首页 拆除技术正文

混凝土切割混凝土的碳化

futao 拆除技术 2020-10-05 506 0
川渝拆除17713551981

1.混凝土碳化的机理

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,与混凝土中的碱性物质发生化学反应,使混凝土中的pH值下降的过程称为混凝土的中性化过程。其中,由大气环境中的CO。引起的中性化过程称为混凝土的碳化。由于大气中均有一定含量的CO2,碳化是最普遍的混凝土中性化过程。

混凝土碳化是一个复杂的物理化学过程。水泥熟料充分水化后,生成氢氧化钙(Ca(OH)。)和水化硅酸钙(3CaO·2SiO.·3H2O),混凝土孔隙水溶液为氢氧化钙饱和溶液,其pH值为12~13,呈强碱性。孔隙水与环境湿度之间通过温湿度平衡形成稳定的孔隙水膜。环境中的CO。气体通过混凝土孔隙气相向混凝土内部扩散并在孔隙水中溶解,同时,固态Ca(OH)。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)。发生化学反应生成CaCO。,同时,水化硅酸钙也在固液界面上发生碳化反应:

Ca(OH),+CO2→CaCO,+H20(12-1)

(3Ca0·2Si0,·3H,0)+3C0,→3CaCO,+2Si0,+3H20(12-2)

碳化反应的结果,一方面,生成的CaCO。和其他固态物质堵塞在混凝土孔隙中,使混凝土的孔隙率下降,大孔减少,从而减弱了后续的CO。扩散,并使混凝土的密实度和强度有所提高,但脆性变大;另一方面,孔隙水中Ca(OH)。浓度及pH值降低,完全碳化混凝土的pH值为8.5~9.0,导致钢筋脱钝而锈蚀。图12-3给出了混凝土碳化过程的物理模型。


图12-3混凝土碳化过程的物理模型

图12-3混凝土碳化过程的物理模型

2.混凝土碳化的影响因素

从碳化机理可知,影响混凝土碳化的因素有:属于材料本身的因素,如水灰比、水泥品种、水泥用量、骨料品种与粒径、外掺加剂、养护方法与龄期、混凝土强度等;属于环境条件的因素,如相对湿度、CO。浓度、温度;以及混凝土表面的覆盖层、混凝土的应力状态、施工质量等。

1)水灰比

水灰比W/C是决定混凝土孔结构与孔隙率的主要因素,其中游离水的多少还关系着孔隙饱和度(孔隙水体积与孔隙总体积之比)的大小。因此,水灰比是决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的主要因素之一。水灰比增加,则混凝土的孔隙率加大,CO2有效扩散系数扩大,混凝土的碳化速度也加大。

2)水泥品种与用量

水泥品种决定着各种矿物成分在水泥中的含量,水泥用量决定着单位体积混凝土中水泥熟料的多少,二者是决定水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量的主要材料因素,因而也是影响混凝土碳化速度的主要因素之一。

水泥用量越大,则单位体积混凝土中可碳化物质的含量越多,消耗的CO2也越多,从而使碳化越慢。在水泥用量相同时,掺混合材的水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量减少,且一般活性混合材由于二次水化反应还要消耗一部分可碳化物质Ca(OH)2,使可碳化物质含量更少,故碳化加快。因此,相同水泥用量的硅酸盐水泥混凝土的碳化速度最小,普通硅酸盐水泥混凝土次之,粉煤灰水泥、火山硅质硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥混凝土最大。同一品种的掺混合材水泥,碳化速度随混合材料掺量的增加而加大。

3)骨料品种与粒径

骨料粒径的大小对骨料-水泥浆粘结有重要影响,粗骨料与水泥浆粘结较差,CO2易从骨料-水泥浆界面扩散;另外,很多轻骨料中的火山灰在加热养护过程中会与Ca(OH)。结合,某此硅质骨料发生碱骨料反应时也消耗Ca(OH)。。这些因素都会使碳化加快。

4)外掺加剂

混凝土中掺加减水剂,能直接减少用水量使孔隙率降低,而引气剂使混凝土中形成很多封闭的气泡,切断毛细管的通路,两者均可以使CO2有效扩散系数显著减小,从而大大降低混凝土的碳化速度。

5)养护方法与龄期

养护方法与龄期的不同导致水泥水化程度不同,在水泥熟料一定的条件下生成的可碳化物质含量不等,因此也影响混凝土碳化速度。若混凝土早期养护不良,会使水泥水化不充分,从而加快碳化速度。

6)混凝土强度

混凝土强度能反映其孔隙率、密实度的大小,因此,混凝土强度能宏观地反映其抗碳化性能。总体而言,混凝土强度越高,碳化速度越小。

7)CO。浓度

环境中CO。浓度越大,混凝土内外CO.浓度梯度就越大,CO。越易扩散进入孔隙,化学反应速度也加快。因此,CO.浓度是决定碳化速度的主要环境因素之一。一般农村室外大气中CO。浓度为0.03%,城市为0.04%,而室内可达0.1%。

8)相对湿度

环境相对湿度通过温湿平衡决定着孔隙水饱和度,一方面影响着CO2的扩散速度,另一方面,由于混凝土碳化的化学反应均需在溶液中或固液界面上进行,相对湿度也是决定碳化反应快慢的主要环境因素之一。

若环境相对湿度过高,混凝土接近饱水状态,则CO2的扩散速度缓慢,碳化发展很慢;若相对湿度过低,混凝土处于干燥状态,虽然CO。的扩散速度很快,但缺少碳化化学反应所需的液


相环境,碳化难以发展;70%~80%的中等湿度时,碳化速度最快。

9)环境温度

温度的升高可促进碳化反应速度的提高,更主要的是加快了CO2的扩散速度,温度的交替变化也有利于CO2的扩散。

10)表面覆盖层

表面覆盖层对碳化起延缓作用。如表面覆盖层不含可碳化物质(如沥青、涂料、瓷砖等),则能封堵混凝土表面部分开口孔隙,阻止CO2扩散,从而延缓碳化速度。如表面覆盖层含可碳化物质(如砂浆、纸筋石膏灰等),CO。在进入混凝土之前先与覆盖层内的可碳化物质反应,延迟CO。接触混凝土表面的时间即混凝土开始碳化的时间,同时,使混凝土表面的CO。浓度比环境中CO。浓度降低,从而降低混凝土的碳化速度。

11)应力状态

对混凝土碳化的研究过去多停留在材料层次上,而实际工程中的混凝土均处于受力状态。

当压应力较小时,由于混凝土受压密实,影响CO2的扩散,对碳化起延缓作用;压应力过大时,由于微裂缝的开展加剧,碳化速度加快。拉应力较小时(<0.3f,),应力作用不明显,当拉应力较大时,随着裂缝的产生与发展,碳化速度显著增大。

3.混凝土碳化深度的检测

混凝土中Ca(OH)。与CO。反应转化为CaCO。,混凝土表面完全碳化处反应生成的CaCO。

含量最大,相应的Ca(OH)。含量最小,而混凝土内部未碳化区中其含量正好相反。由于混凝土碳化是一个渐进过程,在完全碳化(pH≤9)和未碳化区(pH≥12.5)之间往往存在一个未完全碳化区或称部分碳化区(9≤pH≤12.5)。这解释了工程实践和试验过程中“完全碳化深度小于混凝土保护层时,钢筋就开始锈蚀”的现象。

混凝土碳化深度的检测有两种方法:X射线法和化学试剂法。前者需要用专门的仪器,它不仅能测试完全碳化深度,还能测试部分碳化深度,这种方法适用于试验室的精确测量。后者操作方便,适用于现场检测,常用的试剂是1%浓度的酚酞酒精试剂,只能测定pH=9的分界线,已碳化区呈无色,未碳化区呈粉红色,这种方法仅能测试完全碳化的深度;另有一种彩虹指示剂(Rainbow Ihdicator)可以根据反应的颜色判别不同的pH值(pH=5~13),因此,可以测试完全碳化和部分碳化的深度。

图12-4Ca(OH)2与CaCO,浓度变化曲线

图12-4Ca(OH)2与CaCO,浓度变化曲线

图12-4是X射线法测定的碳化混凝土内Ca(OH)2与CaCO。浓度随深度的变化曲线,可以看出,该混凝土中有一个明显的部分碳化区,在该区域内由表及里Ca(OH)。浓度逐渐增大,CaCO,浓度逐渐减小。

4.混凝土碳化深度的预测

国内外学者建立了关于混凝土碳化深度预测的形式各异的众多数学模型。按建立模型的方法来看,混凝土碳化深度的预测模型可分为两类:一类基于碳化机理经数学推导建立的理论模型;一类根据试验结果统计分析影响因素,获取碳化速度系数,建立经验表达式。式(12-3)、式(12-4)分别为同济大学提出的基于碳化机理并经过试验验证的完全碳化深度和部分碳化区长度实用计算模型,根据该模型可以用于新建或既有构件混凝土碳化深度的预测:

W/y.C-0.34

x=839(1-RH)1mY%

MAS,C10·VI(12-3)

W7C-0.3I(12-4)x6-1.017×101(0.7-RH)1&/WEY式中x.,xe——混凝土碳化深度、部分碳化区长度(mm);n。——CO2的体积浓度;W,C——单位体积混凝土的用水量和水泥用量(kg/m3);t——碳化时间(d);RH——周围环境相对湿度(%);Ym—水泥水化程度修正系数,超过90d养护取1,28d养护取0.85,中间养护龄期按线性插入法取值;y.——水泥品种修正系数,波特兰水泥(硅酸盐水泥)取1,其他品种水泥取y。=1一掺和料含量。

一般大气环境条件下,数十毫米厚的混凝土保护层完全碳化需要数年至数十年不等,取决于表层混凝土的密实度,因此,试验研究多采用通过加大CO。浓度的快速碳化试验以克服试验周期长的缺点。与式(12-3)一样,已有的计算模型多数认为,碳化深度与CO2浓度n。和碳化时间t的平方根成正比。混凝土快速碳化试验正是根据这一原理设计的,相同的混凝土试件如快速试验的CO2浓度为nd、碳化时间t。时的碳化深度为x2,则在自然环境下,CO。浓度为no、碳化时间t时的碳化深度为x。可按式(12-5)计算。基于上述原理,还可根据碳化时间to时的现场实测碳化深度为x2预测碳化时间t时的碳化深度为x。:

Nn1t.Ke


推荐阅读:

电力线路架设作业

四川南充桥梁拆除单支撑板桩墙计算

防护栏杆

烟囱的拆除爆破

保护性拆除