摘要：通過對(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，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�？h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程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca（OH）₂＋CO₂＝CaCO₃＋H₂O.水泥在水化過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，稱為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過混凝土的保護(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，鋼筋開始生銹�？梢�，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)于鋼筋混凝土來說，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，湖南省的桃江水庫等，都發(fā)生過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，從而在孔周圍的微觀結(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，因而由冰與過冷水的飽和蒸汽壓差和過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圍介質(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、周圍環(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圍設(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)。