钢筋混凝土构件碳化问题的分析研究

郑延辉　寇永辉　李　悠

摘要：通过对钢筋混凝土构件碳化问题研究探讨了桥梁结构中存在的问题,并从中找到问题存在的根源，以便更好的进行解决。

关键词：钢筋混凝土；构件；碳化；研究

混凝土碳化是在环境条件下，二氧化碳渗入混凝土内部，使得混凝土性能发生改变的作用过程。混凝土拌和时，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。空气中的CO2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CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉积于毛细孔中。混凝土表层碳化后，大气中的CO2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，使得混凝土性能发生改变。碳化后的混凝土质地疏松，强度降低。

混凝土碳化是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素。钢筋对钢筋混凝土的承载能力起着极其重要的作用，混凝土握裹着钢筋，当混凝土受到拉伸时钢筋起着拉应力的作用。混凝土碳化会引起其所包裹钢筋锈蚀，而钢筋的锈蚀加速了混凝土的碳化，二者互相作用，形成一个恶性循环链条。当碳化达到一定深度后，混凝土内的钢筋在二氧化碳作用下容易产生锈蚀，钢筋锈蚀一方面使得钢筋和混凝土分离，另一方面发生膨胀导致体积增加，锈蚀后的钢筋体积比原来的体积膨胀2.5倍。体积增加使得钢筋周围的混凝土内出现拉应力，从而出现由内向外的剥蚀。混凝土一旦开裂，与钢筋之间的粘结力下降，混凝土保护层便会剥落，钢筋断面发生缺损，导致混凝土性质劣化，严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。

中性化也是钢筋混凝土结构的病害之一。中性化是CO2等酸性气体在混凝土内部扩散的指标，也是引起钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的重要原因，中性化的程度基本上反映了钢筋锈蚀的速度。早期的混凝土呈碱性，当空气、土壤或地下水中的酸性物质，如CO2，HC1，SO2，CL2，深入混凝土内部，与水泥石中的碱性物质发生化学反应（称为混凝土的中性化）破坏了钢筋的保护环境。在引起中性化的各种介质中， CO2遇水后呈现弱酸性，相对于其它酸性介质来说更加普遍，因此，对由CO2引起的混凝土结构劣化应引起足够重视。随着世界人口的增多和经济的增长，所产生的能源消耗也在迅速上升，随之而来的是各种诸如CO2，SO2等酸性气体逐年增加，这也加剧了钢筋混凝土的碳化现象。

影响混凝土碳化、中性化深度的因素很多，水和CO2是两个主导因素。处于干湿交替状态的混凝土碳化速度最快，其原因：干湿交替时，CO2与水长时间共同存在，CO2便会溶解于水，成为弱酸(H2CO3)，致使混凝土碳化，若只有水，没有CO2；或只有CO2但没有水的情况下，混凝土便不易碳化。

在郑州市国道220线郑州至白沙段改建工程桥梁普查中发现，所检各桥的立柱、盖梁及部分主梁均出现不同程度的碳化现象，检测的结果表明桥梁结构的钢筋混凝土保护层厚度一般在25～30mm范围，碳化深度往往都大于6mm，有些测区的碳化深度达到20mm以上，而且，随着大气污染的日益严重，这种形势也将会日趋严重。

混凝土墩柱的碳化深度不仅与所处环境中水和CO2有关，还与混凝土标号、施工工艺、质量及使用年限关系密切。当然，周围的自然环境不是我们短时间内能解决的问题，我们也不能将桥梁与空气隔绝，在桥梁建设和维修中要解决钢筋混凝土桥梁中混凝土碳化这一问题，在保证混凝土标号、质量和施工工艺等的前提下，应该注意做好防水和排水，尽量使其处于干燥状态下。

结语。随着中国经济的快速发展，交通压力越来越大，越来越多的超载、超速、超重车辆不断出现，使得人们对安全、快速、舒适和美观的公路交通提出了更的要求。各级公路的交通流量均在不断增加，运输车辆的吨位和轴载均有较大增加，特别是各种超限车辆对公路桥梁造成的损害，使得近几年来我国的旧桥变危桥数量呈快速增长趋势。本文通过对钢筋混凝土构件碳化问题的研究探讨了桥梁结构中存在的问题,通过对钢筋混凝土构件碳化问题的分析研究,使我们掌握这些问题存在的根源,在以后的工作，从理论的角度上多方位考虑，并不断的研究探索此类问题的解决方法。

参考文献

[1]腾智明等，钢筋混凝土基本构件，清华大学出版社，2001年11月.

[2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004）,人民交通出版社，2004年。

[3]公路桥涵设计通用规范（JTG D60—2004），人民交通出版社，2004年.

[4]姚玲森等，桥梁工程，人民交通出版社，1985年.

[5]郑州市公路勘察设计院，国道220线郑州至白沙段改建工程.