混凝土表面碳化与应力腐蚀关系的实验研究

董 澄 姜保晓

中交一航局第一工程有限公司

混凝土表面碳化与应力腐蚀关系的实验研究

董 澄 姜保晓

中交一航局第一工程有限公司

混凝土一般是指用水泥作胶凝材料，砂、石作骨料，与水（可含外加剂和掺合料）按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土。混凝土在水运、公路等工程中被广泛地使用，是目前建筑市场上最常用、用量最多的建筑原料。由于多种原因，在使用一段时间后，混凝土表面会发生碳化现象，最终将导致建筑的承载能力降低。文章围绕混凝土表面碳化与应力腐蚀的关系进行了研究讨论。

混凝土；表面碳化；应力腐蚀

1 前言

一直以来，业界一直认定混凝土的使用寿命至少为五十年，尤其是现在科学技术不断发展，很多企业在混凝土配合比的优化方面也进行了不少研究，市场上使用的混凝土的种类越来越多，也出现了不少高性能混凝土。但是，在现实中的情况是，我国混凝土建筑的使用寿命大多不满五十年。这就要求相关企业加强在混凝土抗碳化方面的研究，尽可能的减缓混凝土的老化导致的建筑结构失效的情况。

2 影响混凝土表面碳化的因素

2.1 混凝土自身的性质

混凝土的组成成分中含有大量的碱性物质，空气中二氧化碳气体与混凝土接触，会跟碱性物质发生化学反应Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O，生成碳酸盐和水，导致混凝土碱度降低。混凝土发生碳化后碱性降低，当碳化现象深入混凝土的保护层以内后，钢筋就会与空气中的水、二氧化碳等物质反应，开始生锈。而混凝土组成成分的种类以及比例的不同，其碳化的程度也会有所不同。

2.2 外界环境

混凝土的碳化速度、程度与外界的环境条件比如温度、空气湿度、二氧化碳浓度、自然光强度等有着密不可分的关系。由化学原理可知，大部分的化学反应都是温度越高，反应程度越大。因此，当建筑周围的温度比较高时，混凝土与空气中的物质的反应会更加充分。

3 混凝土表面碳化与应力腐蚀关系

应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。它与混凝土表面的碳化有很大的关系。

3.1 应力影响混凝土的回弹值

首先，我先大致介绍一下工程背景，中交一航局所承接的天津市滨海新区西外环高速公路工程第九标段是于2010年底进行开工建设的，工程预计2012年底竣工通车，但是由于当地拆迁问题影响，工程经常由于这些外界因素暂时停工，于是截止目前2017年初仍然还有部分结构未进行施工，因此，由于工程跨度时间较长，每施工一个构件28d龄期后监理就会旁站监督检测项目部进行混凝土强度回弹检测，并且每年两次质监站检查，都会随机抽检过去已经施工过的构件强度，看是否有结构破损以及强度损失，如果有再责令施工单位进行修补，因此这种施工条件正好对于我们本次研究有大量的数据支持。

现在我们取样数据在2011年7月12日施工的引水河大桥墩柱Y4-3来进行研究，混凝土强度设计为C30，28d龄期是2011年8月9日，当时留置的混凝土试块强度经过检测已经合格，强度为38.9MPa，很好的符合设计要求，在有了合格报告之后，在2011年8月11日监理旁站监督进行混凝土回弹检测，后来在质监站随机抽检中于2013年5月12日和2016年10月15日又再次抽检到了该构件，三次检测的碳化深度和回弹强度修正值如下：

由上图对比可知，混凝土的回弹值要是比较高，碳化的程度就比较小。回弹值比较低的话，混凝土碳化的程度就比较大，碳化深度也比较深。

3.2 碳化深度越深，混凝土应力腐蚀越严重

应力腐蚀是指材料在拉应力和特定的化学介质联合作用下所产生的低应力脆性断裂现象。由它导致的材料的断裂称为应力腐蚀断裂。下面的这个图表是对公司试验室所检测过的滨海新区东海云天小区进行取样调查的调查结果。

应力腐蚀的程度和混凝土表面的碳化程度成正比，和混凝土结构的强度成反比。所以，混凝土表面的碳化深度的大小对混凝土建筑的耐受性有很大的影响。

3.3 碳化深度与强度大小成正比

在新中国成立之前，国民党政府曾经建筑了很多以混凝土为原料的碉堡。下面的图表是对其中一个碉堡的多个部分的性质进行研究分析的数据结果。

由此可知，建筑的碳化深度与应力强度大小成正比。其原理大致是，在混凝土结构受到的应力比较小的时候，建筑结构内部不会因为受力过大而被挤压产生裂痕。

4 结束语

随着科学技术的发展，各方各面得到研究和技术都在不断的升级，建筑行业无论是在建筑原料还是建筑方式上都有了改变。相关企业和人员应该加强创新，研制轻质，高强度，多功能的混凝土新品种，并且继续加强在减缓混凝土表面碳化、延长混凝土结构寿命的研究，使得建筑的质量更高，提高建筑的安全性。

[1]蔡传国.混凝土表面碳化与应力腐蚀关系的实验研究[J].中国市政工程,2015(3):68～69.

[2]蔡传国.高龄混凝土表面碳化与应力腐蚀关系的调查与试验研究[J].混凝土,2013(6):4～6.