浅析水工混凝土的碳化破坏及防治措施（张建胜,顾汉林）

时间：2022-02-22 15:11:10 浏览量：次

摘要：本文通过对水工建筑物混凝土的碳化破坏机理及影响因素分析，提出了水工建筑物混凝土碳化破坏的防治措施，原则上应以防重于治，采取切实的治理措施，以延长工程的使用寿命。

关键词：水工混凝土碳化机理防治措施

水工建筑物多以混凝土结构组成，而这些混凝土结构多处在气候恶劣的露天环境中，受泥沙、水流、物理、化学、高温、冰冻等影响因素颇多。水工混凝土的碳化破坏比较常见，致使许多水工建筑物的运行寿命大为缩短，造成极大浪费。如陕西省宝鸡峡灌区韦水倒虹管桥大梁混凝土碳化剥落严重，最大碳化深度达到5-6cm，出现了大面积的漏筋锈蚀现象；灌区某些混凝土渠段也发生了不同程度的碳化破坏，防渗能力严重下降，危及灌区供水安全等等，所以有必要进一步探讨水工建筑物混凝土的碳化破坏机理及防治措施。

一、混凝土碳化破坏机理分析

混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中ＣＯ２气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ｃａ（ＯＨ）2＋ＣＯ2＝ＣaａＣＯ3＋Ｈ2Ｏ。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Ｆｅ2Ｏ3和Ｆｅ3Ｏ4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，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。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会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，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱，出现钢筋锈蚀露筋现象，降低了结构强度和刚度。

二、混凝土碳化破坏影响及防治

1.混凝土碳化影响因素

影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同；其次，影响混凝土碳化主要还与周围介质中ＣＯ2的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止，所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因；再次，在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还将决定于水中是否存在影响Ｃａ（ＯＨ）2溶解度的物质，如水中含有Ｎａ2ＳＯ4及少量Ｍｇ2＋时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有Ｃａ（ＨＣＯ3）2的Ｍｇ（ＨＣＯ3）2对抵抗溶出侵蚀则十分有利。因为它们在混凝土表面形成一种碳化保护层；另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝土的过度振捣、混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。

2.混凝土碳化破坏的防治措施

对于混凝土的碳化破坏，我们在施工中总结出了一系列治理措施：一是在施工中应根据建筑物所处的地理位置、周围环境，选择合适的水泥品种；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；冲刷部位宜选高强度水泥；二是分析骨料的性质，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；三是要选好配合比，适量的外加剂，高质量的原材料，科学的搅拌和运输，及时的养护等各项严格的工艺手段，以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀，以确保混凝土的密实性；另外，若建筑物地处环境恶劣的地区，宜采取环氧基液涂层保护效果较好，对建筑物地下部分在其周围设置保护层；用各种溶注液浸注混凝土，如：用溶化的沥青涂抹。另外，若水工建筑物一旦发生了混凝土碳化，最好采用环氧材料或特殊纤维布材料防护修补，若碳化深度较大，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，用环氧砂浆或特殊纤维布材料铺粘填补，最后以环氧基液做涂基保护。

三、工程实例

宝鸡峡韦水倒虹管桥大梁加固中，大胆采用粘碳纤维布加固新技术，取得了良好的除险效果。碳纤维布是近几年国际上兴起的一种新型加固材料，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软卷材，其抗拉强度为2500－3550Mpa钢材的10倍，重量轻、厚度薄200－600g/m2，每层厚0.1－2mm，基本不增加结构自重及截面尺寸；具有良好的耐腐蚀性和粘合性，施工便捷,不需要打孔植筋，对原结构不产生新的损伤，是目前优质理想的结构加固材料。

粘碳纤维布施工时，必须大梁充分卸载的情况下进行，并且现场气温不低于5℃。首先是进行结构表面处理，凿除大梁混凝土表层剥落、蜂窝、腐蚀等劣质部位，用聚合物水泥砂浆修复填平，并对被粘混凝土表面打磨平整干净，要求表面无明显的凸凹现象，尤其是表面的凸起部位要磨平。转角粘贴处要进行倒角处理，应打磨成圆弧状（圆弧半径10mm≤R≤20mm）。其次是刷涂底层WSX胶，用滚筒刷或毛刷均匀涂抹于混凝土表面，胶层厚度应满足设计要求。

然后是粘贴碳纤维布，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，尽量避免搭接，如若搭接,则碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得少于100mm；用特制滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，并使粘结剂充分浸透碳纤维布。待纤维表面指触干燥后涂抹WSX面胶，做到均匀，不得漏涂。此道工序完成后，用小锤等工具轻轻敲击或手压碳纤维布表面来判断粘结效果，如出现空鼓等粘不密实的现象应采用针管注胶的方法进行补救。最后作外表面处理。在碳纤维布上的面胶未干时撒上黄砂，以增加水泥砂浆粉面时的粘结强度；用2cm厚的水泥砂浆将碳纤维布保护。

韦水倒虹管桥大梁加固完工后，结合管道充水试验作了大梁承载情况下的扰度观测，结果显示大梁变形扰度在1.55mm左右，且趋于稳定。表明粘碳纤维布防碳化加固处理效果明显,改善梁体受力状况，达到了质量要求,而且缩短了工期,及时满足了灌区抗旱输水。

作者简介

张建胜，1972年3月生，工程师，大学本科，多年从事水利工程建设管理工作。

顾汉林，1975年3月生，工程师，大学本科，多年从事水利工程建设管理工作。

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