度更快，混合材料掺量越大，碳化速度越快。掺用优质减水剂或加气剂，可以大大改善混凝土的和易性，减小水灰比，制成密实的混凝土，使碳化减慢。尤其是加气减水剂，由于抗冻性提高，可以大大改善钢筋混凝土建筑物的耐久性。

2.3 骨料种类

混凝土中的骨料本身一般比较坚硬、密实，总的说来，天然砂、砾石、碎石比水泥浆的透气性小，因此混凝土的碳化主要通过水泥浆体进行。但是，在轻混凝土中，由于轻质骨料本身气泡多，透气性大，所以能通过骨料使混凝土碳化。一般说来，轻混凝土比普通混凝土碳化快，需要掺用加气剂或减水剂来减缓它的碳化速度。

2.4 水灰比

混凝土的碳化速度与它的透气性有很密切的关系，混凝土的透气性越小，碳化进行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，因而碳化速度就慢。同理，单位水泥用量多的混凝土碳化较慢。

2.5 浇筑与养护质量

密实的混凝土表层孔隙很小，易从潮湿的空气中吸取水分而充满水，故不易碳化;欠密实的混凝土表层中大孔隙内无水，二氧化碳可以由气相扩散到充满水的毛细孔隙而完成碳化。所以越是密实的混凝土其抗碳化能力越高。

混凝土浇筑与养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因素。如果混凝土浇筑时不规范，特别是振捣不密实，以及养护方法不当、养护时间不足时，就会造成混凝土内部毛细孔道粗大，且大多相互连通，严重时会引起混凝土再现蜂窝、裂缝等缺陷，使水、空气、侵蚀性化学物质沿着粗大的毛细孔道或裂缝进入混凝土内部，从而加速混凝土的碳化和钢筋腐蚀。

3、混凝土碳化的防治

3.1 在使用时合理选用水泥品种。对于水位变化区以及干湿交替作用的部位或较严寒地区选用抗硫酸盐普通水泥;对矿渣水泥和粉煤灰水泥要控制掺量，普通水泥掺粉煤灰，可以在水泥用量不变的情况下，再外掺粉煤灰取代部分砂子，或同时掺用粉煤灰的减水剂，即采用“双掺”的技术措施，这样可以提高混凝土的抗碳化能力。

3.2 选好合适的配合比，适量的外加剂，控制细骨料、粉料用量。分析骨料的性质，如抗酸性骨料与水，水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用。对于使用江砂的地方，砂的级配不合理，粉料较多，更应选择合适的配合比，控制水灰比。科学地搅拌和运输，及时地养护，以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀，确保混凝土的密实性。混凝土的密实度也是保证工程质量的关键因素。

3.3 碳化后的混凝土构件还可采用涂刷环氧基液的方法，对建筑物地下部分在其周围设置保护层;用各种溶注液浸注混凝土，如用溶化的沥青涂抹。对碳化深度较大的，可凿除混凝土松散部分，洗净进入的有害物质，将混凝土衔接面凿毛，用环氧砂浆或细石混凝土填补，最后以环氧基液做涂基保护。

综述：混凝土结构工程施工质量验收规范中规定：在混凝土试件强度评定不合格及结构实体检验中，可采用非破损或局部破损的检测方法，按国家现行有关标准的规定对结构构件中的混凝土强度进行推定。常用的有回弹法、超声回弹综合法、钻芯法、后装拔出法等，其中最常用的是回弹法。而回弹法中碳化深度对混凝土强度的推定值影响很大。由于碳化收缩，碳酸钙的生成能提高混凝土表面的硬度，在回弹法检测强度时提高了回弹值读数，而且碳化深度与混凝土的龄期接近正比，因此为了克服混凝土碳化及龄期对回弹法测强的影响，就把碳化深度作为一个参量来采用，使之成为一个反比的系数，当回弹值相当时，碳化深度值越大其对应的混凝土检测强度值越低。碳化是一个缓慢发展的过程，在进行混凝土结构及构件强度的检验时，为取得比较准确的混凝土的实际强度，应在28d后尽早进行，即在未碳化或碳化程度很小时进行。