摘要：本文通過對(duì)水工建筑物混凝土的碳化破壞機(jī)理及影響因素分析，提出了水工建筑物混凝土碳化破壞的防治措施，原則上應(yīng)以防重于治，采取切實(shí)的治理措施，以延長(zhǎng)工程的使用壽命。
關(guān)鍵詞：水工 混凝土 碳化機(jī)理 防治措施
水工建筑物多以混凝土結(jié)構(gòu)組成，而這些混凝土結(jié)構(gòu)多處在氣候惡劣的露天環(huán)境中，受泥沙、水流、物理、化學(xué)、高溫、冰凍等影響因素頗多。水工混凝土的碳化破壞比較常見，致使許多水工建筑物的運(yùn)行壽命大為縮短，造成極大浪費(fèi)。如陜西省寶雞峽灌區(qū)韋水倒虹管橋大梁混凝土碳化剝落嚴(yán)重，最大碳化深度達(dá)到5-6cm，出現(xiàn)了大面積的漏筋銹蝕現(xiàn)象；灌區(qū)某些混凝土渠段也發(fā)生了不同程度的碳化破壞，防滲能力嚴(yán)重下降，危及灌區(qū)供水安全等等，所以有必要進(jìn)一步探討水工建筑物混凝土的碳化破壞機(jī)理及防治措施。
一、混凝土碳化破壞機(jī)理分析
混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕?？諝庵蠧O2氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca（OH）2+CO2＝CaCO3＋H2O。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開始生銹?？梢?，混凝土碳化作用一般不會(huì)直接引起其性能的劣化，對(duì)于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對(duì)于鋼筋混凝土來說，碳化會(huì)使混凝土的堿度降低，同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱，出現(xiàn)鋼筋銹蝕露筋現(xiàn)象，降低了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。
二、混凝土碳化破壞影響及防治
1.混凝土碳化影響因素
影響混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影響較大的是水泥品種，因不同的水泥中所含硅酸鈣和鋁酸鈣鹽基性高低不同；其次，影響混凝土碳化主要還與周圍介質(zhì)中CO2的濃度高低及濕度大小有關(guān)，在干燥和飽和水條件下，碳化反應(yīng)幾乎終止，所以這是除水泥品種影響因素以外的一個(gè)非常重要的原因；再次，在滲透水經(jīng)過的混凝土?xí)r，石灰的溶出速度還將決定于水中是否存在影響Ca（OH）2溶解度的物質(zhì)，如水中含有Na2SO4及少量Mg2+時(shí)，石灰的溶解度就會(huì)增加，如水中含有Ca（HCO3）2的Mg（HCO3）2對(duì)抵抗溶出侵蝕則十分有利。因?yàn)樗鼈冊(cè)诨炷帘砻嫘纬梢环N碳化保護(hù)層；另外，混凝土的滲透系數(shù)、透水量、混凝土的過度振搗、混凝土附近水的更新速度、水流速度、結(jié)構(gòu)尺寸、水壓力及養(yǎng)護(hù)方法與混凝土的碳化都有密切的關(guān)系。
2.混凝土碳化破壞的防治措施
對(duì)于混凝土的碳化破壞，我們?cè)谑┕ぶ锌偨Y(jié)出了一系列治理措施：一是在施工中應(yīng)根據(jù)建筑物所處的地理位置、周圍環(huán)境，選擇合適的水泥品種；對(duì)于水位變化區(qū)以及干濕交替作用的部位或較嚴(yán)寒地區(qū)選用抗硫酸鹽普通水泥；沖刷部位宜選高強(qiáng)度水泥；二是分析骨料的性質(zhì)，如抗酸性骨料與水、水泥的作用對(duì)混凝土的碳化有一定的延緩作用；三是要選好配合比，適量的外加劑，高質(zhì)量的原材料，科學(xué)的攪拌和運(yùn)輸，及時(shí)的養(yǎng)護(hù)等各項(xiàng)嚴(yán)格的工藝手段，以減少滲流水量和其它有害物的侵蝕，以確?；炷恋拿軐?shí)性；另外，若建筑物地處環(huán)境惡劣的地區(qū)，宜采取環(huán)氧基液涂層保護(hù)效果較好，對(duì)建筑物地下部分在其周圍設(shè)置保護(hù)層；用各種溶注液浸注混凝土，如：用溶化的瀝青涂抹。另外，若水工建筑物一旦發(fā)生了混凝土碳化，最好采用環(huán)氧材料或特殊纖維布材料防護(hù)修補(bǔ)，若碳化深度較大，可鑿除混凝土松散部分，洗凈進(jìn)入的有害物質(zhì)，將混凝土銜接面鑿毛，用環(huán)氧砂漿或特殊纖維布材料鋪粘填補(bǔ)，最后以環(huán)氧基液做涂基保護(hù)。
三、工程實(shí)例
寶雞峽韋水倒虹管橋大梁加固中，大膽采用粘碳纖維布加固新技術(shù)，取得了良好的除險(xiǎn)效果。碳纖維布是近幾年國際上興起的一種新型加固材料，是由碳纖維長(zhǎng)絲經(jīng)編織而制成的柔軟卷材，其抗拉強(qiáng)度為2500－3550Mpa鋼材的10倍，重量輕、厚度薄200－600g/m2，每層厚0.1－2mm，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸；具有良好的耐腐蝕性和粘合性，施工便捷,不需要打孔植筋，對(duì)原結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生新的損傷，是目前優(yōu)質(zhì)理想的結(jié)構(gòu)加固材料。
粘碳纖維布施工時(shí)，必須大梁充分卸載的情況下進(jìn)行，并且現(xiàn)場(chǎng)氣溫不低于5℃。首先是進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面處理，鑿除大梁混凝土表層剝落、蜂窩、腐蝕等劣質(zhì)部位，用聚合物水泥砂漿修復(fù)填平，并對(duì)被粘混凝土表面打磨平整干凈，要求表面無明顯的凸凹現(xiàn)象，尤其是表面的凸起部位要磨平。轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理，應(yīng)打磨成圓弧狀（圓弧半徑10mm≤R≤20mm）。其次是刷涂底層WSX膠，用滾筒刷或毛刷均勻涂抹于混凝土表面，膠層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。
然后是粘貼碳纖維布，按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布，盡量避免搭接，如若搭接,則碳纖維布沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不得少于100mm；用特制滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，并使粘結(jié)劑充分浸透碳纖維布。待纖維表面指觸干燥后涂抹WSX面膠，做到均勻，不得漏涂。此道工序完成后，用小錘等工具輕輕敲擊或手壓碳纖維布表面來判斷粘結(jié)效果，如出現(xiàn)空鼓等粘不密實(shí)的現(xiàn)象應(yīng)采用針管注膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。最后作外表面處理。在碳纖維布上的面膠未干時(shí)撒上黃砂，以增加水泥砂漿粉面時(shí)的粘結(jié)強(qiáng)度；用2cm厚的水泥砂漿將碳纖維布保護(hù)。
韋水倒虹管橋大梁加固完工后，結(jié)合管道充水試驗(yàn)作了大梁承載情況下的擾度觀測(cè)，結(jié)果顯示大梁變形擾度在1.55mm左右，且趨于穩(wěn)定。表明粘碳纖維布防碳化加固處理效果明顯,改善梁體受力狀況，達(dá)到了質(zhì)量要求,而且縮短了工期,及時(shí)滿足了灌區(qū)抗旱輸水。
作者簡(jiǎn)介
張建勝，1972年3月生，工程師，大學(xué)本科，多年從事水利工程建設(shè)管理工作。
顧漢林，1975年3月生，工程師，大學(xué)本科，多年從事水利工程建設(shè)管理工作。
關(guān)鍵詞：水工 混凝土 碳化機(jī)理 防治措施
水工建筑物多以混凝土結(jié)構(gòu)組成，而這些混凝土結(jié)構(gòu)多處在氣候惡劣的露天環(huán)境中，受泥沙、水流、物理、化學(xué)、高溫、冰凍等影響因素頗多。水工混凝土的碳化破壞比較常見，致使許多水工建筑物的運(yùn)行壽命大為縮短，造成極大浪費(fèi)。如陜西省寶雞峽灌區(qū)韋水倒虹管橋大梁混凝土碳化剝落嚴(yán)重，最大碳化深度達(dá)到5-6cm，出現(xiàn)了大面積的漏筋銹蝕現(xiàn)象；灌區(qū)某些混凝土渠段也發(fā)生了不同程度的碳化破壞，防滲能力嚴(yán)重下降，危及灌區(qū)供水安全等等，所以有必要進(jìn)一步探討水工建筑物混凝土的碳化破壞機(jī)理及防治措施。
一、混凝土碳化破壞機(jī)理分析
混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕?？諝庵蠧O2氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca（OH）2+CO2＝CaCO3＋H2O。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開始生銹?？梢?，混凝土碳化作用一般不會(huì)直接引起其性能的劣化，對(duì)于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對(duì)于鋼筋混凝土來說，碳化會(huì)使混凝土的堿度降低，同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱，出現(xiàn)鋼筋銹蝕露筋現(xiàn)象，降低了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。
二、混凝土碳化破壞影響及防治
1.混凝土碳化影響因素
影響混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影響較大的是水泥品種，因不同的水泥中所含硅酸鈣和鋁酸鈣鹽基性高低不同；其次，影響混凝土碳化主要還與周圍介質(zhì)中CO2的濃度高低及濕度大小有關(guān)，在干燥和飽和水條件下，碳化反應(yīng)幾乎終止，所以這是除水泥品種影響因素以外的一個(gè)非常重要的原因；再次，在滲透水經(jīng)過的混凝土?xí)r，石灰的溶出速度還將決定于水中是否存在影響Ca（OH）2溶解度的物質(zhì)，如水中含有Na2SO4及少量Mg2+時(shí)，石灰的溶解度就會(huì)增加，如水中含有Ca（HCO3）2的Mg（HCO3）2對(duì)抵抗溶出侵蝕則十分有利。因?yàn)樗鼈冊(cè)诨炷帘砻嫘纬梢环N碳化保護(hù)層；另外，混凝土的滲透系數(shù)、透水量、混凝土的過度振搗、混凝土附近水的更新速度、水流速度、結(jié)構(gòu)尺寸、水壓力及養(yǎng)護(hù)方法與混凝土的碳化都有密切的關(guān)系。
2.混凝土碳化破壞的防治措施
對(duì)于混凝土的碳化破壞，我們?cè)谑┕ぶ锌偨Y(jié)出了一系列治理措施：一是在施工中應(yīng)根據(jù)建筑物所處的地理位置、周圍環(huán)境，選擇合適的水泥品種；對(duì)于水位變化區(qū)以及干濕交替作用的部位或較嚴(yán)寒地區(qū)選用抗硫酸鹽普通水泥；沖刷部位宜選高強(qiáng)度水泥；二是分析骨料的性質(zhì)，如抗酸性骨料與水、水泥的作用對(duì)混凝土的碳化有一定的延緩作用；三是要選好配合比，適量的外加劑，高質(zhì)量的原材料，科學(xué)的攪拌和運(yùn)輸，及時(shí)的養(yǎng)護(hù)等各項(xiàng)嚴(yán)格的工藝手段，以減少滲流水量和其它有害物的侵蝕，以確?；炷恋拿軐?shí)性；另外，若建筑物地處環(huán)境惡劣的地區(qū)，宜采取環(huán)氧基液涂層保護(hù)效果較好，對(duì)建筑物地下部分在其周圍設(shè)置保護(hù)層；用各種溶注液浸注混凝土，如：用溶化的瀝青涂抹。另外，若水工建筑物一旦發(fā)生了混凝土碳化，最好采用環(huán)氧材料或特殊纖維布材料防護(hù)修補(bǔ)，若碳化深度較大，可鑿除混凝土松散部分，洗凈進(jìn)入的有害物質(zhì)，將混凝土銜接面鑿毛，用環(huán)氧砂漿或特殊纖維布材料鋪粘填補(bǔ)，最后以環(huán)氧基液做涂基保護(hù)。
三、工程實(shí)例
寶雞峽韋水倒虹管橋大梁加固中，大膽采用粘碳纖維布加固新技術(shù)，取得了良好的除險(xiǎn)效果。碳纖維布是近幾年國際上興起的一種新型加固材料，是由碳纖維長(zhǎng)絲經(jīng)編織而制成的柔軟卷材，其抗拉強(qiáng)度為2500－3550Mpa鋼材的10倍，重量輕、厚度薄200－600g/m2，每層厚0.1－2mm，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸；具有良好的耐腐蝕性和粘合性，施工便捷,不需要打孔植筋，對(duì)原結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生新的損傷，是目前優(yōu)質(zhì)理想的結(jié)構(gòu)加固材料。
粘碳纖維布施工時(shí)，必須大梁充分卸載的情況下進(jìn)行，并且現(xiàn)場(chǎng)氣溫不低于5℃。首先是進(jìn)行結(jié)構(gòu)表面處理，鑿除大梁混凝土表層剝落、蜂窩、腐蝕等劣質(zhì)部位，用聚合物水泥砂漿修復(fù)填平，并對(duì)被粘混凝土表面打磨平整干凈，要求表面無明顯的凸凹現(xiàn)象，尤其是表面的凸起部位要磨平。轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理，應(yīng)打磨成圓弧狀（圓弧半徑10mm≤R≤20mm）。其次是刷涂底層WSX膠，用滾筒刷或毛刷均勻涂抹于混凝土表面，膠層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。
然后是粘貼碳纖維布，按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布，盡量避免搭接，如若搭接,則碳纖維布沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不得少于100mm；用特制滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，并使粘結(jié)劑充分浸透碳纖維布。待纖維表面指觸干燥后涂抹WSX面膠，做到均勻，不得漏涂。此道工序完成后，用小錘等工具輕輕敲擊或手壓碳纖維布表面來判斷粘結(jié)效果，如出現(xiàn)空鼓等粘不密實(shí)的現(xiàn)象應(yīng)采用針管注膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。最后作外表面處理。在碳纖維布上的面膠未干時(shí)撒上黃砂，以增加水泥砂漿粉面時(shí)的粘結(jié)強(qiáng)度；用2cm厚的水泥砂漿將碳纖維布保護(hù)。
韋水倒虹管橋大梁加固完工后，結(jié)合管道充水試驗(yàn)作了大梁承載情況下的擾度觀測(cè)，結(jié)果顯示大梁變形擾度在1.55mm左右，且趨于穩(wěn)定。表明粘碳纖維布防碳化加固處理效果明顯,改善梁體受力狀況，達(dá)到了質(zhì)量要求,而且縮短了工期,及時(shí)滿足了灌區(qū)抗旱輸水。
作者簡(jiǎn)介
張建勝，1972年3月生，工程師，大學(xué)本科，多年從事水利工程建設(shè)管理工作。
顧漢林，1975年3月生，工程師，大學(xué)本科，多年從事水利工程建設(shè)管理工作。
