摘 要:在總結(jié)影響混凝土碳化因素的基礎(chǔ)上,通過實際工程調(diào)查,提出陽光照射對混凝土碳化速度有一定的影響,并通過統(tǒng)計資料分析了光照對混凝土碳化速度的影響程度。
關(guān)鍵詞:陽光照射;混凝土碳化;影響程度
中圖分類號: TU525 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1008 - 5696(2007) 01 - 0005 - 03
混凝土碳化是空氣中的CO2 通過擴(kuò)散進(jìn)入混凝土,在空隙液相中與可碳化物質(zhì)反應(yīng)生成CaCO3 的過程。這一緩慢的過程,涉及到材料本身的因素和環(huán)境因素。屬于材料本身的因素,如水灰比、水泥品種與用量、骨料品種與粒徑、外摻加劑、養(yǎng)護(hù)方法與時間等;屬于環(huán)境條件的因素,如CO2 濃度、相對濕度、溫度、應(yīng)力狀態(tài)、表面覆蓋層等。國內(nèi)外許多學(xué)者對混凝土碳化的影響因素進(jìn)行了研究,取得了一定的成果,但目前尚未見到陽光照射對混凝土碳化速度影響的研究成果。因此,本文結(jié)合實際工程調(diào)查,研究光照對混凝土碳化的影響情況,為建立混凝土碳化預(yù)測模型提供科學(xué)依據(jù)。
1 混凝土碳化影響因素研究成果
1. 1 混凝土品質(zhì)的影響
1. 1. 1 水灰比對碳化速度的影響
水灰比基本上決定了混凝土的孔結(jié)構(gòu),水灰比越大,混凝土內(nèi)部的孔隙率就越大。由于CO2 擴(kuò)散是在混凝土內(nèi)部的氣孔和毛細(xì)孔中進(jìn)行的,因此,水灰比在一定程度上決定了CO2 在混凝土中的擴(kuò)散速度,水灰比越大,混凝土碳化速度也就越快。
1. 1. 2 水泥品種的影響
南京水科院選用了5 種水泥進(jìn)行快速試驗,結(jié)果表明,早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥混凝土碳化速度最慢,礦渣水泥混凝土與普通硅酸鹽水泥混凝土碳化速度基本相同。由于水泥品種不同,水泥水化產(chǎn)物中堿性物質(zhì)的含量及混凝土的滲透性不同,故對混凝土碳化速度有一定影響。
1. 1. 3 水泥用量的影響
水泥用量直接影響混凝土吸收CO2 的量,因此對混凝土碳化速度有一定影響?；炷廖誄O2 的量取決于水泥用量和混凝土的水化速度,水泥用量越大,其碳化速度越慢。
1. 1. 4 混凝土摻合料對碳化的影響
在普通水泥混凝土中,摻加粉煤灰后,由于水泥中的熟料量相應(yīng)地減少了,致使混凝土吸收CO2 的能力降低,同時,由于粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度低,孔結(jié)構(gòu)差,加速了CO2 的擴(kuò)散速度,從而使碳化速度加快。根據(jù)對文獻(xiàn)[ 2 ,3 ]的研究,當(dāng)粉煤灰摻量小于10 %時,可不考慮粉煤灰的影響;當(dāng)粉煤灰摻量超過20 %時,則必須考慮粉煤灰對碳化的影響,并應(yīng)控制粉煤灰摻量(不超過30 %) 。
1. 1. 5 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
混凝土抗壓強(qiáng)度是混凝土最基本的性能指標(biāo),也是衡量混凝土品質(zhì)的綜合參數(shù),它與混凝土的水灰比有非常密切的關(guān)系,并在一定程度上反映了水泥品種、水泥用量與水泥強(qiáng)度、骨料品種、外加劑、施工質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)方法等對混凝土品質(zhì)的影響,混凝土強(qiáng)度高,其抗碳化能力強(qiáng)。研究結(jié)果表明,混凝土碳化深度與抗壓強(qiáng)度的倒數(shù)成正比。
1. 1. 6 施工質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)對碳化的影響
混凝土施工質(zhì)量對混凝土的品質(zhì)有很大影響,混凝土澆注、振搗不僅影響混凝土的強(qiáng)度,而且直接影響混凝土的密實性,因此,施工質(zhì)量對混凝土碳化有很大影響。實際調(diào)查結(jié)果表明,在其他條件相同時,施工質(zhì)量好,混凝土強(qiáng)度高,密實性好,其抗碳化性能強(qiáng);施工質(zhì)量差,混凝土表面不平整,內(nèi)部有裂縫、蜂窩、孔洞等,增加了CO2 在混凝土中的擴(kuò)散路徑,使碳化速度加快。混凝土養(yǎng)護(hù)狀況對混凝土碳化也有一定影響。混凝土早期養(yǎng)護(hù)不良,水泥水化不充分,使表層混凝土滲透性增大,碳化加快。除此之外,混凝土表面的覆蓋層對混凝土碳化也有一定的延緩作用。
1. 2 環(huán)境條件對碳化速度的影響
1. 2. 1 CO2 濃度的影響
由于碳化反應(yīng)是一種化學(xué)反應(yīng),與此有關(guān)的物質(zhì)濃度對碳化速度有很大影響,CO2 濃度越高,碳化速度越快。一般認(rèn)為,碳化速度與CO2 濃度的平方根成正比。
1. 2. 2 環(huán)境溫度的影響
氣體的擴(kuò)散速度和碳化反應(yīng)受溫度影響較大,因此,隨溫度升高碳化速度加快。試驗研究表明CO2 濃度10 %、相對濕度80 %條件下,溫度40 ℃的碳化速度是20 ℃的2 倍;CO2 濃度5 %、相對濕度60 %條件下,溫度30 ℃的碳化速度是10 ℃的1. 7 倍。
1. 2. 3 環(huán)境相對濕度的影響
環(huán)境濕度對混凝土碳化速度有很大影響。相對濕度的變化決定著混凝土孔隙水飽和度的大小,濕度較小時,混凝土處于較為干燥或含水率較低的狀態(tài),雖然CO2 氣體的擴(kuò)散速度較快,但由于碳化反應(yīng)所需水分不足,故碳化速度較慢;濕度較高時,混凝土的含水率較高,阻礙了CO2 氣體在混凝土中的擴(kuò)散,故碳化速度也較慢。研究表明,在相對濕度為40 %～60 %時,碳化速度較快,50 %時達(dá)到最大值。相對濕度在50 %～70 %時,混凝土碳化速度最快。
1. 2. 4 外界風(fēng)壓
這主要是由于空氣中的CO2 不僅通過一般的擴(kuò)散,并且當(dāng)風(fēng)突發(fā)時,由于壓力的變化而進(jìn)入混凝土孔隙中,因此,CO2 在正風(fēng)壓區(qū)域的擴(kuò)散速度比負(fù)風(fēng)壓區(qū)域的擴(kuò)散速度快。
由于是混凝土品質(zhì)、環(huán)境條件等均相同的同一建筑物,因此,實測混凝土碳化深度的統(tǒng)計特征值能較好地反映出光照對混凝土碳化的影響程度。拱肋、吊桿、系桿的陽光照射面和背光面實測混凝土碳化深度統(tǒng)計特征如表1 所示,碳化深度的頻率分布如圖2 所示。
從表1 和圖2 實測統(tǒng)計碳化深度特征值和頻率分布圖看出,陽光照射對混凝土碳化深度有一定的影響,陽光照射面的統(tǒng)計碳化深度平均值均大于背光面,南北拱肋南立面(光照面) 是北立面(背光面) 的1. 07 倍,南北吊桿南立面是北立面的1. 05 倍,南系桿南立面是北系桿北立面的1. 15倍。調(diào)查結(jié)果表明,陽光照射面的混凝土碳化速度比背光面混凝土碳化速度快,這主要是由于當(dāng)其它條件相同時,陽光照射面的溫度高于背光面,構(gòu)件內(nèi)部存在溫度梯度。溫度高氣體的擴(kuò)散速度加快,混凝土碳化速度也加快,碳化深度也越深。
1. 2. 5 應(yīng)力狀態(tài)
在實際的橋梁結(jié)構(gòu)中,不同部位的混凝土處于不同的應(yīng)力狀態(tài),它承受壓應(yīng)力或拉應(yīng)力,在拉應(yīng)力作用下,加速了混凝土微裂縫的開展與延伸,使得各微裂縫連接貫通,這樣增大了混凝土的孔隙率,降低了混凝土抗?jié)B性,從而削弱了混凝土的抗碳化能力。在無筋混凝土試件中(水灰比0. 47) ,當(dāng)拉應(yīng)力為0. 7 f t ( f t 為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計值) 時,二氧化碳?xì)怏w的有效擴(kuò)散系數(shù)增加1～2數(shù)量級,而當(dāng)混凝土受壓時,當(dāng)壓應(yīng)力為0. 7 f c ( f c 為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計值) 時,則降低一個數(shù)量級。有關(guān)調(diào)查顯示,鋼筋的銹蝕引起的混凝土崩裂都發(fā)生在受拉區(qū),而受壓區(qū)則安然無恙,這種情況正好反映了碳化和應(yīng)力狀態(tài)之間的關(guān)系。
2 光照對混凝土碳化的影響
為了分析陽光照射對混凝土碳化的影響,我們以實際工程———江蘇寶應(yīng)運(yùn)河大橋主跨系桿拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。寶應(yīng)運(yùn)河大橋結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。該橋主跨系桿拱結(jié)構(gòu),使用至今已44 年多,并出現(xiàn)了嚴(yán)重的耐久性損傷,為了研究光照對混凝土碳化的影響程度,分別對系桿拱的拱肋、吊桿、系桿的南立面(陽光照射面) 和北立面(背光面) 混凝土碳化深度進(jìn)行了大量的實測。檢測方法采用沖擊電鉆打孔,濃度為1 %的酚酞酒精溶液均勻地噴灑在孔洞內(nèi)壁,然后用游標(biāo)卡尺量取混凝土的碳化深度值。
3 結(jié) 論
以上實測的統(tǒng)計資料研究表明,陽光照射對混凝土碳化速度有一定的影響,影響程度如用統(tǒng)計平均值來考察,光照面大致是背光面的1. 1 倍左右。
由于實際工程問題的復(fù)雜性以及實際調(diào)查資料、試驗資料的缺乏,光照強(qiáng)度、光照時間等對混凝土碳化速度的影響有待進(jìn)一步研究。
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