二氧化碳作用下衬砌混凝土的碳化侵蚀规律研究

资料大小：250KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-11

资料介绍

二氧化碳作用下衬砌混凝土的碳化侵蚀规律研究
陈连姝
(河南建筑职业技术学院，河南郑州450002)
摘要：通过对混凝土结构碳化破坏的全程分析，研究了混凝土在碳化作用的性能变化过程，分析了碳化对隧道衬砌带来的不利影响。
结合国内外的研究成果，根据已有的昆凝土碳化预测公式，考虑了最能反映混凝土品质的水泥用量、混凝土抗压强度等因素，利用相关的
碳化数据回归得出了多参数混凝土碳化深度预测模型并进行了验证。
关键词：碳化；衬砌混凝土；预测
中图分类号： TU528．叭文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2010)04—0017—03
Study on carbon dioxide under the action of the carbonation of concrete lining erosion
CHEN Lian．shu
(Henan Technical College ofConstruction，Zhengzhou 450002，China)
Abstract： The carbonation of concrete structures damaged full analysis，and research the role of concrete in the performance of carbonation
process of change，analysis of carbonization of the adverse effects of tunnel lining．Research achievements at home and abroad，on the basis of
concrete carbonation prediction equmion，taking into account best reflects the quality ofcement concrete，concrete compressive strength and other
factors，the use ofcarbon—related data regression reached the multi—parameter prediction model ofconcrete carbonation depth ofand verified．
Key words： carbonation；lining concrete；forecast
0 引言
通常情况下，混凝土呈碱性，其pH值可达到12．5以上，设
置在混凝土内部的钢筋在这个碱性环境中，表面生成一层致密
的钝化膜，可以阻止钢筋与外界物质的进一步接触与反应，起
到保护作用。混凝土是多孑L同体，具有物理吸附作用。空气中的
CO：、SO：以及其他酸性气体，可以被混凝土吸附在其表面并通
过}昆凝土的孔隙及裂缝进入到}昆凝土内部，与混凝土中的碱性
物质(主要是水泥石中的CH)反应，使得混凝土孔隙溶液的pH
值降低，这称为混凝土的中性化。CO 是空气中含量最多的酸
性气体，是造成大气环境中混凝土中性化的主要物质，由CO：
引起的混凝土的中性化就称为碳化。
1 衬砌混凝土碳化的全程及破坏规律分析
1．i 衬砌混凝土碳化的全程分析
混凝土碳化的本质就是空气中的二氧化碳通过扩散等作
用深入到混凝土内部，并吸附溶解于混凝土内部孑L隙表面的水中，
形成碳酸进而与水泥水化产物中的碱性物质发生中和反应。其
实际过程非常复杂。研究衬砌混凝土的碳化机理及破坏规律，
应从混凝土内部化学成分的系统变化人手。据此，混凝土碳化
的前提条件为新拌混凝土中水泥的水化过程。这一过程主要是
水泥熟料中的矿物水化生成可碳化物质的阶段。同时，混凝土
内的钢筋在水泥水化的强碱环境下表面形成致密钝化膜，使钢
筋中的铁避免与周围环境中的侵蚀性物质发生接触。
收稿日期：2009—12—11
混凝土的碳化全过程可分为以下阶段：
(1)硬化后的}昆凝土吸附空气中的CO 到达其表面层，CO
气体在混凝土孔隙内由外向内扩散。
(2)CO：溶解到混凝土内部孔隙表面的水溶液中，形成H CO
这一过程可用化学反应式写为：
CO2+H2O=H2CO3
(3)混凝土表面有限深度范围内的碳化过程。碳化产物填
充混凝土表层孔隙，减少其孔隙率，提高表层混凝土的抗渗性
能，一定程度上减缓了CO 向混凝土内部的扩散速度。
(4)随CO 侵蚀时问的延长，水泥石中的C．S．H、水化铝酸
钙、钙矾石等物质的碳化分解过程。水泥石内部的孑L隙结构变
差，孑L隙趋于更加连通。
1．2 碳化作用下衬砌混凝土的破坏规律研究
隧道混凝土衬砌根据隧道围岩的等级不同，所受到的围岩
压力大小也不有素混凝土衬砌和配筋混凝土衬砌两种类型。
1．2．1 对于素混凝土衬砌的侵蚀规律
对于素混凝土衬砌，碳化是有利的。由于混凝土碳化产物的
密度要大于碳化后混凝土表面的密实度增加，变得更加致密坚硬，
碳化起到了有利作用碳化过程中主要被消耗物质为Ca(OH) ，
主要生成物质为碳酸钙(CaCO )，其主要反应方程式为：
Ca(OH)2+H2CO3=CaCO3+2H2O
从密度上看，碳酸钙稳定相的密度为2．72 g／cm ，CH为
2．249 g／cm3oCa(OH)2分子量为74，CaCO3为100。从水泥石的固
相物质考虑，假定碳化前Ca(OH)：量为74 g，其体积为74／2．24，