莊詩雨1 周予啟2 王 強1
1.清華大學(xué)土木工程系 北京 100084； 2.中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司 北京 100102
摘 要：綜述了地下水中侵蝕性CO2對混凝土的侵蝕機理、實驗室和現(xiàn)場試驗的代表性結(jié)果及混凝土抗地下水中CO2侵蝕性能的影響因素。選擇合適的礦物摻合料并控制摻量、適當(dāng)降低水膠比和增大漿骨比、選擇合適的外加劑，有利于提高混凝土抗地下水中CO2侵蝕性能。
關(guān)鍵詞：地下水；侵蝕性CO2；混凝土；作用機理；影響因素
前言
近年來，我國城市地下空間開發(fā)利用進(jìn)程快速推進(jìn)，涌現(xiàn)出了大量地下混凝土結(jié)構(gòu)。由于地下環(huán)境的不確定性和復(fù)雜性較強，與地上結(jié)構(gòu)相比，地下混凝土結(jié)構(gòu)會遭受一系列更加復(fù)雜的物理化學(xué)侵蝕作用,因此地下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題引發(fā)了越來越多的關(guān)注。
工程實際中發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致地下混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)耐久性問題的關(guān)鍵因素之一是地下水中CO2侵蝕。地下水中之所以存在侵蝕性CO2，主要有以下幾個原因：首先，由于全球溫室效應(yīng)加劇，地下咸水層封存CO2作為一種節(jié)能減排技術(shù)被廣泛采用，在通過高壓將CO2注入到地下巖層的過程中，部分CO2會溶解在地下水中；其次，隨著工業(yè)的發(fā)展，地下深井排污等污水廢液處理方式應(yīng)用廣泛，在廢液被壓入地質(zhì)深層隔絕的過程中，部分CO2會泄漏到地下水中；此外，地下油田開發(fā)伴生的CO2也可能會溶解在地下水中，這些都會導(dǎo)致地下水中存在較高濃度的CO2，對地下混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生侵蝕作用，并最終導(dǎo)致地下混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞。
第三，與地上結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不同，地下結(jié)構(gòu)具有造價高、使用周期長等特點，一旦發(fā)生破壞帶來的損失將遠(yuǎn)高于地上結(jié)構(gòu)；地下構(gòu)件如樁基礎(chǔ)等往往對結(jié)構(gòu)的安全性起決定性作用，一旦破壞后果將十分嚴(yán)重。此外，受獨特的環(huán)境限制，處于地下環(huán)境中的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件通常難以進(jìn)行外防護(hù)，很容易遭受侵蝕破壞，且一旦遭到破壞也很難修復(fù)。因此，有針對性地對混凝土進(jìn)行抗地下水中CO2侵蝕的耐久性設(shè)計和配合比設(shè)計至關(guān)重要。了解地下水中CO2對混凝土的侵蝕過程、機理、影響侵蝕速率和程度的因素，能為合理地進(jìn)行混凝土的耐久性設(shè)計和配合比設(shè)計提供理論依據(jù)。
1 侵蝕機理
與空氣碳化和流動水溶蝕不同，地下水中侵蝕性CO2對混凝土的侵蝕作用既涉及化學(xué)反應(yīng)又伴隨著物理浸析[1]。含侵蝕性CO2的地下水直接擴散傳質(zhì)，首先溶解水泥基材料表面已經(jīng)被碳化的部分，隨后與水泥基材料中的CH反應(yīng)生成CaCO3，同時水化產(chǎn)物如水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等不斷分解脫鈣，向孔溶液中補充鈣離子。CaCO3進(jìn)一步反應(yīng)生成可溶解的Ca(HCO3)2，被水帶走，使得孔溶液pH值降低、孔隙率增大，從而改變了材料的組成和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致材料強度下降、收縮開裂、鋼筋銹蝕、抗?jié)B性變差，耐久性明顯降低[2,3]。
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