摘要：通過(guò)對(duì)混凝土的碳化、凍融破壞機(jī)理及影響因素分析，提出了水工建筑物混凝土碳化、凍融破壞的防治措施，原則上應(yīng)為防重于治，以達(dá)到或延長(zhǎng)工程的使用壽命。

　　關(guān)鍵詞：防治 混凝土碳化 凍融破壞 水工建筑物

　　1前言

　　水工建筑物多以混凝土結(jié)構(gòu)組成，而這些混凝土結(jié)構(gòu)多處在氣候惡劣的環(huán)境中，受泥沙、水流、物理、化學(xué)、氣溫等影響因素頗多。混凝土的破壞以碳化、凍融破壞為常見(jiàn)，致使許多水工建筑物的運(yùn)行壽命大為縮短，造成極大浪費(fèi)。如吉林省豐滿水電站，大壩某處水平施工縫張口寬達(dá)1cm以上；又如唐海縣雙九河嘴東擋潮閘始建于1976年，到1986年許多混凝土構(gòu)件已產(chǎn)生很多裂縫，鋼筋裸露；還有我省寶雞峽灌區(qū)混凝土渠道某些渠道某些區(qū)段也發(fā)生嚴(yán)重凍融破壞等等，所以有必要進(jìn)一步探討水工建筑物混凝土的碳化、凍融破壞機(jī)理及防治措施。

　　2混凝土碳化、凍融破壞機(jī)理分析

　　2.1混凝土的碳化

　　混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕。空氣中CO₂氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過(guò)程稱(chēng)為混凝土碳化，又稱(chēng)作中性化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca（OH）₂＋CO₂＝CaCO₃＋H₂O.水泥在水化過(guò)程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe₂O₃和Fe₃O₄，稱(chēng)為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開(kāi)始生銹�？梢�(jiàn)，混凝土碳化作用一般不會(huì)直接引起其性能的劣化，對(duì)于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對(duì)于鋼筋混凝土來(lái)說(shuō)，碳化會(huì)使混凝土的堿度降低，同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。

　　2.2混凝土的凍融

　　混凝土的抗凍性是混凝土受到的物理作用（干濕變化、溫度變化、凍融變化等）的一方面，是反映混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一。對(duì)混凝土的抗凍性不能單純理解為抵抗凍融的性質(zhì)，不僅在嚴(yán)寒地區(qū)混凝土建筑物有抗凍的要求，溫?zé)岬貐^(qū)混凝土建筑物同樣會(huì)遭到干、濕、冷、熱交替的破壞作用，經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)久會(huì)發(fā)生表層削落，結(jié)構(gòu)疏松等破壞現(xiàn)象，如浙江省的富春江水電站，湖南省的桃江水庫(kù)等，都發(fā)生過(guò)不同程度的凍融破壞。所以對(duì)混凝土的凍融破壞的研究顯得尤為重要。對(duì)混凝土凍融破壞的機(jī)理，目前的認(rèn)識(shí)尚不完全一致，按照公認(rèn)程度較高的，由美國(guó)學(xué)者T.C.Powerse提出的膨脹壓和滲透壓理論，吸水飽和的混凝土在其凍融的過(guò)程中，遭受的破壞應(yīng)力主要由兩部分組成。其一是當(dāng)混凝土中的毛細(xì)孔水在某負(fù)溫下發(fā)生物態(tài)變化，由水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9％，因受毛細(xì)孔壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周?chē)�的微觀結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生拉應(yīng)力；其二是當(dāng)毛細(xì)孔水結(jié)成冰時(shí)，由凝膠孔中過(guò)冷水在混凝土微觀結(jié)構(gòu)中的遷移和重分布引起的滲管壓。由于表面張力的作用，混凝土毛細(xì)孔隙中水的冰點(diǎn)隨著孔徑的減小而降低。凝膠孔水形成冰核的溫度在－78℃以下，因而由冰與過(guò)冷水的飽和蒸汽壓差和過(guò)冷水之間的鹽分濃度差引起水分遷移而形成滲透壓。

　　另外凝膠不斷增大，形成更大膨脹壓力，當(dāng)混凝土受凍時(shí)，這兩種壓力會(huì)損傷混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴(kuò)大，發(fā)展成互相連通的裂縫，使混凝土的強(qiáng)度逐步降低，最后甚至完全喪失。從實(shí)際中不難看出，處在干燥條件的混凝土顯然不存在凍融破壞的問(wèn)題，所以飽水狀態(tài)是混凝土發(fā)生凍融破壞的必要條件之一，另一必要條件是外界氣溫正負(fù)變化，使混凝土孔隙中的水反復(fù)發(fā)生凍融循環(huán)，這兩個(gè)必要條件，決定了混凝土凍融破壞是從混凝土表面開(kāi)始的層層剝蝕破壞。

　　3混凝土碳化、凍融破壞影響及防治

　　3.1混凝土碳化影響因素及防治

　　3.1.1混凝土碳化影響因素

　　影響混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影響較大的是水泥品種，因不同的水泥中所含硅酸鈣和鋁酸鈣鹽基性高低不同；其次，影響混凝土碳化主要還與周?chē)�介質(zhì)中CO₂的濃度高低及濕度大小有關(guān)，在干燥和飽和水條件下，碳化反應(yīng)幾乎終止，所以這是除水泥品種影響因素以外的一個(gè)非常重要的原因；再次，在滲透水經(jīng)過(guò)的混凝土?xí)r，石灰的溶出速度還將決定于水中是否存在影響Ca（OH）2溶解度的物質(zhì)，如水中含有Na₂SO₄及少量Mg₂＋時(shí)，石灰的溶解度就會(huì)增加，如水中含有Ca（HCO₃）₂的Mg（HCO₃）2對(duì)抵抗溶出侵蝕則十分有利。因?yàn)樗鼈冊(cè)诨炷�土表面形成一種碳化保護(hù)層；另外，混凝土的滲透系數(shù)、透水量、混凝土的過(guò)度振搗、混凝土附近水的更新速度、水流速度、結(jié)構(gòu)尺寸、水壓力及養(yǎng)護(hù)方法與混凝土的碳化都有密切的關(guān)系。

　　3.1.2混凝土碳化破壞的防治

　　對(duì)于混凝土的碳化破壞，我們?cè)谑┕ぶ锌偨Y(jié)出了一系列治理措施：一是，在施工中應(yīng)根據(jù)建筑物所處的地理位置、周?chē)�環(huán)境，選擇合適的水泥品種；對(duì)于水位變化區(qū)以及干濕交替作用的部位或較嚴(yán)寒地區(qū)選用抗硫酸鹽普通水泥；沖刷部位宜選高強(qiáng)度水泥；二是，分析骨料的性質(zhì)，如抗酸性骨料與水、水泥的作用對(duì)混凝土的碳化有一定的延緩作用；三是，要選好配合比，適量的外加劑，高質(zhì)量的原材料，科學(xué)的攪拌和運(yùn)輸，及時(shí)的養(yǎng)護(hù)等各項(xiàng)嚴(yán)格的工藝手段，以減少滲流水量和其它有害物的侵蝕，以確�；炷�土的密實(shí)性；另外，若建筑物地處環(huán)境惡劣的地區(qū)，宜采取環(huán)氧基液涂層保護(hù)效果較好，對(duì)建筑物地下部分在其周?chē)�設(shè)置保護(hù)層；用各種溶注液浸注混凝土，如：用溶化的瀝青涂抹。還有，若建筑物一旦發(fā)生了混凝土碳化，最好采用環(huán)氧材料修補(bǔ)，若碳化深度較大，可鑿除混凝土松散部分，洗凈進(jìn)入的有害物質(zhì)，將混凝土銜接面鑿毛，用環(huán)氧砂漿或細(xì)石混凝土填補(bǔ)，最后以環(huán)氧基液做涂基保護(hù)。