市场经济的弊端
王晓芳，鹿立云，盛思仲，叶铭勋
(南京友西科技股份有限公司，江苏南京210019)
摘要：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，建议在干燥混凝土表面喷涂石灰水溶液，使之混凝土表层富集氢氧化钙晶体。伴随碳化反应的进行，表层变得密实，从而提高其耐久性。 关键词：碳化反应；体积收缩；喷涂石灰水；耐久性
Abstract:Based on the thermodynamic calculation of concrete carbonization reaction and the volume variation of cement hydration products after carbonization reaction,this paper proposes the spraying lime water solution on the surface of dry concrete to enrich calcium hydroxide crystals on the surface of concrete.With the carbonization reaction,the surface becomes dense and durability is improved.
Key words:carbonization reaction;volume shrinkage;spraying lime water solution;durability
0引言
钢筋混凝土中一旦发生钢筋锈蚀，就会因体积膨胀而导致混凝土开裂而剥落。大量的研究结果表明，混凝土是高碱性的，钢筋在高碱介质中是稳定的，但当受到有害介质的侵蚀时，侵蚀介质通过混凝土层到达钢筋表面才发生锈蚀反应。常见的侵蚀介质主要有CO2和氯离子两种。 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，绝大多数钢筋混凝土结构物处于普通的大气环境中，不可避免受到大气中CO2的侵蚀，即发生碳化反应，当碳化反应穿过保护层，深入到混凝土内部到达钢筋表面时，就会导致钢筋锈蚀。碳化反应主要发生在固相的水泥水化产物[1]。大气中二氧化碳与水泥水化产物极易发生碳化中反应，通过化学热力学计算，水泥主要水化产物氢氧化钙Ca(OH)2、钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O)、托勃莫莱石(5CaO·6SiO6·5H2O)、水化铝酸四钙(4CaO·Al2O3·19H2O)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3.04×10-5，这些物质都容易发生碳化反应，这些物质发生碳化反应的二氧化碳分压见表1。
表1水泥水化产物发生碳化反应的二氧化碳分压
序号水泥水化产物碳化反应时的二氧化碳分压
1 2 3 4
氢氧化钙(Ca(OH)2)
托勃莫莱石(5CaO·6SiO6·5H2O)
钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O)
水化铝酸四钙(4CaO·Al2O3·19H2O)
10-18.1
10-8.27
10-12.67
10-11.75
发生碳化反应的同时也发生固相体积的变化，从而引起混凝土内部结构的改变，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%，而其他组分都是体积缩小的反应，见表2。随着粉煤灰、矿粉等掺合料的大量采用，氢氧化钙晶体所占比例不断下降，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，这样就更增大了孔隙率,CO2更易进入，反过来又加速了碳化反应的进行，这样就产生了恶性循环。
-47-
唐成良
混凝土中水泥水化产物发生碳化反应后，降低了混凝土的碱度，当碳化层到达钢筋表层时，钢筋钝化膜就遭到破坏而发生锈蚀。大气中混凝土的碳化虽然其过程比较缓慢，但危害性也不能忽视。虽然氯离子对钢筋锈蚀的危害要大得多，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，因此混凝土层的孔隙是发生钢筋锈蚀的必经通道，而碳化反应的结果使这个通道更通畅了，在CO2和氯离子双重作用下危害性更大。
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，不能忽视对混凝土孔隙率变化的研究，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。因此，要提高钢筋混凝土的耐久性，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。处于大气环境中的钢筋混凝土建筑物，经过装饰如涂料和瓷砖贴面等，可起到很好的保护作用，有效隔离了大气中CO2与水泥水化产物之间的有害反应，但是对一些裸露的建筑物如高架立交桥和清水混凝土等，没有外层保护，大气中的CO2侵蚀作用不可忽视。随着使用期限的增加，混凝土保护层会逐渐碳化，最终也会导致钢筋锈蚀，尤其处于
CO2浓度较高的环境中破坏速度更为明显。
针对上述问题，我们提出了用石灰水喷涂到干燥混凝土表面的方法[2]，以增加表层混凝土的氢氧化钙含量，利用Ca(OH)2与CO2反应生成CaCO3固相体积增大的特点，提高混凝土表层的密实度，阻碍CO2进入。这个方法比较简单，要选用低R2O 杂质含量的生石灰，以降低因R2O的溶解而增加溶液中的OH-数量，因石灰水在一定温度下Ca2+和OH-的溶度积是一个常数，用低含量R2O可以增加石灰水中CaO含量，确保配制的石灰水中CaO含量不低于0.05%，在干燥的混凝土构筑物表面喷涂石灰水溶液，晾干后重复喷洒2~3次。
从硬化水泥浆体中分离出孔隙液的研究表明，水泥孔隙液中Ca2+浓度虽然不高，但一直处于饱和状态,Ca2+浓度还随着龄期的增加不断降低，在90d 后浓度更低，甚至测不出来。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,Ca(OH)2热力学溶度积Ksp(25℃)=〔Ca2+〕〔OH-〕2=10-5.10，随着龄期的增加R2O溶出物也不断增多，即液相中OH-
浓度增加，而Ksp值是一个常数,Ca2+浓度必然下降，孔隙液中OH-浓度高而不能再溶入Ca2+，所以在干燥的混凝土构筑物表面喷涂石灰水，石灰水可以被混凝土吸收并向内部渗透，由于内部孔隙液中Ca2+已被饱和，石灰水中Ca2+的渗透受阻，只能滞留在表层孔隙呈晶体析出，再加上表面水分蒸发，石灰水浓缩，在混凝土表层富集了Ca(OH)2，这种Ca (OH)2晶体又极易发生碳化反应，生成CaC
O3，发生体积膨胀，固相体积增加11.5%，致使混凝土表层密实度增加，阻碍侵蚀介质的进入，从而提高了抗碳化耐久性。混凝土表面通常水泥含量较高，还有一些肉眼不可见的微裂缝，侵蚀介质更容易通过这种微裂缝进入，喷涂石灰水后,Ca(OH)2容易在这些部位析出，这对充填微裂缝大有帮助。
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，以及Ca(OH)2热力学溶度积Ksp理论，提出了在干燥混凝土表面喷涂石灰水，使之表层富集Ca(OH)2，碳化后增加了混凝土表层的密实性，并可以填充混凝土表面微裂缝，有效阻挡CO2等有害物质的侵入，从而提高了混凝土抗碳化等耐久性能。
参考文献
重芳烃[1]叶铭勋.混凝土碳化反应的热力学计算[J].硅酸盐通报,1989(2):15-19.
[2]鹿立云，王晓芳，张涛，等.一种用石灰水提高混凝土耐久性的方法[P].中国专利:104987128.B, 2017-05-24.
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湖南大学研究生信息管理系统第一作者：王晓芳(1987-)，女，硕士，工程师，研究方向为混凝土外加剂以及废弃物的综合利用。
(编辑：张强)(收稿日期:2019-8-27)
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
序号碳化反应方程式固相体积变化/%文献综述的范文
1 2 3 4
Ca(OH)2(固)+CO2(气)=CaCO3(固)+H2O(液)
1/5(5CaO·6SiO6·5H2O)(固)+CO2(气)=CaCO3(固)+6/5SiO2(固)+H2O(液)
1/3(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O)(固)+CO2(气)=CaCO3(固)+CaSO4·2H2O(固)+2/3Al(OH)3(固)+22/3H2O(液)
1/4(4CaO·Al2O3·19H2O)(固)+CO2(气)=CaCO3(固)+1/2Al(OH)3(固)+4H2O(液)
+11.5
-2.4
-44.6
-43
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