掺高效减水剂混凝土对碳化及钢筋锈蚀的影响

混凝土碳化现象是指水泥水化产物与空气中的二氧化碳反应而导致碱度降低的现象,其代表性化学反应式表示如下。

Ca(OH)2+CO2+H2O-CaCO3+2H2O

新拌混凝土的pH值一般为12.5以上,由于碱性保护而使钢筋不锈蚀。但当混凝土和空气以及含有二氧化碳气体的雨水接触后,混凝土表面首先开始碳化,随时间推移,碳化由表及里发生。混凝土碳化后,虽然其承载能力不会马上降低,但当碳化层深入钢筋部位后,混凝土就不能起到保护钢筋的作用了。当碱度降到pH值小于11.5时,由于进入了一定量的氧气,则会破坏保护钢筋的钝化膜。由于钢筋中有杂质和混凝土本身的不均匀性以及各部位所处的环境条件的差异,产生了电位差,产生电流,从而在钢筋中形成局部微电池,导致钢筋表明发生锈蚀。

由于铁锈的体积比原来的钢筋体积增大2~2.5倍,其膨胀压导致混凝土保护层的开裂、剥离和脱落,这样就大大加速了钢筋的锈蚀。钢筋锈蚀使钢筋有效截面逐渐缩小,其结构物的承载能力逐渐降低,最终可能导致结构物破坏。当钢筋处于应力状态下时,其锈蚀速率会更快。

降低混凝土的水灰比是防止碳化深入的有效措施之一。减水剂的减水作用就能很好地抑制碳化作用。实验证明所有的减水剂均能减小碳化速率。另外在减水剂中若再复合一些阻锈剂(如亚硝酸钠等),钢筋的抗锈蚀能力将进一步提高。表14-18为掺聚羧酸减水剂混凝土与换萘系减水剂混凝土的碳化性能对比试验结果。聚羧酸减水剂外加剂总体来说比萘系减水剂在提高混凝土抗碳化能力方面强,PCA对水泥水化产物形态的影响,使得混凝土结构更为致密,力学性能特别是抗压强度大幅度提高,CO2的渗透能力下降,碳化深度也随之减小。