碳化對水工鋼筋混凝土結構耐久性的影響

碳化對水工鋼筋混凝土結構耐久性的影響

　　摘要混凝土的碳化是引起鋼筋銹蝕、影響混凝土耐久性的重要原因之一。闡述了混凝土碳化原因及碳化處理方法,并結合工程質量實例提出了防止混凝土碳化或放慢碳化速度所采取的一些措施。
　　關鍵詞碳化;鋼筋混凝土;結構耐久性;影響因素;治理
　　
　　混凝土耐久性問題是公認的難題。水閘建成運行后,如何加強混凝土構筑物的保養、維修,提高其耐久性,是水利工程管理單位值得深入研究的問題[1]。由于鋼筋混凝土構筑物長期暴露在自然環境中,空氣中的CO2在適當的溫度、濕度下浸入到硬化的水泥漿細孔中,與混凝土中Ca(OH)2 反應形成CaCO3,使混凝土堿度降低。這種CO2從混凝土表面浸入到混凝土內部的過程稱為碳化。碳化使混凝土堿度降低,減弱對鋼筋的保護作用,使鋼筋容易銹蝕,銹蝕形成的鐵銹體積膨脹(為原來的2~8倍),對混凝土保護層施加膨脹力。又由于碳化層產生的碳化收縮,對其內部形成壓力,而表面碳化層產生拉力,也能夠使結構表面產生微小裂紋。這種收縮裂紋成為空氣和水的通道,加快了混凝土的碳化,當鋼筋暴露在大氣中時,銹蝕過程將加快,最后導致截面減小,嚴重降低結構強度,影混凝土建筑物的壽命[2]。
　　1混凝土碳化的主要影響因素
　　1.1混凝土含水量及周圍介質的相對濕度
　　混凝土碳化過程與混凝土含水量及周圍介質的相對濕度有關[3]。這是因為CO2與Ca(OH)2反應所釋放的水必定要向外擴散,以保持混凝土內部大氣之間的濕度平衡。如果外界濕度大或介質相對濕度接近100% 時,混凝土中的水向外擴散的速度大幅度降低或停止,混凝土中的微孔隙被水充滿,則CO2向內部擴散的過程實際上終止,碳化也就很難進行。當空氣濕度為50%~70%時,混凝土的孔隙尚未被水充滿,CO2可以向混凝土內擴散,而混凝土孔隙的濕度不僅為Ca(OH)2向外擴散提供了必備條件,并且使化學反應進行較快。
　　1.2環境溫度
　　混凝土碳化速度與溫度有關[4]。當溫度較低時,水變成冰,化學反應無法進行,碳化實際上停止,隨溫度的升高,碳酸的擴散易于進行,Ca(OH)2及CO2的擴散速度和化學反應速度均加大,從而使混凝土的碳化過程加快。
　　2工程治理實例
　　2.1工程概況
　　引灤工程爾王莊管理處聯結井閘自運行以來,由于先天的混凝土強度偏低、振搗不實、保護層厚度不足等原因致使混凝土保護層疏松脫落,箍筋部分裸露銹蝕,碳化深度4~6 cm,普遍出現了箍筋、順筋銹脹裂縫,回彈儀測強為11~22 MPa。因其耐久性問題比較嚴重,列為2000年爾王莊管理處維修加固的重點。
　　2.2施工工藝

　　工程的治理原則是:治理后具備原有承載力、整體性和耐久性,防止進一步損壞結構和構件,盡量避免大動大補,并盡可能保持原有結構外觀。處理方法以實際出發,在安全可靠的前提下,力求簡單易行、經濟合理。
　　2.2.1工藝流程。鑿除混凝土→鋼筋除銹→基層清理→刷MCI遷移性鋼筋防銹劑(2020)→刷界面劑(第1遍)→抹鋼纖維砂漿(第1遍)→化學灌漿→刷界面劑(第2遍)→抹鋼纖維砂漿(第2遍)→刷界面劑(第3遍)→抹鋼纖維砂漿(第3遍)→養護→刷MCI2021→刷防碳化涂料(3遍)。
　　2.2.2修補材料。①鋼纖維砂漿。配比為水泥∶砂∶鋼纖維∶硅粉∶減水劑∶水=1∶1.5∶0.08∶0.1∶0.05∶0.38。鋼纖維砂漿是一種性能優良的新型復合材料。亂向分布的短纖維阻礙內部裂縫的擴展和宏觀裂縫的發生,從而使抗拉、抗彎、抗剪強度等顯著提高。其抗沖擊、抗疲勞、耐久性也有較大改善。摻入硅粉和減水劑的鋼纖維砂漿可以提高砂漿的密實性、抗壓強度、抗滲性、耐久性,改善混凝土拌合物的和易性。②MCI—2020遷移性鋼筋防銹劑。MCI—2020是一種通過涂抹在混凝土表面,可自行滲透擴散至內部鋼筋表面,形成單分子保護膜,保護鋼筋不被腐蝕。即使它不與鋼筋直接接觸,也能在混凝土中滲透擴散一定距離,達到鋼筋表面,從而有效抑制鋼筋腐蝕,延長結構的使用壽命。③界面劑。ZV型混凝土修補膠與水泥調和而成,其配比為1∶1。使用時均勻涂抹在混凝土表面,力求薄而不淌,待漿液不粘手時,即可進行下一道工序。
　　2.3化學灌漿
　　對于聯接井閘南側的4棵機架橋柱,由于其內部混凝土強度低于C15,且有蜂窩、孔隙,直接影響了鋼筋混凝土柱的承載力,必須采取化學灌漿處理。①灌漿壓力。0.35~0.45 MPa。②灌漿材料。環氧樹脂∶固化劑=2∶1(體積比)。③預埋灌漿嘴。灌漿嘴用“水不漏”預埋,2~3個嘴子內部架橋(預留通道),用來排氣。
　　2.4混凝土表面涂料涂覆
　　在混凝土表面涂料涂覆,可使混凝土與CO2、Cl-、O2和H2O隔離,是防止鋼筋混凝土結構鋼筋銹蝕的一種常用的有效措施。一般在預測到鋼筋混凝土結構將受到銹蝕損害時采用,也可以在經局部修補的較輕微銹蝕的鋼筋混凝土結構上起保護作用。目前在我國水利工程中使用較普遍的為環氧樹脂厚漿涂料。在此項聯結井閘補強加固工程中,根據鋼筋混凝土的不同損壞程度,采用化學灌漿、鋼纖維砂漿、MCI遷移性鋼筋防銹劑等綜合治理方法。因此,在混凝土表面涂料涂覆時,采用一般的外檐涂料,并在涂料中摻入BC01膠,使其更牢固、不褪色。
　　3小結
　　混凝土結構損壞如果得不到及時處理,損壞就會日益加劇,極易誘發各種危險事故。因此,應對碳化機理、碳化的影響因素、碳化對鋼筋混凝土結構物的損壞原因進行分析,并針對碳化引起水工建筑物的缺陷采取治理措施。
　　
　　4參考文獻
　　[1] 肖佳,勾成福.混凝土碳化研究綜述[J].混凝土,2010(1):40-44,52.
　　[2] 劉磊.SBR砂漿在嶂山閘混凝土表面防碳化處理的應用[J].治淮,2010(1):27-29.
　　[3] 王玉琳.混凝土碳化影響因素研究綜述[J].淮海工學學報:人文社會科學版,2002(2):42-44,48.
　　[4] 史瑞琴.水工建筑物混凝土的碳化、凍融破壞及防治淺析[J].黑龍江科技信息,2008(23):233.

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