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淺談混凝土回彈與碳化深度
摘要：碳化就是混凝土中的氫氧化鈣和空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈣和水的過程。本文淺談了混凝土碳化的機理、原因及影響因素，簡單闡述防止混凝土碳化的方法。
關鍵詞：混凝土;碳化;回彈
前言：
新拌混凝土由于水化作用形成氫氧化鈣，水泥漿在空氣中硬化時，表層水化形成的氫氧化鈣就會與空氣中的二氧化碳生成碳酸鈣，這被稱為混凝土的碳化作用。碳化深度過深會降低混凝土的堿性，影響結構的耐久度。碳化深度主要與水灰比和周圍環境有關。一般說來，水泥用量一定的時候，水灰比越大，碳化越快。當水灰比一定的時候，水泥用量越少，碳化越快。從碳化的定義我們可以看出如果水泥用量多的話，混凝土中的氫氧化鈣越多堿性就越強，越不容易碳化。還有就是周圍的環境，二氧化碳的濃度及濕度。非常潮濕和非常干燥的時候，混凝土都不易碳化。太濕可以隔離二氧化碳與氫氧化鈣的反映，太干二氧化碳無法結合到水生成H2CO3(碳酸)，混凝土也不會碳化。
回彈檢測混凝土強度是以混凝土的表面硬度來推斷混凝土強度的.碳化會增大混凝土表面硬度，所以回彈判定其強度時需要檢測碳化深度進行修正。
1、混凝土碳化機理及原因
1.1 混凝土碳化機理
拌和混凝土時，硅酸鹽水泥的主要成份碳化鈣水化作用后生成氫氧化鈣，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成為飽和堿性溶液外，大部分以結晶狀態存在，成為孔隙液保持高堿性的儲備，它的PH值為12.5～13.5。空氣中的二氧化碳氣體不斷地透過混凝土中未完全充水的粗毛細孔道，氣相擴散到混凝土中部分充水的毛細孔中，與其中的孔隙液所溶解的氫氧化鈣進行中和反應。反應產物為碳化鈣和水，碳化鈣溶解度低，沉積于毛細孔中。該反應式為：Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O反應后，毛細孔周圍水泥石中的羥鈣石補充溶解為Ca2+和OH-，反向擴散到孔隙液中，與繼續擴散進來的二氧化碳反應，一直到孔隙液的PH值降為8.5～9.0時，這層混凝土的毛細孔中才不再進行這種中和反應，此時即所謂“已碳化”。確切地說，碳化應稱為碳酸鹽化。另外，凡是能與氫氧化鈣進行中和反應的一切酸性氣體，如SO2、SO3、H2S以至于氣相HCI等，均能進行上述中和反應，使混凝土堿度降低，故混凝土碳化應廣義地稱為“中性化”。混凝土表層碳化后，大氣中的二氧化碳繼續沿混凝土中未完全充水的毛細孔道向混凝土深處氣相擴散，更深入地進行碳化反應。
1.2 混凝土碳化原因
混凝土的主要成分有水泥、粗細骨料、水以及外加劑。水泥摻與混凝土的拌合中，水泥中主要成分是氧化鈣，經水化作用后生成氫氧化鈣 ，混凝土的碳化，是指混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳起化學反應，生成中性的碳酸鹽碳酸鈣 。未碳化的混凝土呈堿性，混凝土中鋼筋保持鈍化狀態的最低(臨界)堿度是PH值為11.5，碳化后的混凝土PH值為8.5～9.5。碳化使混凝土的堿度降低，同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數量，使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。鋼筋銹蝕后，銹蝕產生的體積比原來膨脹2～4倍，從而對周圍混凝土產生膨脹應力，銹蝕越嚴重，鐵銹越多，膨脹力越大，最后導致混凝土開裂形成順筋裂縫。裂縫的產生使水和二氧化碳得以順利的進入混凝土內，從而又加速了碳化和鋼筋的銹蝕。
2、影響混凝土碳化的因素
影響混凝土碳化的因素有環境因素、原材料因素、施工操作因素等。主要有以下幾點：
2.1 環境條件
因為碳化是液相反應，十分干燥的混凝土即一直處于相對濕度低于25%空氣中的混凝土很難碳化;在空氣濕度50%～75%的大氣中，不密實的混凝土最容易碳化;但在相對濕度95%的潮濕空氣中或在水中的混凝土反而難以碳化，這是因為混凝土含水時透氣性小，碳化慢;在濕度相同時，風速愈高、溫度愈高，混凝土碳化也愈快;空氣中二氧化碳濃度愈高混凝土碳化速度愈快。
2.2 水泥品種
一般說來，普通硅酸鹽水泥要比早強硅酸鹽水泥碳化稍快，摻混合材料的水泥碳化速度更快，混合材料摻量越大，碳化速度越快。摻用優質減水劑或加氣劑，可以大大改善混凝土的和易性，減小水灰比，制成密實的混凝土，使碳化減慢。尤其是加氣減水劑，由于抗凍性提高，可以大大改善鋼筋混凝土建筑物的耐久性。
2.3 骨料種類
混凝土中的骨料本身一般比較堅硬、密實，總的說來，天然砂、礫石、碎石比水泥漿的透氣性小，因此混凝土的碳化主要通過水泥漿體進行。但是，在輕混凝土中，由于輕質骨料本身氣泡多，透氣性大，所以能通過骨料使混凝土碳化。一般說來，輕混凝土比普通混凝土碳化快，需要摻用加氣劑或減水劑來減緩它的碳化速度。
2.4 水灰比
混凝土的碳化速度與它的透氣性有很密切的關系，混凝土的透氣性越小，碳化進行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥漿的組織密實，透氣性小，因而碳化速度就慢。同理，單位水泥用量多的混凝土碳化較慢。
2.5 澆筑與養護質量
密實的混凝土表層孔隙很小，易從潮濕的空氣中吸取水分而充滿水，故不易碳化;欠密實的混凝土表層中大孔隙內無水，二氧化碳可以由氣相擴散到充滿水的毛細孔隙而完成碳化。所以越是密實的混凝土其抗碳化能力越高。
混凝土澆筑與養護質量是影響混凝土密實性的一個重要因素。如果混凝土澆筑時不規范，特別是振搗不密實，以及養護方法不當、養護時間不足時，就會造成混凝土內部毛細孔道粗大，且大多相互連通，嚴重時會引起混凝土再現蜂窩、裂縫等缺陷，使水、空氣、侵蝕性化學物質沿著粗大的毛細孔道或裂縫進入混凝土內部，從而加速混凝土的碳化和鋼筋腐蝕。
3、混凝土碳化的防治
3.1 在使用時合理選用水泥品種。對于水位變化區以及干濕交替作用的部位或較嚴寒地區選用抗硫酸鹽普通水泥;對礦渣水泥和粉煤灰水泥要控制摻量，普通水泥摻粉煤灰，可以在水泥用量不變的情況下，再外摻粉煤灰取代部分砂子，或同時摻用粉煤灰的減水劑，即采用“雙摻”的技術措施，這樣可以提高混凝土的抗碳化能力。
3.2 選好合適的配合比，適量的外加劑，控制細骨料、粉料用量。分析骨料的性質，如抗酸性骨料與水，水泥的作用對混凝土的碳化有一定的延緩作用。對于使用江砂的地方，砂的級配不合理，粉料較多，更應選擇合適的配合比，控制水灰比。科學地攪拌和運輸，及時地養護，以減少滲流水量和其它有害物的侵蝕，確保混凝土的密實性。混凝土的密實度也是保證工程質量的關鍵因素。
3.3 碳化后的混凝土構件還可采用涂刷環氧基液的方法，對建筑物地下部分在其周圍設置保護層;用各種溶注液浸注混凝土，如用溶化的瀝青涂抹。對碳化深度較大的，可鑿除混凝土松散部分，洗凈進入的有害物質，將混凝土銜接面鑿毛，用環氧砂漿或細石混凝土填補，最后以環氧基液做涂基保護。
綜述：混凝土結構工程施工質量驗收規范中規定：在混凝土試件強度評定不合格及結構實體檢驗中，可采用非破損或局部破損的檢測方法，按國家現行有關標準的規定對結構構件中的混凝土強度進行推定。常用的有回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法、后裝拔出法等，其中最常用的是回彈法。而回彈法中碳化深度對混凝土強度的推定值影響很大。由于碳化收縮，碳酸鈣的生成能提高混凝土表面的硬度，在回彈法檢測強度時提高了回彈值讀數，而且碳化深度與混凝土的齡期接近正比，因此為了克服混凝土碳化及齡期對回彈法測強的影響，就把碳化深度作為一個參量來采用，使之成為一個反比的系數，當回彈值相當時，碳化深度值越大其對應的混凝土檢測強度值越低。碳化是一個緩慢發展的過程，在進行混凝土結構及構件強度的檢驗時，為取得比較準確的混凝土的實際強度，應在28d后盡早進行，即在未碳化或碳化程度很小時進行。
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