摘要：通過(guò)對混凝土的碳化、凍融破壞機理及影響因素分析，提出了水工建筑物混凝土碳化、凍融破壞的防治措施，原則上應為防重于治，以達到或延長(cháng)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構組成，而這些混凝土結構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�；炷�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行壽命大為縮短，造成極大浪費。如吉林省豐滿(mǎn)水電站，大壩某處水平施工縫張口寬達1cm以上；又如唐�？h雙九河嘴東擋潮閘始建于1976年，到1986年許多混凝土構件已產(chǎn)生很多裂縫，鋼筋裸露；還有我省寶雞峽灌區混凝土渠道某些渠道某些區段也發(fā)生嚴重凍融破壞等等，所以有必要進(jìn)一步探討水工建筑物混凝土的碳化、凍融破壞機理及防治措施。

　　2混凝土碳化、凍融破壞機理分析

　　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�？諝庵蠧O₂氣滲透到混凝土內，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應后生成碳酸鹽和水，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(mǎn)了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對鋼筋有良好的保護作用，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，當碳化超過(guò)混凝土的保護層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì )使混凝土失去對鋼筋的保護作用，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，對于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對于鋼筋混凝土來(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量，因而會(huì )使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。

　　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之一。對混凝土的抗凍性不能單純理解為抵抗凍融的性質(zhì)，不僅在嚴寒地區混凝土建筑物有抗凍的要求，溫熱地區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(cháng)久會(huì )發(fā)生表層削落，結構疏松等破壞現象，如浙江省的富春江水電站，湖南省的桃江水庫等，都發(fā)生過(guò)不同程度的凍融破壞。所以對混凝土的凍融破壞的研究顯得尤為重要。對混凝土凍融破壞的機理，目前的認識尚不完全一致，按照公認程度較高的，由美國學(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，遭受的破壞應力主要由兩部分組成。其一是當混凝土中的毛細孔水在某負溫下發(fā)生物態(tài)變化，由水轉變成冰，體積膨脹9％，因受毛細孔壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周?chē)�的微觀(guān)結構中產(chǎn)生拉應力；其二是當毛細孔水結成冰時(shí)，由凝膠孔中過(guò)冷水在混凝土微觀(guān)結構中的遷移和重分布引起的滲管壓。由于表面張力的作用，混凝土毛細孔隙中水的冰點(diǎn)隨著(zhù)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，當混凝土受凍時(shí)，這兩種壓力會(huì )損傷混凝土內部微觀(guān)結構，只有當經(jīng)過(guò)反復多次的凍融循環(huán)以后，損傷逐步積累不斷擴大，發(fā)展成互相連通的裂縫，使混凝土的強度逐步降低，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變化，使混凝土孔隙中的水反復發(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)的混凝土時(shí)，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對抵抗溶出侵蝕則十分有利。因為它們在混凝土表面形成一種碳化保護層；另外，混凝土的滲透系數、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、結構尺寸、水壓力及養護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

　　對于混凝土的碳化破壞，我們在施工中總結出了一系列治理措施：一是，在施工中應根據建筑物所處的地理位置、周?chē)�環(huán)境，選擇合適的水泥品種；對于水位變化區以及干濕交替作用的部位或較嚴寒地區選用抗硫酸鹽普通水泥；沖刷部位宜選高強度水泥；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)的攪拌和運輸，及時(shí)的養護等各項嚴格的工藝手段，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，宜采取環(huán)氧基液涂層保護效果較好，對建筑物地下部分在其周?chē)�設置保護層；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，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)氧砂漿或細石混凝土填補，最后以環(huán)氧基液做涂基保護。