混凝土碳化研究综述

资料大小：550KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2022-03-03

资料介绍

混凝土碳化是混凝土耐久性研究极其重要的一个内容，对混凝土碳化机理、影响因素、碳化模型及其预防处理措施进行了综述。
国内外学者从不同角度研究了混凝土碳化机理，所得结论基本一致。影响混凝土碳化的因素较多，主要是：材料因素、环境因素和施工因
素。混凝土碳化深度与碳化时间的平方根成正比，形式如下：x~--k·、厂￡。对碳化系数的研究形成了不同的碳化模型：基于气体扩散理论
的理论模型和基于试验结果的经验模型以及基于扩散理论和试验结果的模型。
关键词：碳化；机理；影响因素；碳化模型
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： l002—3550(2010)Ol一0040—05
Overview of the research for concrete carbonation
X／A O Jia，GOU Cheng-fu
(School ofCivilEngineering andArchitecture，Central SouthUniversity，Changsha410075，China)
Abstract： The carbonation of concrete is a very important aspect of the research on concrete durability，the mechanism of carbonation、the
influence factors ofcarbonation、the carbonation models and some m easures are sum up．The m echanism ofcarbonation is studied at a different angle
bydomestic andoverseas scholars．butthe conclusioniSthe samegenerally．Theinfluencefactorofconcrete carbonation canbedividedintomateria1
factor、environm entalfactorand constructionfactor．The carbonationdepthisproportionaltoth e square rootofthecarbonationtime，form asfollows：
’ V f．The carbonation COefficient is determined from different aspects，SO the carbonation models differ：the theory model based Oil the gas
diflusion theory．th e empirical model based on the test results an d the model based on the diffusion theory and test results．
Key w ords： carbonation：mechanism ：influence factor；carbonation model
0 引言
混凝土的碳化是指空气中的酸性气体 CO：与混凝土中的
液相碱性物质发生反应，使得混凝土碱性下降和混凝土中化学
成分改变的中性化反应过程。当中性化深度大于混凝土的保护
层厚度，就会破坏保护层下钢筋表面的钝化膜，在钝化膜被破
坏后，伴随着水和空气的共同作用，钢筋就会出现锈蚀。锈蚀产
生的体积膨胀将导致钢筋长度方向出现纵向裂缝，并使保护层
剥落，继而使得构件的截面减小、承载能力降低，最终将使结构
构件破损或者失效ll】。
2006年全球大气中的二氧化碳平均浓度为 381．2 ppm，比
2005年升了053o／'j2]。2008年的二氧化碳平均浓度为 394ppm[31，
预计到 2090年浓度将达到 1 000 ppm[4]。可见，空气中二氧化碳
的浓度正呈现出逐年上升的趋势。同时，T厂排泄的废液和废
渣也可使地下水中的 CO 和 SO 的浓度增加。因此，混凝土的
碳化是一个不可忽视的问题，研究混凝土的碳化有其实际意义。
1 混凝土的碳化机理
在大气环境下，CO 与混凝土中的碱性物质的反应是一个
很复杂的物理化学过程。水泥水化后的产物为氢氧化钙、水化
硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等，其稳定存在的pH值分
别为【5]：12．23、10．4、l1．43、10．17。混凝土的孔隙水为氢氧化钙饱
收稿日期：2009-09-24
· 40 ·
和液，其 pH值约为 12-13，呈强碱性。
在水泥水化过程中，由于化学收缩，自由水蒸发等诸多原
因，在混凝土内部形成了许多大小各异的孔隙，大气中的二氧
化碳便通过这些孑L隙向混凝土内部扩散，并在水的参与下形成
碳酸。碳酸与水泥水化过程中产生的可碳化物质发生反应，生
成碳酸钙和其他物质。
由于碳化作用，氢氧化钙变成了碳酸钙，水泥石的原有强
碱性逐渐降低，pH值降至 8．5左右，称这种现象为中性化。国内
外研究表明嘲，对于混凝土中的钢筋，存在两个临界 pH值，其一
是 pH=9．88，这时钢筋表面的钝化膜开始生成，或者说低于此临
界值时钢筋表面不可能有钝化膜的存在，即完全处于活化状态；
其二是 pH=l 1．5，这时钢筋表面才能形成完整的钝化膜，或者说
低于此临界值时钢筋表面的钝化膜仍是不稳定的。因此，要使混
凝土中的钢筋不锈蚀，则混凝土的 pH值必须大于 1 1．5。
前苏联的一些学者在研究了这个多相物理化学过程的基
础上，得到了碳化过程受二氧化碳在混凝土孔隙中扩散控制的
结论，并由 Fick第一扩散定律推导得到了经典混凝土碳化理论
模型m。Houst等学者从孔结构和孔隙率等方面对碳化的影响
研究了水泥砂浆的碳化机理，同时对t昆凝土含水量对 CO：在硬
化水泥浆中扩散的影响作了相应的研究。Pa丌0t 用热重分析法
研究了混凝土碳化前缘的物质浓度梯度问题。叶绍勋㈣根据热
力学原理，计算比较了水泥硬化浆体中液相和固相水化产物碳