混凝土表面喷涂石灰水提高其抗碳化性能

渊南京友西科技股份有限公司袁江苏南京210019冤

摘要院根据混凝土碳化反应的热力学计算以及发生碳化反应后水泥水化产物的体积变化规律袁建议在干燥混凝土表面喷涂石灰水溶液袁使之混凝土表层富集氢氧化钙晶体遥伴随碳化反应的进行袁表层变得密实袁从而提高其耐久性遥

关键词院碳化反应曰体积收缩曰喷涂石灰水曰耐久性

Abstract:Basedonthethermodynamiccalculationofconcretecarbonizationreactionandthevolumevariationofcementhydrationproductsaftercarbonizationreaction,thispaperproposesthesprayinglimewatersolutiononthesurfaceofdryconcretetoenrichcalciumhydroxidecrystalsonthesurfaceofconcrete.Withthecarbonizationreaction,thesurfacebecomesdenseanddurabilityisimproved.

Keywords:carbonizationreaction;volumeshrinkage;sprayinglimewatersolution;durability0引言

钢筋混凝土中一旦发生钢筋锈蚀袁就会因体积膨胀而导致混凝土开裂而剥落遥大量的研究结果表明袁混凝土是高碱性的袁钢筋在高碱介质中是稳定的袁但当受到有害介质的侵蚀时袁侵蚀介质通过混凝土层到达钢筋表面才发生锈蚀反应遥常见1钢筋混凝土破坏原因

钢筋混凝土的耐久性与其所处的环境条件密切相关袁绝大多数钢筋混凝土结构物处于普通的大气环境中袁不可避免受到大气中CO2的侵蚀袁即

序号1234

水泥水化产物氢氧化钙渊Ca渊OH冤2冤

发生碳化反应袁当碳化反应穿过保护层袁深入到混凝土内部到达钢筋表面时袁就会导致钢筋锈蚀遥

碳化反应主要发生在固相的水泥水化产物[1]遥

大气中二氧化碳与水泥水化产物极易发生碳化中氧化钙Ca(OH)2尧钙矾石(3CaO窑Al2O3窑3CaSO4窑31H2O)尧托勃莫莱石(5CaO窑6SiO6窑5H2O)尧水化铝酸反应袁通过化学热力学计算袁水泥主要水化产物氢

的侵蚀介质主要有CO2和氯离子两种遥

四钙(4CaO窑Al2O3窑19H2O)等和CO2发生碳化反应的最低CO2分压都低于大气中的CO2分压3.04伊

10-5袁这些物质都容易发生碳化反应袁这些物质发生碳化反应的二氧化碳分压见表1遥

碳化反应时的二氧化碳分压

10原18.1

表1水泥水化产物发生碳化反应的二氧化碳分压

钙矾石渊3CaO窑Al2O3窑3CaSO4窑31H2O冤水化铝酸四钙渊4CaO窑Al2O窑319H2O冤

托勃莫莱石渊5CaO窑6SiO6窑5H2O冤

10原12.6710原11.75

10原8.27

发生碳化反应的同时也发生固相体积的变化袁从而引起混凝土内部结构的改变袁但唯有氢氧化钙晶体发生碳化反应后固相体积增加了11.5%袁而其他组分都是体积缩小的反应袁见表2遥随着粉煤灰尧矿粉等掺合料的大量采用袁氢氧化钙晶体所占比例

不断下降袁因此水泥水化产物发生碳化反应后总固相体积缩小量更大袁这样就更增大了孔隙率袁CO2更易进入袁反过来又加速了碳化反应的进行袁这样就产生了恶性循环遥

原47原

圆园19年第5期试验研究王晓芳袁鹿立云袁盛思仲袁等院混凝土表面喷涂石灰水提高其抗碳化性能表2几种水泥水化物发生碳化反应时固相体积变化的理论计算值

序号1234碳化反应方程式

1/5渊5CaO窑6SiO窑65H2O冤(固)垣CO2(气)=CaCO3(固)+6/5SiO2(固)+H2O(液)

Ca(OH)2(固)垣CO2(气)=CaCO3(固)+H2O(液)固相体积变化/%

垣11.5原44.6原43原2.4

1/3渊3CaO窑Al2O3窑3CaSO4窑31H2O冤(固)垣CO2(气)=CaCO3(固)+CaSO4窑2H2O(固)+2/3Al(OH)3(固)+22/3H2O(液)

1/4渊4CaO窑Al2O3窑19H2O冤(固)垣CO2(气)=CaCO3(固)+1/2Al(OH)3(固)垣4H2O(液)混凝土中水泥水化产物发生碳化反应后袁降低

了混凝土的碱度袁当碳化层到达钢筋表层时袁钢筋钝化膜就遭到破坏而发生锈蚀遥大气中混凝土的碳化虽然其过程比较缓慢袁但危害性也不能忽视遥虽然氯离子对钢筋锈蚀的危害要大得多袁但是氯离子也必须通过混凝土的孔隙才能进入到钢筋表面袁因此混凝土层的孔隙是发生钢筋锈蚀的必经通道袁而碳化反应的结果使这个通道更通畅了袁在CO2和氯离子双重作用下危害性更大遥

2混凝土的表层保护能提高其抗碳化能力

提高钢筋混凝土的耐久性袁不能忽视对混凝土孔隙率变化的研究袁而混凝土中水泥水化产物与大气中CO2发生碳化反应是导致空隙增大的主要原因遥因此袁要提高钢筋混凝土的耐久性袁必须阻止水泥水化产物的碳化反应或采取有效措施增大水泥石结构的密实度遥处于大气环境中的钢筋混凝土建筑物袁经过装饰如涂料和瓷砖贴面等袁可起到很好的保护作用袁有效隔离了大气中CO2与水泥水化产物之间的有害反应袁但是对一些裸露的建筑物如高架立交桥和清水混凝土等袁没有外层保护袁大气中的CO2侵蚀作用不可忽视遥随着使用期限的增加袁混凝土保护层会逐渐碳化袁最终也会导致钢筋锈蚀袁尤其处于CO2浓度较高的环境中破坏速度更为明显遥

针对上述问题袁我们提出了用石灰水喷涂到干燥混凝土表面的方法[2]袁以增加表层混凝土的氢氧化钙含量袁利用Ca渊OH冤2与CO2反应生成CaCO3固相体积增大的特点袁提高混凝土表层的密实度袁阻碍CO2进入遥这个方法比较简单袁要选用低R2O杂质含量的生石灰袁以降低因R2O的溶解而增加溶液中的OH-数量袁因石灰水在一定温度下Ca2+和OH-的溶度积是一个常数袁用低含量R2O可以增加石灰水中CaO含量袁确保配制的石灰水中CaO含量不低于0.05%袁在干燥的混凝土构筑物表面喷涂石灰水溶液袁晾干后重复喷洒2~3次遥

从硬化水泥浆体中分离出孔隙液的研究表明袁水泥孔隙液中Ca2垣浓度虽然不高袁但一直处于饱和状态袁Ca2垣浓度还随着龄期的增加不断降低袁在90d原48原

后浓度更低袁甚至测不出来遥根据混凝土碳化反应的化学热力学计算及孔隙液的化学组分分析袁Ca渊OH冤2热力学溶度积Ksp渊25益冤越也Ca2垣页也OH原页2越10-5.10袁随着龄期的增加R2O溶出物也不断增多袁即液相中OH原浓度增加袁而Ksp值是一个常数袁Ca2+浓度必然下降袁孔隙液中OH原浓度高而不能再溶入Ca2垣袁所以在干燥的混凝土构筑物表面喷涂石灰水袁石灰水可以被混凝土吸收并向内部渗透袁由于内部孔隙液中Ca2垣已被饱和袁石灰水中Ca2垣的渗透受阻袁只能滞留在表层孔隙呈晶体析出袁再加上表面水分蒸发袁石灰水浓缩袁在混凝土表层富集了Ca渊OH冤2袁这种Ca渊OH冤2晶体又极易发生碳化反应袁生成CaCO3袁发生体积膨胀袁固相体积增加11.5%袁致使混凝土表层密实度增加袁阻碍侵蚀介质的进入袁从而提高了抗碳化耐久性遥混凝土表面通常水泥含量较高袁还有一些肉眼不可见的微裂缝袁侵蚀介质更容易通过这种微裂缝进入袁喷涂石灰水后袁Ca渊OH冤2容易在这些部位析出袁这对充填微裂缝大有帮助遥3结语

根据混凝土中水泥水化产物碳化反应的化学热力学计算以及孔隙液的化学组分袁以及Ca渊OH冤2热力学溶度积Ksp理论袁提出了在干燥混凝土表面喷涂石灰水袁使之表层富集Ca渊OH冤2袁碳化后增加了混凝土表层的密实性袁并可以填充混凝土表面微裂缝袁有效阻挡CO2等有害物质的侵入袁从而提高了混凝土抗碳化等耐久性能遥参考文献

[1]叶铭勋援混凝土碳化反应的热力学计算[J]援硅酸盐通报袁19渊2冤院15-19援

[2]鹿立云袁王晓芳袁张涛袁等援一种用石灰水提高混凝土耐久性的方法[P]援中国专利院104987128.B袁2017-05-24援

第一作者院王晓芳渊1987-冤袁女袁硕士袁工程师袁研究方向为混凝土外加剂以及废弃物的综合利用遥

渊编辑院张强冤渊收稿日期院2019-8-27冤

圆园19年第5期