碳化效应对钢筋锈蚀及混凝土破坏的机理

张国双 唐夏卉 彭光艳

【摘 要】 本文从混凝土中的物理化学的成分和物理化学的反应过程，论述了钢筋混凝土结构的碳化和钢筋锈蚀的机理。

【关键词】 碳化效应；碳化过程；钢筋锈蚀；电化学腐蚀；氧化还原反应

1、砼的碳化过程

对钢筋砼而言，碳化过程使钢筋所处的碱性环境变弱，降低了强碱性对钢筋的防腐蚀能力。

另外砼构件在施工中，其表面不可避免地会出现或多或少的裂纹，这就使得不断有二氧化碳侵入到砼构件中，因此有足够数量的二氧化碳参与上述一系列的化学反应，造成钢筋保护层的碳化。

钢筋混凝土结构受到碳化后，其钢筋保护层强度变小，质地酥松，使空气与钢筋之间形成通道，空气与钢筋形成良好的接触，导致钢筋锈蚀。

2、钢筋锈蚀过程

在湿度和氧气得到满足的情况下，混凝土中的钢筋就会发生电化学腐蚀作用。电化学腐蚀的工作过程包括下述四个基本方面：

3、碳化效应

自然工作状态下的钢筋混凝土结构，当混凝土碳化深度超过结构配筋的保护层时，钢筋就会产生锈蚀，而锈蚀层达到一定厚度时，锈层膨胀所产生的应力超过砼保护层内聚力时，则混凝土保护层就要发生爆裂，使得钢筋出现暴筋。一则爆裂处的砼丧失了握裹力而分离，使结构达不到共同作用；二则钢筋断面不断地削弱，致使结构处于承载能力不断下降的状态。混凝土碳化效应主要表现在以下几个方面

（1） 混凝土的碳化深度达到或超过钢筋的保护层厚度；

（2） 结构表面初始出现沿钢筋走向方向展布的铁锈斑迹；

（3） 结构出现点状、片（块）状和条（带）状的爆裂，并且其配筋断面有明显的削弱和露筋，随着时间的推移，这种状态将加速展。

实践证明，上述任何一种情况的出现，均应及时采取维护措施，否则将进一步恶化，从而导致承载力下降和结构的失稳和破坏。

4、影响混凝土碳化速度的影响因素：

（1）混凝土的密实性。密实性越高，也就是混凝土中的孔隙率越小，则混凝土抗碳化能力越强。而混凝土的密实性是与混凝土的捣固密实程度、水灰比大小、石碴和砂子的级配以及混凝土的配合比有关。

（2）与拌制混凝土所用的水泥品种及其用量有关。混凝土中游离的氢氧化钙含量越高，其碳化速度越快。

（3）与混凝土的施工质量及养护方法有关。施工质量越好、养护越充分，混凝土表面收缩的裂纹就越少，抗碳化的能力就越强。

（4）与构件表面是否有粉饰有关。

（5）与构件所处的环境有关。主要是与有害气体的种类、浓度、环境温度高低、温度高低和杂散电流的大小等因素有关。

5、结束语

根据混凝土碳化及钢筋锈蚀的机理与混凝土碳化速度的影响因素等关系的分析，在工程设计、选材、施工过程中就可以有针对性地采取预先防措施，研究如何加强碱性环境的保护，防止砼碳化的发展。一旦出现问题苗头时，就可以根据其基本原理和它自身的发生、发展和变化规律，进行检测、分析与判定；必要的时候，可以根据其规律研究当发现问题后尽快展开防止或减缓混凝土碳化以及对已遭受碳化的钢筋混凝土工程，制定出切实可行的措施，进行及时的修复。只有认识到砼碳化效应产生的原因及其生成条件，再对产生砼碳化的条件加以限制，就会收到良好的效果。

参考文献

[1] 李文才，等.钢筋锈蚀所导致的混凝土损伤演变过程分析 中国西部科技，2010年15期

[2] 刘念，等.影响混凝土耐久性的因素及改进措施，中国建材报，2009年