关键词: 中性化, 混凝土, 水灰比, 对策
混凝土中性化破坏普遍存在于桥梁、码头、水利工程和工业厂房等钢筋混凝土结构中。 据调查, 华南地区 18 座海港码头中,因中性化效应引起的工程破坏率占 89%。 所谓混凝土结构中性化是指大气中的 CO 2 或其他酸性介质不断向混凝土内部扩散, 并与其中的碱性水化物 Ca( OH) 2 发生化学反应的过程。
1 破坏机理
中性化过程是酸性介质由表及里向混凝土内部逐渐扩散、反应的复杂的物理化学过程, 主要的反应方程如下:Ca ( OH) 2 +H 2 O+CO 2 =CaCO 3 +2H 2 O ( 1)式( 1) 是由于碳化反应而使混凝土中性化。 中性化后混凝土碱度降低, 当 pH<10 时, 钢筋钝化保护膜被破坏, 随着氧和水的渗透, 产生腐蚀和破坏, 并且可能直接对混凝土材料造成破坏, 降低耐久性。
2 影响因素分析
影响混凝土中性化的因素是多方面的, 见图 1。
图1
2. 1 水泥和养护条件
水泥的用量直接影响混凝土吸收 CO 2 的量, 水泥的用量越大混凝土吸收 CO 2 的量越大。 增加水泥用量, 一方面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, 中性化速度越慢。 水泥品种的不同对混凝土的中性化影响也不同: 早强水泥<普硅水泥<掺合料水泥。养护条件对中性化速度的影响很大, 特别是含掺合料的水泥, 养护充分, 密度大, 抗中性化效果越好, 见图 2。
2. 2 水灰比
水灰比是决定混凝土性能的重要参数, 对混凝土中性化速度影响极大。 水灰比一定程度上决定了 CO 2 在混凝土中的扩散速度, 水灰比越大, 孔隙率越高, CO 2 扩散越容易, 混凝土中性化速度越快, 如图 3 所示。当水灰比小于 40%时, 混凝土中性化问题可不考虑。
2. 3 饰面材料
混凝土表面的饰面材料, 均能抑制中性化速度。 但饰面材料品种多 , 施工离散性大, 且饰面也经时劣化, 严格掌握饰面材料对中性化的抑制很困难。 通过对现有建筑物的调查, 透气性越小的饰面, 抑制中性化的效果越好。如石材、瓷砖比抹灰的效果好的多。
2. 4 施工质量
混凝土施工质量对混凝土的中性化速度也有很大的影响, 混凝土浇筑、振捣和养护不仅影响混凝土的强度, 而且直接影响混凝土的密实度。 实际调查结果表明, 在其他条件相同时, 施工质量好, 混凝土强度高, 密实度好, 其抗中性化性能强; 施工质量差 ,混凝土表面不平整, 内部有裂缝、蜂窝、孔洞等, 增加了 CO 2 在混凝土中的扩散路径, 使混凝土的碳化速度加快。
2. 5 环境条件
影响混凝土中性化速度的环境因素有: 碳酸气的浓度、温度和湿度等。 碳酸气的浓度大, 中性化速度快; 温度高, 中性化速度快。对于湿度来说, 相对湿度的变化决定着混凝土孔隙水饱和度的大小。 湿度较小时, 混凝土处于含水率较低的状态, 虽然 CO 2气体的扩散速度较快, 但由于中性化反应所需水分不足, 故中性化速度较慢。 湿度较高时, 混凝土的含水率较高, 阻碍了 CO 2 气体在混凝土中的扩散, 故中性化速度也较慢。 相对湿度接近100%时, 中性化速度可能变为 0。 当相对湿度为 50%～ 70%时 ,混凝土的中性化速度最快。
3 防治对策
3. 1 新建建筑物的对策
1)混凝土材料与配比的选择。 选择合适的水泥品种, 粗细适当、级配良好的抗酸性骨料。 适当加入外加剂及添加剂, 增加混凝土的密实程度, 提高强度。 选择合适的配合比 , 控制拌和加水量。
2) 精心的施工和养生。 选择气候条件适宜的时间对要求较高的部位进行施工, 在恶劣条件下不施工或必须采用相应的防护措施; 混凝土浇筑成型时要充分捣实, 不要产生蜂窝、麻面; 要充分进行湿养生。
3) 确保钢筋保护层厚度。 考虑到配筋设计时保护层厚度的离散性, 必须有保护层最小值的限制。 施工时, 钢筋加工, 绑扎的精度以及安装模板的精度要充分注意, 尽可能使保护层厚度的离散性小一些。
4) 在混凝土表面涂上保护层, 使内部混凝土与外部的大气隔绝, 可有效地防止或减缓中性化进程, 如涂刷水玻璃。 硬化后的水玻璃, 除填充混凝土孔隙外, 还可在结构表面形成致密的保护层; 涂环氧—呋喃树脂有机材料、油漆、沥青材料等, 都可保护混凝土 , 减缓其中性化进程。
5) 使用对中性
化抑制效果大的饰面材料, 即透气性小的饰面材料, 但必须要注意饰面材料本身的耐久性。
6)整个建筑物达到目标的使用年数时, 要建立保全计划, 并在日常管理中实施。
3. 2 中性化进行过程中的措施
1)在混凝土受中性化进行过程中, 尚未达到钢筋腐蚀时, 抑制中性化作用是采用透气性小的饰面材料, 重新饰面。
2) 中性化深度已达到钢筋位置, 钢筋已开始锈蚀, 其对策应为抑制钢筋腐蚀。如保护层尚未开裂, 需使用透气性、透水性小的饰面材料, 重新施工。 如保护层已开裂, 则需要将开裂部分剔除, 对钢筋表面进行处理, 如喷涂环氧树脂等, 然后抹上水泥砂浆, 使用透水性、透气性小的材料做饰面。
4 结语
中性化是混凝土结构普遍存在的病害之一, 是引起钢筋混凝土钢筋锈蚀的原因之一。 因此, 必须引起人们对中性化造成混凝土开裂的重视。 对中性化造成混凝土结构的开裂破坏,“ 防”是最主要的。 只要选用材料得当 、加强施工质量监理、全方位提高施工组织队伍的整体素质, 解决工程质量的问题就能成为现实。
参考文献
1、董志明. 混凝土结构耐久性评估体系研究[ J] . 山西建筑 ,2007, 33( 16): 76 -77.
2、杨利伟, 王天稳. 混凝土碳化的影响因素及其控制措施[ J] .建筑技术开发, 2005( 2): 12 -13.
论文作者:刘培卓
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/10/12
标签：混凝土论文; 中性化论文; 水灰比论文; 材料论文; 保护层论文; 饰面论文; 水泥论文; 《基层建设》2015年17期论文;