水泥混凝土课程设计

水泥混凝土的碳化设计报告第1页共7页《水泥混凝土的碳化》设计报告姓名：谢文才学号：09140206班级：09级2班专业：材料科学与工程指导教师：熊出华时间：2012.06.11重庆交通大学土木建筑学院目录1设计目的………………32设计题目描述…………33设计报告内容…………33.1混凝土碳化机理………33.2影响混凝土碳化的因素…………………43.3延缓混凝土碳化的措施…………………53.4混凝土碳化模型和实验方法……………64结束语…………………65参考文献………………7

设计目的根据老师课堂讲授内容，对所学到的知识理解、整合、掌握。教材上讲解混凝土碳化的内容很少，通过查找与其有关的资料，对混凝土碳化这方面做一个深刻的认识。在查阅资料过程中深刻理解混凝土碳化的机理、影响因素以及防治措施和碳化发面的实验，这样能让自己在这块内容上掌握得更好，并且能在今后的工作中得到运用。二、设计题目描述混凝土的碳化，是指混凝土中的Ca(OH)2与空气中的CO2起化学反应，生成中性的碳酸盐CaCO3。未碳化的混凝土呈碱性，混凝土中钢筋保持钝化最低（临界）碱度是PH值为11.5，碳化后的混凝土PH值为8.5～9.5。碳化使混凝土的碳度降低，同时，增加混凝土孔隙溶液中氢离子数量，使混凝土对钢筋的保护作用减弱。当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。钢筋锈蚀后，锈蚀产生的体积比原来膨胀2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，锈蚀越严重，铁锈越多，膨胀力越大，最后导致混凝土开裂形成顺筋裂缝。裂缝的产生使水和CO2得以顺利的进入混凝土内，从而加速了碳化和钢筋的锈蚀三、设计报告内容1混碳机理混凝土碳化机理碳化过程是二氧化碳由混凝土表面向内部逐渐扩散深入。碳化引起水泥石化学组成及组织结构的变化，二氧化碳的作用不仅对水泥石中的氢氧化钙发生反应，而且由于氢氧化钙浓度的降低，将要侵蚀和分解水泥石中所有的水化产物，形成硅胶和铝胶，从而对混凝土的化学性能和物理力学性能产生明显的影响，主要是对混凝土碱度、强度和收缩产生影响。其化学反应方程式如下：H2O+CO2=H2CO3Ca(OH)2+H2CO3=CaCO3+H2O3Ca·2SiO2·3H2O+3H2CO3=3CaCO3+2SiO2+6H2O2Ca·SiO2·4H2O+2H2CO3=2CaCO3+2SiO2+6H2O钢筋混凝土结构中钢筋处于水泥石的碱性环境中，在钢筋表面生成一层钝化薄膜，钝化薄膜能保护钢筋免于锈蚀，如果钢筋的碱性环境由于碳化而成中性，则钝化膜破坏，从而导致钢筋锈蚀；碳化作用生成碳化钙、硅胶、铝胶及游离水，从而引起收缩，在混凝土表面产生拉应力，如果拉应力超过混凝土的抗拉强度，则会产生微细裂纹，观察碳化混凝土的切割面，细裂纹的深度与碳化层的深度是一致的。细裂纹的产生导致混凝土抗拉、抗折强度降低；碳化作用能产生游离水，有助于水泥的水化作用，因此使混凝土的抗压强度提高2混碳素2.1内因①水泥的品种和用量水泥品种是影响混凝土碳化的主要因素,水泥品种的不同意味矿渣水泥和粉煤灰水泥中的掺合料有活性氧化硅(SiO2)和活性氧化铝,它们和氧化钙结合形成具有胶凝性的活性物,降低了碱度,因而加速了混凝土表面形成碳酸碳的过程,因而碳化速度较快。相对而言,普通水泥碳化速度慢一些。水泥的用量直接影响混凝土吸收CO2的量,水泥的用量越大混凝土吸收CO2的量越大。增加水泥用量可以改变混凝土的和易性,提高混凝土的密实性;另一方面还可以增加混凝土的碱性含量。因此水泥用量越大,混凝土强度越高,碳化速度越慢。②水灰比在进行混凝土配比设计时,水灰比的确定需要考虑混凝土结构所处的环境,考虑这一因素也是与耐久度有关,适当的水灰比能保证混凝土的密实,透气性小,碳化速度慢。若用水量大,水泥完全水化后,多余的游离水在混凝土内部形成大量的空隙,降低混凝土强度,且多余的游离水逐步蒸发后造成混凝土体积收缩,产生裂缝,加速了混凝土的碳化。③集料的品种和级配混凝土中的集料的品种和级配不同,其内部孔隙结构差别很大,直接影响混凝土的密实性,总的来说,天然砂、砾石、碎石比水泥浆透气性小,因此混凝土中的碳化主要是通过水泥浆进行。但是在轻骨料混凝土中,由于轻质骨料本身的气泡透气性大,所以通过骨料使混凝土碳化。④外加剂混凝土是一种多孔性的材粒,适当的掺用减水剂、高效减水剂可以有效的改善混凝土的工作性,从而有利于混凝土的均匀性和密实性。但在外加剂掺用时应注意不同外加剂之间的匹配、外加剂与水泥的相容性及外加剂的之间的成分、掺量等。在钢筋混凝土结构中应严格控制率离子的引入,以免对钢筋产生锈蚀,造成体积膨胀,造成混凝土开裂加速碳化和钢筋锈蚀。2.2外因①环境因素因为碳化反应上液相反应,十分干燥的混凝土即一直处于相对湿度小于25%的空气中的混凝土很难碳化;在湿度为50%-75%的大气中,不密实的混凝土最容易碳化;但在空气湿度大于95%或水中的混凝土反而很难碳化,这是因为混凝土含水时,透气性小,碳化慢;在湿度相同时,风速愈高,温度愈高,混凝土碳化也就越快;反之则愈慢。②浇筑与振捣工艺振良的混凝土表大隙很，从吸取而充满，碳化越的混凝其碳化能越。如果混凝土浇筑规，特别是振捣不，欠实的混凝土表中大孔隙较，大孔隙无存储，CO2气扩散满毛成碳。③养护质量混凝土养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因如护方、，会造成混凝部毛孔道粗，互连，重混凝现、裂缝等，使、、侵学质沿着粗毛孔道缝进凝，凝。3混碳施为减少碳化作用对混凝土及钢筋混凝土结构的不利影响,可采用以下措施:3.1选择抗碳化能力强的水泥品种不同品种的水泥，其主要矿物成分掺合料品种及其掺量不同，其水化物的碱性物质含量就会有较大的差异，水泥品种的差异而导致混凝土碱度的大小，是直接评判混凝土抗碳化能力强弱的主要依据，因此，在工的施工中，应根据工程抗碳化能力的设计要求、环境要求、经济要求等各方面因素，宜优先选用抗碳化能力较强的水泥品种用于混凝土结构的施工，如:快硬早强硅酸盐水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥等3.2掺加适宜优质的外加剂在水泥用量保持不变降低水灰比的情况下，在混凝土中掺入0.25%的SM减水剂或3.5%的NC减水剂，混凝土的抗压强度可提高20%～40%，其碳化速度可相应减缓10%～30%如果在减水剂中再加入一定量的阻锈剂(如亚硝酸钠等)，钢筋混凝土中钢筋产生锈蚀的危害性将明显减轻，混凝土的整体耐久性能将有显著地提高3.3改善混凝土的使用环境条件混凝土硬化之后，由于多余水分的蒸发，会留下许多微细孔道，因此硬化后混凝土中的含水状态关系其透气性的大小，而混凝土的气密性又会影响其碳化速度。实测表明：常置于干燥环境中混凝土碳化速度较快，处于干湿循环环境中的混凝土的碳化速度较慢，而长期处于潮湿环境中的混凝土的碳化速度会更慢。因此，在允许的条件下，适当地增大使用环境的湿度减少二氧化碳的含量，是减缓混凝土碳化的一项有效措施3.4严格控制混凝土的水灰比混凝土的抗碳化能力与其强度有着密切的关系，混凝土的强度愈高，其抗碳化能力愈强而水灰比的大小，又是影响混凝土强度高低的重要指标，另外，水灰比的大小又是影响混凝土气密性的一项重要指标试验表明:在水泥用量能够满足混凝土强度和和易性要求的正常情况下，影响混凝土碳化速度的主要因素是水灰比(见表1)由表1可以看出:在水灰比相同的情况下，采用不同品种的水泥;其碳化的深度不一样;在选用同一种水泥的情况下，混凝土的碳化深度随着水灰比的增大而增大，大约水灰比每增大0.01，快速碳化28天的深度将增加8%～12%因此，为减缓混凝土的碳化速度，对钢筋进行有效地保护，应在满足施工及和易用性要求的前提下,尽量采用较小的水灰比3.5加强混凝土的早期养护提高施工质量据试验得知:采用水灰比为0.6的矿渣水泥浇筑的混凝土，湿养护3天的碳化速度比湿养护7天者快50%，比湿养护28天者快90%混凝土施工质量的好坏，直接影响着混凝土的密实度和强度，加强混凝土的振捣，是提高混凝土施工质量的有效措施混凝土如果振捣不足，会造成其密实度的降低，使混凝土出现蜂窝麻面裂缝等缺陷，从而加快混凝土的碳化速度3.6对混凝土设置保护层在钢筋混凝土结构的表面设置保护层，在很大程度上可以阻滞二氧化碳的渗透，从而减缓混凝土的碳化这里所说的保护层，并非钢筋混凝土结构的钢筋保护层，而是指在混凝土结构的表面涂抹一层其它物质。如石灰乳化沥青质涂料，其密封效果也较好，经室内暴露五年后，仍可减缓碳化70%;在混凝土结构的表面设置一层20mm～30mm厚的1∶2水泥砂浆，可以起到堵塞空气侵入的通道加厚钢筋混凝土保护层的作用，可以延缓碳化层达到钢筋表面的时间4混碳CEBTaskGroupV,1+2碳化模型[9]式中，a--结合CO2能力,kg/m3;Deff——一定施工及环境条件下CO2的有效扩散系数;Cs——混凝土表面CO2质量浓度,kg/m3;T——服役寿命(碳化时间),st0——参考期,如1年;kc——施工对扩散系数影响的常数;ke——环境对扩散系数影响的常数;n——中观环境(如结构朝向)对CO2的有效扩散系数随着时间变化的影响.模型也给出了kc、ke及n的取值在室内养护良好情况下kc*ke=1.0,n=0;室外养护良好情况下kc*ke=0.5室外无遮蔽物时n=0.4。该模型既考虑了CO2结合能力又考虑了环境与施工的影响因子较全面地反映了诸多因素对混凝土碳化的影响,认可度较高4.2破形测试方法——快速碳化法(AcceleratedCarbonationMethod简称ACC法)实验室研究中待碳化箱中碳化试件到达相应龄期通过劈裂破形和酚酞滴定显色，测量碳化深度值而现场的检测则是通过钻芯取样，后经酚酞滴定显色测量碳化深度值到目前为止混凝土快速碳化试验方法并没有统一的国际标准我国以前较多利用高压或高浓度的试验方法即将混凝土试件放在充满一定浓度二氧化碳的高压容器内或二氧化碳体积分数为50%的常压容器内进行快速碳化但这样不能正确反映大气中混凝土自然碳化的规律20世纪70年代以来很多国家均倾向于采用常压低浓度的快速试验方法来模拟混凝土的碳化目前西方国家快速碳化试验中的二氧化碳体积分数一般均在10%以内使用较多的为2%~4%我国国家标准GBJ82-85[13]中规定试件先经过28d标准养护后在温度205湿度70%5%CO2体积分数20%3%的碳化箱中进行加速碳化到了3d7d14d28d龄期分别破形测试碳化深度DuraCrete[10]中快速碳化试验方法规定试件经过7d水养护后再标准养护21d随后在温度202湿度65%5%CO2体积分数2%的碳化箱中进行加速碳化根据Knfe的研究快速碳化试验中CO2气体体积分数的临界范围在1.0%~3.0%这样可以减少在实际大气情况下并不会生成的碳化相但是我国快速碳化法中采用的CO2体积分数是在20%左右是DuraCrete中的10倍左右上述情况就可能发生四、总结通过以上论，我们可以看出水泥混凝土的碳化是个客观存在然现，是多种因素综合的结。碳化过深会导致混凝结性