塔里木灌区混凝土碳化问题的思考.pdf
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1、科研与管理 水利规划与设计 2 0 1 0年第 3期 塔里木灌区混凝土碳化问题的思考 傅晓松崔兆充邱红霞 ( 新疆兵团农一师勘测设计院 新疆阿克苏8 4 3 0 0 0 ) 【 摘要】 通过对塔里木灌区混凝土的碳化破坏机理及影响因素分析,指出要延缓钢筋混凝土的碳化速度,首 先要提高混凝土的密度,降低混凝土的渗透性。提出了水工建筑物混凝土碳化破坏的防治措施。 【 关键词】 混凝土碳化耐久性 【 D OI 编码】 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 0 0 3 0 1 8 【 中图分类号】T V 3 3 2 【 文献标识码】 C 【 文章编号】 1
2、6 7 2 2 4 6 9( 2 0 1 0 )0 3 0 0 5 7 0 3 1 前 言 塔里木河流域近期综合治理项 目的实施 ,给农 一 师水利事业带来 了很好 的机遇。“ 十五” 、“ 十一 五”期间 ,各垦 区完成 了数量较多 的防渗渠道 和 渠道水工建筑物 ,为节水灌溉和农业生产发展提供 了良好的条件 。 但是 ,随着大批水工建筑物的相继建成 和投入 运用 ,也逐渐地暴露出一些值得关注的问题 。其中 以 “ 混凝土碳化” 问题最为突出。 2 水工建筑物的水上钢筋混凝土结构碳化 破坏现状 ( 1 )五 团总 干 渠 1+2 7 0新 老 干 渠 分 水 闸 ( 2 0 0 0年建 )
3、,钢筋混凝土闸门顶梁碳 化裂缝严重 ( 裂缝宽 23 mm) ,从 外观看 已近于 “ 散架” 。启 闭梁碳化深度 2 4 mm。 ( 2 )塔北一 干渠 ( 1 9 9 8年建 ) ,1 7+1 9 0闸 , 节制闸工作桥各个排架柱四面均出现大小不等的竖 向裂缝 ,最大裂缝宽超过 2 m m。 塔北二干渠几乎所有的钢筋混凝土闸门主梁 , 均出现不同程度 的水平裂缝。 ( 3 )塔北总干渠 1 5 k m闸 ( 2 0 0 6年建 ) ,该闸 建成仅两年,实测工作桥混凝土的最大碳化深 度 1 7 mm。 混凝土的碳化破坏 ,主要集中发生在水工建筑 物的水上钢筋混凝土结构上 。如 交通桥 、工作
4、桥 、 检修桥 、排架柱 、钢筋混凝土闸门及栏杆等。使用 1 0年 以上 的水工建筑物 ,上述部位 由于混凝 土碳 化 、钢筋锈蚀 , 出现的裂缝随处可见 。混凝土保护 层剥落的情况也屡见不鲜。 3 混凝 土的碳化机理及 其影响因素 3 1 混凝土碳化作用及其与钢筋锈蚀 的关 系 混凝土的碳化是指空气中的 C O 、S O 等酸性 气体与混凝土 中的 C a ( O i l ) ( 液相 )作用 ,生成 C a C O 和 H 0的中性化过程 。 CO2+H2 0 H2 CO3 C a ( O H) 2 +C O 2 C a C O 3 +2 H 2 0 在钢筋混凝土结构中,由于钢筋在高碱性环
5、境 中,钢筋表面产生钝化膜使钢筋免遭锈蚀 。混凝土 中水泥水化作用生成的 C a ( O H) :含量大小决定混 凝土 p H值高低。C a ( O H) : 一方面是混凝土高碱度 的提供者 ,但它却又是混凝土中最不稳定的成分之 一 ,很容易与环境 中的酸性介质发生中和反应 ,使 混凝土碳化。混凝土碳化 以后 p H值 降低 ,钢筋表 面钝化作用消失,钢筋便开始锈蚀。 在理想情 况下 ,混凝 土 中 的 p H值 可 以达到 l 2 51 3,此时钢筋处于钝化状态 ,不会锈蚀。当 混凝土的 p H值大于 1 1 5时,钢筋才能完全处于 作者简介 :傅晓松( 1 9 7 6年一) ,男 ,工程
6、师。 57 科研与管理 水利规划与设计 2 0 1 0年第 3期 钝化状态。当混凝土的 p H值在 9 8 81 1 5之间, 钢筋表面的钝化膜呈不稳定状态 ,钢筋表面有可能 发生锈蚀。当混凝 土的 p H值小于 9 8 8时 ,钢筋 的钝化作用完全消失 ,钢筋便发生锈蚀。 混凝土的碳化 问题 主要发生在水上部位 ,长期 处于水位 以下 的混凝土 ,一般不直接同空气接触 , 不存在碳化问题。 3 2 影响混凝土碳化的因素 影响混凝土碳化的主要 因素是混凝土本身的密 实性和碱性物质储备的大小 ,即混凝土的渗透性和 C a ( O H) 含量 的大小。混凝土 的空隙率越小 ,渗 透性越低 ,密实性
7、越 高,C a ( O H) : 含量越 大 ,则 混凝土的抗碳化性能越好。反之 ,则越差 。 影响混凝土的密实性及其碱性储备的因素比较 复杂 ,具体说有材料 、环境和施工三大因素。材料 因素包括混凝土水灰 比大小 、水 泥品种及其用量 、 混凝土强度等级、骨料级配 、外加剂等 。环境因素 包括环境相对湿度 、温度、压力 以及 C O : 气体 浓 度等。施工因素包括混凝土搅拌、振捣质量和养护 条件等 。 3 2 1水灰 比的影响 由于混凝土水化作用所消耗的水量仅 占混凝土 拌和用水 量的 2 5 3 0 左右 ,因此混凝土硬化 后 ,多余 的水分蒸发或残 留在混凝土中。所 以混凝 土实际上是
8、一种多孔性的混合材料 ,其 内部往往存 在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡等缺陷。具有 一 定的透气性。 因此 ,水灰 比增大 ,会增加混凝土 内部的孔隙 和毛细孔的含量 ,使混凝土的透气性提高 ,C O 气 体在混凝土毛细孔的扩散速度加快,加速混凝土的 碳化过程。 3 2 2水泥 用量 的影 响 水泥用量较大时,一方面混凝土的密实性比较 高 ;另一方面混凝 土 内部 的 c a ( O H) 含量较大 , 混凝土抗碳化性能较好。水泥用量较小时 ,混凝土 密实性则 相对 较差 ,同时混凝土 内部的 c a ( O H) : 含量也相对减少 。 3 2 3水泥 品种 的影 响 试验资料表明,矿渣水
9、泥、火山灰水泥、粉煤 灰水泥拌制的混凝土 ,其碳化速度要比硅酸盐水泥 配制的混凝土碳化速度快。这是因为硅酸盐水泥中 C a O含量高 ,能生成较多 的 c a ( O H) ,混凝 土的 碱性高。同时 C O :气体在硅酸盐混凝土 中的渗 透 速度相对较慢。因此 ,采用硅酸盐水泥拌制的混凝 5 8 土 ,具有较好 的抗碳化性能。 3 2 4 空气相对湿度的影响 混凝土的碳化与环境的相对湿度有重要关系。 因为混凝土在碳化过程 中与 C O :发生反应生成的 水分要向外扩散 ,以保持混凝土内部与大气之间的 湿度平衡。在相对湿度接近 1 0 0 时,混凝土 中的 空隙被冷凝水所充满 ,使 C O :
10、 气体 向混凝土内渗透 速度受阻,混凝土的碳化作用将停止。当相对湿度 小于2 5 时,虽然 C O 气体向混凝土内的扩散渗 透速度加快 ,但混凝土空隙中,没有足够的水 ,空 气 中 C O :无法溶解 于混凝 土的毛细管水 中,或者 其溶解量很小 ,不能与碱性溶液发生反应 ,因此混 凝土内部的碳化反应也无法进行 。有资料表明,在 相对湿度 5 0 一 7 0 的条件下 ,最有利于促使混 凝土碳化。这就是为何我国内陆相对于沿海潮湿地 区混凝土碳化作用明显的原因所在。 3 2 5 空气中 C O 浓度的影响 空气中 C O 气体 的浓 度越高 ,混凝 土的碳化 速度越快 ,碳化深度越大。 3 2
11、6 混凝土强度等级的影响 一 般混凝土强度等级越 高,混凝土就越密实 , C O 气体在混凝土表层 的扩散渗入速度越慢 ,混凝 土的碳化速度降低 ,抗碳化性能提高。有人认为水 灰 比很小而且很 密实 的混凝 土 ( C 5 0以上 的混凝 土) ,因碳 化 所 引 起 的钢 筋 锈 蚀 问 题 可 以忽 略 不计 。 3 2 7 混凝土施工时振捣、养护的影响 混凝土在施 工操 作过程 中振 捣充分 、养 护 良 好 ,则混凝土硬化后密实度较高,混凝土的碳化速 度就慢。若混凝土在施工过程中,振捣不充分,混 凝土在硬化初期养护不良,混凝土中的水分蒸发过 快 ,混凝土面层渗透性 ( 透气性 )增 大
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