混凝土碳化試驗(yàn)箱精準(zhǔn)說明
混凝土碳化試驗(yàn)箱機(jī)理

拌和混凝土?xí)r，硅酸鹽水泥的主要成份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，使孔隙液成為飽和堿性溶液外，大部分以結(jié)晶狀態(tài)存在，成為孔隙液保持高堿性的儲備，它的PH值為12.5～13.5?？諝庵械腃O2氣體不斷地透過混凝土中未*充水的粗毛細(xì)孔道，氣相擴(kuò)散到混凝土中部分充水的毛細(xì)孔中，與其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2進(jìn)行中和反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物為CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉積于毛細(xì)孔中。該反應(yīng)式為：

Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O

反應(yīng)后，毛細(xì)孔周圍水泥石中的羥鈣石補(bǔ)充溶解為Ca2+和OH-，反向擴(kuò)散到孔隙液中，與繼續(xù)擴(kuò)散進(jìn)來的CO2反應(yīng)，一直到孔隙液的PH值降為8.5～9.0時，這層混凝土的毛細(xì)孔中才不再進(jìn)行這種中和反應(yīng)，此時即所謂“已碳化”。確切地說，碳化應(yīng)稱為碳酸鹽化。另外，凡是能與Ca(OH)2進(jìn)行中和反應(yīng)的一切酸性氣體，如SO2、SO3、H2S以至于氣相HCI等，均能進(jìn)行上述中和反應(yīng)，使混凝土堿度降低，故混凝土碳化應(yīng)廣義地稱為“中性化”?；炷帘韺犹蓟?，大氣中的CO2繼續(xù)沿混凝土中未*充水的毛細(xì)孔道向混凝土深處氣相擴(kuò)散，更深入地進(jìn)行碳化反應(yīng)。碳化后的混凝土質(zhì)地疏松，強(qiáng)度降低。

混凝土碳化試驗(yàn)箱混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理

zui初的混凝土孔隙中充滿了飽和Ca(OH)2溶液，它使鋼筋表層發(fā)生初始的電化學(xué)腐蝕，該腐蝕物在鋼筋表面形成一層致密的覆蓋物，即Fe2O3和Fe3O4，這層覆蓋物稱為鈍化膜，在高堿性環(huán)境中，即PH≥11.5時，它可以阻止鋼筋被進(jìn)一步腐蝕。

當(dāng)混凝土碳化深度超過保護(hù)層達(dá)到鋼筋表面時，鋼筋周圍孔隙液的PH值降低到8.5～9.0，鈍化膜被破壞，鋼筋將完成電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

2Fe+O2→2FeO

FeO+H2CO3→FeCO3+H2O

4FeCO3+10H2O+O2→4Fe(OH)3+4H2CO3

鋼筋一生銹，體積增大，破壞了混凝土覆蓋層，沿鋼筋產(chǎn)生裂縫。水、空氣進(jìn)入裂縫，加速了鋼筋的銹蝕。

當(dāng)然，引起混凝土中鋼筋銹蝕的因素不只是混凝土的碳化，其中氯化物就是一個非常重要的影響因素。事實(shí)上，氯化物引起的鋼筋去鈍化一般要比混凝土碳化引起的鋼筋去鈍化要嚴(yán)重得多。例如同樣是C45級混凝土，如果鋼筋去鈍化時間都是50年，則在一般的碳化環(huán)境中，混凝土zui小保護(hù)層厚度只要1cm，而在含氯化物的環(huán)境中，就至少要7cm。因此，在氯化物影響明顯的工程(如海洋工程)中，在考慮混凝土碳化對鋼筋銹蝕的影響時更要考慮到氯化物的影響。

混凝土碳化試驗(yàn)箱影響混凝土碳化的因素

大氣中結(jié)構(gòu)混凝土的碳化通常是一個緩慢過程。碳化速度取決于混凝土滲透性與大氣的CO2濃度，大體上符合混凝土碳化試驗(yàn)箱費(fèi)克擴(kuò)散定律。表示混凝土碳化深度與時間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式為：

x=·

=k·t0.5

式中 x—碳化深度，mm；

k—碳化系數(shù)，mm·S-0.5；

Dk—通過已碳化混凝土的CO2擴(kuò)散系數(shù)，mm2·S-1；

C—混凝土表面CO2濃度，g·mm-3；

b—單位體積混凝土碳化所需的CO2量 ，g·mm-3；

t—碳化時間，s。

k值主要取決于混凝土滲透性和環(huán)境條件。環(huán)境條件包括濕度、溫度和CO2濃度等；混凝土滲透性取決于混凝土成品的密實(shí)性，而密實(shí)性又取決于水泥品種、骨料種類、水灰比，澆筑養(yǎng)護(hù)質(zhì)量等。

混凝土碳化試驗(yàn)箱環(huán)境條件

因?yàn)樘蓟且合喾磻?yīng)，十分干燥的混凝土即一直處于相對濕度低于25%空氣中的混凝土很難碳化；在空氣濕度50%～75%的大氣中，不密實(shí)的混凝土zui容易碳化；但在相對濕度>95%的潮濕空氣中或在水中的混凝土反而難以碳化，這是因?yàn)榛炷梁畷r透氣性小，碳化慢；在濕度相同時，風(fēng)速愈高、溫度愈高，混凝土碳化也愈快；混凝土碳化速度與空氣中CO2濃度的平方根成正比。

4. 2 水泥品種

一般說來，普通硅酸鹽水泥要比早強(qiáng)硅酸鹽水泥碳化稍快，摻混合材的水泥碳化速度更快，混合材摻量越大，碳化速度越快。摻用質(zhì)減水劑或加氣劑，可以大大改善混凝土的和易性，減小水灰比，制成密實(shí)的混凝土，使碳化減慢。尤其是加氣減水劑，由于抗凍性提高，可以大大改善鋼筋混凝土建筑物的耐久性。

4. 3 骨料種類

混凝土中的骨料本身一般比較堅硬、密實(shí)，總的說來，天然砂、礫石、碎石比水泥漿的透氣性小，因此混凝土的碳化主要通過水泥漿體進(jìn)行。但是，在輕混凝土中，由于輕質(zhì)骨料本身氣泡多，透氣性大，所以能通過骨料使混凝土碳化。一般說來，輕混凝土比普通混凝土碳化快，需要摻用加氣劑或減水劑來減緩它的碳化速度。

4. 4 水灰比

混凝土的碳化速度與它的透氣性有很密切的關(guān)系，混凝土的透氣性越小，碳化進(jìn)行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥漿的組織密實(shí)，透氣性小，因而碳化速度就慢。同理，單位水泥用量多的混凝土碳化較慢。

4. 5 澆筑與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量

密實(shí)的混凝土表層孔隙很小，易從潮濕的空氣中吸取水分而充滿水，故不易碳化；欠密實(shí)的混凝土表層中大孔隙內(nèi)無水，CO2可以由氣相擴(kuò)散到充滿水的毛細(xì)孔隙而完成碳化。所以越是密實(shí)的混凝土其抗碳化能力越高。

混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量是影響混凝土密實(shí)性的一個重要因素。如果混凝土澆筑時不規(guī)范，特別是振搗不密實(shí)，以及養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)時間不足時，就會造成混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大，且大多相互連通，嚴(yán)重時會引起混凝土再現(xiàn)蜂窩、裂縫等缺陷，使水、空氣、侵蝕性化學(xué)物質(zhì)沿著粗大的毛細(xì)孔道或裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而加速混凝土的碳化和鋼筋腐蝕。

 混凝土碳化試驗(yàn)箱混凝土碳化處理的工程措施

5. 1 碳化處理方法

混凝土碳化的程度不同，部位不同，處理方法也不同。對碳化深度過大，鋼筋銹蝕明顯、危及結(jié)構(gòu)安全的構(gòu)件應(yīng)拆除重建；對碳化深度較小并小于鋼筋保護(hù)層厚度，碳化層比較堅硬的，可用質(zhì)涂料封閉；對碳化深度大于鋼筋保護(hù)層厚度或碳化深度雖然較小但碳化層疏松剝落的，均應(yīng)鑿除碳化層，粉刷高強(qiáng)砂漿或澆筑高強(qiáng)混凝土；對鋼筋銹蝕嚴(yán)重的，應(yīng)在修補(bǔ)前除銹，并應(yīng)根據(jù)銹蝕情況和結(jié)構(gòu)需要加補(bǔ)鋼筋。

防碳化處理后的結(jié)果要達(dá)到阻止或盡可能減緩?fù)饨缬泻怏w進(jìn)入混凝土內(nèi)侵蝕，使混凝土內(nèi)部和鋼筋一直處在高堿性環(huán)境中。

5. 2 幾種實(shí)用的混凝土碳化處理方案

5. 2. 1環(huán)氧厚漿涂料

1. 性能特點(diǎn)

環(huán)氧厚漿涂料是由環(huán)氧基料、增韌劑、防銹劑、防銹防滲填料及固化劑等多種成份組成，適用于混凝土表層封閉。它具有以下一些特點(diǎn)：①、穩(wěn)定性好。該涂料在大氣、淡水、海水及酸堿溶液等介質(zhì)中長期穩(wěn)定。②、物理機(jī)械性能好。該涂料附著力強(qiáng)，涂層堅硬耐磨，耐熱性及電絕緣性好。③、密封性能好。該涂料涂刷后能*密閉受涂物表面，耐水、耐濕。④、保護(hù)周期長。使用壽命在12年以上。⑤、施工方便。既適合手工涂刷，又適合機(jī)械噴涂。

2. 施工工藝

(1)表面處理

混凝土表面處理是除掉混凝土上的污跡、浮物，一般有手工清理和機(jī)械清理兩種方法。手工清理用鋼絲刷在混凝土上來回拉刷，直至除掉混凝土表面的污跡，再用水清洗。機(jī)械清理常用噴砂及高壓水、高壓氣沖洗，以不損傷混凝土表層為限。表面處理后，對于混凝土上顯露出來的裂縫、蜂窩、麻面等缺陷要良好行修補(bǔ)，*補(bǔ)好后才能進(jìn)行涂裝，這樣才能*保護(hù)混凝土?；炷帘砻嫣幚砗蟠?干燥后才能進(jìn)行涂裝。

(2)涂料使用要求

環(huán)氧厚漿涂料分甲、乙兩組分，使用時一般按甲、乙組分比7∶1混合均勻后使用。配制量要根據(jù)需求適量配制，及時用完。二次涂裝要在一次涂裝漆膜*干燥后進(jìn)行。

(3)表面涂裝

環(huán)氧厚漿涂料的人工涂裝方法與一般涂料相同，機(jī)械噴涂采用高壓無氣噴涂工藝。

(4)用量

環(huán)氧厚漿涂料固體組分多，揮發(fā)組分少，一般應(yīng)涂刷3～4遍，厚度達(dá)到250μｍ左右，用量0.5～0.6kg/m2。

5. 2. 2硅粉砂漿

硅粉砂漿由普遍水泥砂漿摻和硅粉拌制而成，適用于混凝土碳化層鑿除后的重新粉刷。硅粉砂漿因其越的力學(xué)性能和抗?jié)B性能而尤其適用于船閘、通航節(jié)制閘閘室岸翼墻墻面的防碳化處理。

根據(jù)試驗(yàn)，其抗沖磨性能比C60水泥砂漿高1.5倍，其抗壓強(qiáng)度達(dá)120MPa，抗拉強(qiáng)度5.2MPa，粘結(jié)強(qiáng)度3.6MPa，CO2濃度為30%的28d碳化試驗(yàn)的碳化深度為0。

混凝土碳化試驗(yàn)箱硅粉砂漿的施工工藝為：混凝土表面鑿毛、沖洗、刷水泥硅粉凈漿、粉硅粉砂漿，養(yǎng)護(hù)14d。硅粉砂漿粉層厚度一般為2cm左右。

混凝土碳化試驗(yàn)箱精準(zhǔn)說明