混凝土回弹与碳化深度

混凝土回弹与碳化深度

Revised final draft November 26, 2020

应该是“混凝土碳化作用”，是指碳酸气或含碳酸的水与混凝土中氢氧化 钙作用生成碳酸钙的反应，正确地说，应是“碳酸化作用”，可是在国内已有 通称“碳化作用”的习惯。碳化作用通常是指C02气体的作用，它不会直接引 起混凝土性能的劣化，经过碳化的水泥混凝土，表面强度、硬度、密度还能有 所提高。混凝土碳化作用的机理，即：碳化过程乃是外界环境中的C02通过混 凝土表层的孔隙和毛细孔，不断地向内部扩散的过程。混凝土的碳化一定要有 水分存在。若在毛细孔的孔壁上附着一层含有Ca(0H)2的水膜，则碳化就从带 水膜的毛细孔壁开始。当环境的相对湿度为50—60%时，碳化的反应最快，可 是当孔隙全部为水分所充满时，也会妨碍C0 2的扩散。C02扩散的深度，通 常用来作为评价混凝土抗碳化性能的技术参数，因为表面暴露在大气之中的混 凝土，无论如何都免不了被碳化，只是碳化速度和抑制碳化进展的能力不同而 已。

碳化对混凝土的不利影响：混凝土碳化后强度硬度有所提高，但山于 碳化一般均在结构表面，深度不大，故对整体结构强度影响不大。但是混凝土 碳化后会产生体积收缩，当收缩应力超过混凝土表面抗拉强度时，会在表面产 生裂缝。潮湿空气进入裂缝使裂缝处的混凝土碳化收缩，继而使裂缝向混凝土 内部发展。当裂缝穿透混凝土保护层到达钢筋时，山于混凝土碱性降低，湿气 锈蚀钢筋，锈蚀严重时会胀裂保护层，加速锈蚀进程，最终有可能影响结构安

全。耐久性良好的混凝土应该具有一定的抗拉强度、良好的抗渗透性能及良好 的体积稳定性。

栓碳化指栓中的Ca(OH)2与空气中C02或水中溶的C02或其它酸性物质反 应变成C&CO3而失去碱性的过程。栓的碳化值指栓自表面的碳化深度。它是钢 筋保层厚度的依据。当栓失去碱性环境，钢筋就易锈蚀膨胀并胀裂磴，最终削 弱栓对钢筋的握裹力，导至钢筋栓构件的破坏。

混凝土回弹与碳化深度

综述：碳化深度过深会降低混凝土的碱性，影响结构的耐久度。碳化就是混凝 土中的Ca(OH)2和空气中的C02反应生成CaC03和水的过程。

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Ca(0H)2就 多碱性就越强，越不容易碳化。还有就是周围的环境，C02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C02与Ca(0H)2 的反映，太干C02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。

一、混凝土碳化机理及原因

1、混凝土碳化机理 拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用 后生成Ca (OH) 2,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. 5o空气中的C02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Ca (OH) 2进行中和反应。反应产物为C&CO3和H20, CaC03洛解度低，沉 积于毛细孔中。该反应式为:Ca (OH) 2+CO2->CaCO3 I +H20

反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为52+和0H-,反向扩散 到孔隙液中，与继续扩散进来的C02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” o确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca (OH) 2进行中和 反应的一切酸性气体，如S02、S03、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” o混凝土 表层碳化后，大气中的C02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。

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CaO,经水化作用后生成 Ca(OH)2 ,混凝土的碳化，是指混凝土中的Ca(OH)2与空气中的C02起化学反 应，生成中性的碳酸盐CaCO3 o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〜 9.5o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，从而对周圉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C02得以顺利的进入混凝土内，从而乂加速了碳化和钢筋的锈 蚀。

二、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。铜陵地区空气污染较重，空气中二氧化硫含量较多，酸 雨也较多，是影响混凝土质量的主要原因，另外影响混凝土碳化的因素还有如 下儿点。

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；混凝土碳化速度与空气中C02浓度的平方 根成正比。

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，掺混合材的水泥碳化

速度更快，混合材掺量越大，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。

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，曲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。

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。水灰比小的混凝土山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。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，C02可以山气相扩散到充满水 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。

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。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。

三、混凝土碳化的防治

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，即釆用“双掺”的技术措施，这样可以提高 混凝土的抗碳化能力。

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、 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 在其周圉设置保护层；用各种溶注液浸注混凝土，如用洛化的沥青涂抹。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。