混凝土碳化精讲课件

第二章混凝土碳化高小建博士副教授1）水泥水化反应：C3SC2SC3A知识回顾知识回顾2）水化产物组成：混凝土中高碱性环境(pH值大于12.5)，有效防止钢筋锈蚀。

基本概念

混凝土中性化：当空气、土壤、地下水等环境中的酸性气体或液体侵入混凝土中，与水泥石中的碱性物质发生反应，使混凝土中的pH值降低的过程；

混凝土碳化：由大气环境中的CO2引起的中性化过程，最普遍的混凝土中性化过程。本章内容混凝土碳化机理

混凝土碳化的影响因素

混凝土碳化深度的检测与预测方法混凝土快速碳化试验

部分碳化区及其对钢筋锈蚀的影响

碳化对混凝土强度与钢筋锈蚀的影响

碳化混凝土的再碱化技术2.1混凝土碳化机理Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O(氢氧化钙)3CaO•SiO2•3H2O+CO2

→

3CaCO3+2SiO2+3H2O(水化硅酸钙)3CaO•Al2O3•3CaSO4•32H2O+3CO2

3CaCO3+2Al(OH)3+3CaSO4

•H2O+23H2O(钙矾石)大气中的CO2通过孔隙向混凝上内部扩散并在孔隙水中溶解，固态Ca(OH)2在孔隙水中溶解并向其浓度低的区域(已碳化区域)扩散；溶解在孔隙水中的CO2与Ca(OH)2发生化学反应生成CaCO3；同时，CSH、AFt等水化物也在固液界面发生碳化反应：液相反应，一定湿度条件下发生。水泥石结构形成过程完全干燥或完全饱水的混凝土几乎不发生碳化作用。混凝葛土碳散化的甘结果使混危凝土船产生口体积败收缩混凝钟土孔齐隙率仪降低予、密某实度葵提高CO2钢筋表面脱钝、生锈＊混痰凝土乐中pH值降紧低＜9，导钳致钢峰筋脱可钝而窗锈蚀苹。2.康2混凝淡土碳满化的带影响悠因素1)材料缺因素水灰浴比：性决定CO2有效备扩散痕系数挎及混奖凝土宋碳化禽速度景的主伯要因后素之绘一；识水灰些比增信加，偿混凝谱土的手碳化护速度遮加快绵。水泥离品种伙与用默量:Ａ)硅酸催盐水爷泥≤仙普通直硅酸途盐水浩泥≤帅粉煤士灰水泰泥、牺火山膀灰水们泥和葵矿渣摄水泥普；B)水泥翼用量踩越大抱，混例凝土忙碳化膛速度湿越慢朵。骨料绪粒径伙与级失配:连续给级配蚕、颗清粒粒铲径小务的骨和料，进使混愤凝土云碳化难速率序减缓餐。外加迈剂:掺减矿水剂晚、引恭气剂惠均能视有效这降低角混凝五土碳喂化速休度向。养护粉方法蜓与龄矿期:保湿巧养护饰龄期缝越长脉，混姥凝土苦碳化范速率半越慢弃。混凝穴土强倚度:混凝盯土强样度越捐高，朗其碳饺化速优度越饶小；路但试装验结休果离拉散较蛾大，香主要景是由姓于强辉度难毫以反内映水档泥用劳量等芳对碳罚化速苹率的弊影响宁。施工广质量巩：密出实性走差及稻存在窃蜂窝租、麻验顶、叫漏浆庭、裂依缝等趋缺陷壳部位占的碳喜化深资度比亏振捣械密实洲、表态面无挑缺陷牛部位阻大得弦多。2)环境盏因素温、弟湿度:温度砍升高北可促甘进混渴凝土薪碳化鉴速度殖；相岂对湿态度为50％~7瓣0％的侨中等溉湿度音环境妥下，预混凝乏土碳那化速碎度最量快。CO2浓度:碳化忙速度乱与空叙气中CO2浓度傻的平捏方根叛近似辛成正骗比关掩系。表面博覆盖轧层:含可扒碳化僵物质您的覆误盖层(水泥扬砂浆)，主炼要通树过消荡耗其塘中可恩碳化易物质仅以延声缓CO2侵入辫混凝呢土速谢率；不含辆可碳栋化物鞭质覆壤盖层腾（沥恭青、忠涂料热、瓷伙砖等码），恩因其低结构玩致密席，能飘封堵禁混凝宋土表聚面部君分开蕉口孔税隙，险从而滚延缓宝碳化垂速度舅。受力睬状态:压应忠力不拍超过0.差7fc(fc为混嘱凝土缝的抗肯压强厕度)时，纽奉压应泄力对辽碳化摆起延宇缓作蚕用；生压应姑力超尾过0.侧7fc时会每使碳搁化速袍度加脊快；挣拉应勉力不肃超过0.览3ft(ft为混浅凝土金的抗钉拉强班度)时，狸应力某作用朴不明锐显；闪当拉朵应力超过0.肯3ft时，史应力薯越大臣，碳诵化速牲率越羡快。材料因素水灰比降低水灰比＋＋水泥品种与用量硅酸盐水泥、充足水泥用量＋＋骨料粒径与级配小粒径、级配良好＋外加剂减水剂、引气剂＋养护方法与龄期早期湿养，延长养护时间＋＋混凝土强度提高强度＋施工质量充分振捣，填充密实＋＋环境因素温、湿度中等湿度、高温度－－CO2浓度增加浓度－－表面覆盖层致密、足够厚＋受力状态高应力作用－－各因屑素对大混凝崖土碳零化的谈影响2.别3混凝区土碳宾化深再度检塔测与讨预测糟方法1)检测泻方法X射线爬法:通过X射线参衍射核仪，直宽接测村量出哗混凝脱土中餐不同末深度府处水意泥石它所含氢氧捞化钙创与碳巾酸钙泄晶体岔的含捞量，虚判断凡出混眯凝土蚕受碳被化情刘况。可劲同时源测得完全朽碳化取与部炕分碳路化深衰度，适键用于垂实验俗室精确袖测量。C:铲2烈9.圣4ºCH怜:云17装.9º化学疤试剂丸法:利用禁不同黄化学替试剂庭在不使同pH值环奶境下炊的颜戒色变矩化，枣测出役混凝适土碳榜化深架度。秩常用1%浓度编的酚染酞酒更精溶果液，般以pH＝9为界躬线，吼已碳终化区滨呈无维色，阶未碳准化区强呈粉铲红色耍。另有臭一种清彩虹稻指示环剂(R村ai拌nb寒ow也i育nd话ic茂at英or巧)，根能据反派应的肥颜色寸判别胃不同藏的pH值(5扶~1狗3)，可广测试宗完全搏碳化垄和部魄分碳叶化的蜡深度毫。理论稳模型阿列悄克谢锯耶夫脆模型劈燕：控制奇碳化紫速度胜的是CO2在混询凝土杠孔隙霉中的绍扩散止过程浅，基呆于Fi锅ck第一菊定律减及CO2在多双孔介拔质中倦扩散义和吸粒收特谅征。式中远：x一碳隙化深计度；α一碳符化速撕度系绵数；t一碳识化时顽间；C0一环境饼中CO2的浓私度；De一CO2在混万凝土罢中的竹有效龙扩散揉系数晒；m0一单线位体且积混想凝土诸对CO2的吸俭收量蜡。该模颜型形想式简欣单，急与实竖际试恰验结聪果接异近，篮被大拨多数惨学者场接受钉引用对；该模差型中De与m0两个弃参数暂定义梢较模洗糊，交参数换如何辅计算窗尚未虫交代萝清楚;不适纹用于川较低奥湿度婶环境膨下混绣凝土望碳化并。2)混凝洽土碳斗化深涌度预赠测模凉型理论僚模型顷与经杯验模含型两最类：碳化昂深度琴与碳雕化时却间的第平方茎根成砍正比杠。Pa绝pa窝da楼ki除s模型:根据CO2及各狗可碳转化物限质Ca河(O列H)2、CS昂H、C3S、C2S在碳管化过形程中奔的质最量平航衡条脏件，塘建立疤偏微掌分方缴程组食求解绩而得席．各参扭数都厕有明赏确的匙定义栏和量城纲，医相关锤文献勿中给嘴出计程算方买法；仅适势用于妇普通艺硅酸株盐水储泥混挥凝土乐，对叫于其统它水患泥需每要修侨正；在较纺低湿胜度环丝式境下拢计算拣值与卡试验绿结果牧相差命较大酿。式中：x一碳化深度；t一碳化时间；[CO2]0一环境中CO2的浓度；Dce一CO2扩散系数，

(B休)经验愤模型怒：多参把数模选型：呆如中革国建涨筑科呀学研盛究院可龚洛菊书。α—混凝挑土碳阔化速卵度系冬数，为普通团混凝瓦土、因轻集此料混偿凝土编不同娘；k1、k2、k3、k4、k5、k6–-喂-分别乞表示迎水泥古品种默、水慌泥用支量、崭水灰告比、朝粉煤日灰取桥代量略、骨麻料品番种、凳养护午方法您等因约素影胖响系悦数。基于虎水灰俗比的治经验辣模型纷：如柱山东扔建筑杏科学乱研究痰院朱任安民扯。γ1、γ2、γ３—分别挤表明混凝者土水拌泥品个种、定粉煤览灰取偶代量芽和气重候条天件影通响系创数。基于法抗压厨强度滤的经狡验模请型：如波中国蓄建筑夸科学保研究域院邸多小坛驴。α1、α2、α3—分别课为混凝匪土养宽护条锈件、狡水泥厌品种符、环饮境条做件修林正系方数。(C萍)基于厚扩散镜理论册与试姑验的亦碳化仁模型菠：上送海同茧济大圆学张泽誉。C0x各碳斜化模洞型计念算比勿较某混往凝土无工程它使用婶已44年，帝根据东统计康资料黄：周影围环颂境CO2浓度淘约0.勿25％，节平均伏温度16裂.3氏℃，相价对湿陷度79胃%；混屋凝土恰强度矩等级辣为C1底5，采喝用32直.5普通疤硅酸沟盐水斗泥，裳水泥腹用量界为40故0k弹g/怖m3，水悦灰比跨为0.肆55；该制结构御为现骑浇结爱构，柜自然理养护毒，经狂测试衣混凝发土平炊均碳霉化深甜度值您为20康.7灿mm。d)应优匆先考踢虑多系共数碳巡寿化模剂型、抗稍压强诊度模附型，来其次涝考虑包基于摆理论庙与试携验的热碳化遍模型火及基北于水踪蝶灰比飘的碳灾化模瞧型。2.倍4混凝火土快巾速碳播化试言验通过矿实验所室快舌速碳疲化试词验，献确定雅碳化改速度套方程株，以昼此为捉混凝只土结播构耐越久性樱分析程提供爸依据换。1)试验该方法时：《普通勤混凝帖土长潜期性饭能和镰耐久辱性能航试验织方法》(哑GB高-T币50群08品2-棕20吊09凡)高压命或高出浓度快速饶试验常压装、低再浓度快速创试验试件奖：10遮0×幅10准0×门40跟0m秃m棱柱薄体，炉标准忙养护28天；预处封理：温度60朱℃烘干48险h，除姻成型猛时两窗侧面轧，其扎余各斩面用殿石蜡钞密封钉；碳化羡条件万：温度20纽奉±5善℃，相胜对湿饺度70柏±5波%，二宰氧化侍碳浓泪度20叹±3骗%；碳化男深度抱测试碌：3、7、14、28读d混凝枕土试劣件劈是裂，介用1%浓度朵的酚醋酞乙仿醇溶糠液喷萍于断戚裂面迫，每泳边测滋量多教点距侦离，铺取平膝均值乌即为察碳化顾深度温值。混凝土碳化箱混凝土断裂面喷酚酞溶液2)主要前设备偿与测险试过轧程：混凝土试件碳化深度测量3)快速吸碳化钢与自预然碳灿化间饭关系菠：快速刚碳化巷与自域然碳蜜化的勾主要箭区别窜在于挽二氧宪化碳义的浓奋度不去同，窜由此埋可得扑：阿列克谢耶夫模型式中猫：xz、xk一分塞别为药混凝世土自洒然碳极化、夕快速能碳化另深度铲；tz、tk一分别疯为混致凝土首自然畅碳化匪、快裙速碳时化时间住；Cz、Ｃk一分谊别为厘混凝够土自优然碳渴化、软快速收碳化环境奥中CO2的浓习度。保护层厚度/mm202020实验28d碳化深度/mm4810碳化到钢筋表面时间/年12832202.逝5部分嚷碳化皇区及粪其对茅钢筋圆锈蚀金的影绞响问题擦提出：19粉94年，怎英国怜学者Pa泽rr负ot灶t试验傅发现骑：当绒用酚即酞试浅剂测拌定的碳化转深度输发展融到距席离钢漆筋表奇面一去定深详度而揪并未迷到达弊钢筋穿表面钢时，扁钢筋食便开河始锈愧蚀，而且诞随着秒碳化遣深度留的增景加，悄钢筋虫诱蚀渴速度翻加快傍，直驾到碳抹化深芬度发扯展到过超过阿钢筋申位置躬某个舌长度史时，援锈蚀厉速度糕才稳号定下部来？钢筋滨锈蚀替的速糟度在PH＝9~箱11魂.5的区容段内摸随pH值下爱降而任增大辽，pH值在9以下犬时锈串蚀速为度保晓持稳烂定不聪变．pH值在11拿.5以上哥时钢虽筋处下于钝潜化状各态；受碳喝化混遥凝土挺试件贼中，pH值由拢外到怖内是躬逐渐午升高标的，蠢特别择是当镜环境街湿度敏较低忆时更渣加明尿显。问题神答案：混凝迟土碳坏化过绿程中部分判碳化辟区的臂存在是钢皮筋锈江蚀速突度随绪碳化雀深度顿加深映而增燃大的甚根本喘原因链。理论耽上：咏未碳软化混获凝土安的pH伸≥1蚊2.轮5，完才全碳方化的爬混凝垫土pH＝7，部可分碳者化区迟混凝纠土7＜pH＜12苹.5。应用姻上：彼当pH＞11挺.5时钢锻筋处奖于钝置化状摩态，阻当pH＜9时锈涨蚀速鹿度不戚再受pH值的寒影响昏；因矩此通世常认无为9＜pH＜11钟.5的混棒凝土伏处于查部分惰碳化贞区。1)部分汇碳化狼区的貌界定架范围膏：碳化混凝土中物质分布情况示意图2)部分疲碳化孝区形唱成原巨因：ＶdＶRCO2混凝土Ｖd≤VR时，沾进入洋混凝煮土中更的CO2很快食与最注外层稼混凝月土发询生碳秒化反服应，伟混凝钥土主且要分证为碳削化区导和未桃碳化善区两款部分鞠；Ｖd＞VR时，进辛入混热凝土把中的CO2不能喘及时惧被最剂外层似混凝旁土消嘱耗，夜而进馅入更茧深层在混凝昼土，纸从而哗形成蚂从内旬而外堵的不艳同碳召化程潜度，最终罗形成排碳化张区、烤部分来碳化消区、匀未碳价化区庭。3)部分勿碳化饲区长滩度的砍主要叠影响唯因素献：环境峰湿度膏：当RH＝70％时疯部分炸碳化屈区很渠短，援可忽层略不烂计；音当RH＜60％时拉部分浴碳化趋区在闷整个何碳化叛区中驴已占例有一逼定比浑例且育其长傻度随很湿度重下降馒而迅药速增男大，钟此时旦应计漫及部痕分碳决化的给影响挽。水灰设比：相对睡湿度酱为50裂%条件饺下，漠混凝少土部疫分碳蛋化区苏长度巧随水尿灰比烧增加碎而增探大。水泥宾用量犯：相对耐湿度庆为50暖%条件悼下，宝水泥株用量担对部挪分碳胞化区脂长度蜂有一术定影巧响．币总的舅趋势余是水在泥用卡量越蛇大部哗分碳毅化区派长度魄就越阻小捞。CO2浓度：CO2浓度歌对部遍分碳数化区拜长度柳基本熟无影状响。碳化术时间：当碳丽化进带行—定时利间，欧完全违碳化装区出馋现后订，碳训化时幼间对芹部分诵碳化瓜区长忆度无追影响助。4)部分报碳化绳区长禾度的犯估算围：环境昂相对钟湿度精对部伶分碳纲化区错长度竹有决潜定性林的影析响；水灰拢比和样水泥哭用量捉对部则分碳咸化区狸长度没也有俊一定葛影响攻；部分觉碳化难区长熊度基女本不情受CO处2浓度志和碳绒化时左间影味响。第一泳．根芬据不肾同相赶对湿条度下劈燕混凝荷土部素分碳离化区挂长度准，建达立如窑下关骑系式侮：第二逗．分选别根硬据水提灰比患、水落泥用妄量对闹混凝虹土部否分碳兰化区小长度镇的影衔响，时得到劣以下舰修正依系数扛：第三希．总晋结以父上三帐个公被式，勉可得规如下剑部分睬碳化富区长垮度估乞算公粥式：2.凑6碳化蜡对混秩凝土兆性能亿与钢启筋锈拐蚀的浓影响1)对混驳凝土踢强度翻的影企响：混凝涝土抗仙压强化度随精碳化弓时间鞭与碳明化深委度增押加而独增大瞧。20%CO2恒室温碳化后混凝土抗压强度混凝守土劈寒拉强辅度随战碳化勉时间崇的增奸长而初提高膝，但脊超过景一定余时间熊后则子有所指降低炎？碳化前后混凝土受压应力－应变曲线受压蹦应力-应变氏曲线漫上升谅和下犁降段替变陡览，混芒凝土个脆性矮变大录。混凝灰土孔夹隙率倚降低倡，抗价渗性荷能提俘高。2)对混定凝土零渗透桌性的搞影响待：2)对钢禁筋锈知蚀的状影响怨：Cl元素分布－电子探针图(10%CO2)0天56天112天112天(酚酞)碳化沉使混嫂凝土易中氯甲离子菜向未吧碳化女区迁步移和霉浓缩堂，加速断混凝里土中赵钢筋献脱钝既锈蚀这。3CaO

•Al2O3•CaCl2•10H2O+3CO2

→3CaCO3+2Al(OH)3+CaCl2+7H2O(Friedel复盐)碳化脂对混闪凝土录结构碑性能茅的影语响1)混凝土强度有所提高＋2)混凝土脆性增大－3)抗渗性能提高＋4)混凝土碱性降低，钢筋锈蚀－－5)混凝土中离子迁移和浓缩，钢筋锈蚀加剧－－2.不7碳化尝混凝领土的贿再碱愧化技可术