莊詩雨1 周予啟2 王 強1
1.清華大學土木工程系 北京 100084； 2.中建一局集團建設發(fā)展有限公司 北京 100102
摘 要：綜述了地下水中侵蝕性CO2對混凝土的侵蝕機理、實驗室和現(xiàn)場試驗的代表性結果及混凝土抗地下水中CO2侵蝕性能的影響因素。選擇合適的礦物摻合料并控制摻量、適當降低水膠比和增大漿骨比、選擇合適的外加劑，有利于提高混凝土抗地下水中CO2侵蝕性能。
關鍵詞：地下水；侵蝕性CO2；混凝土；作用機理；影響因素
前言
近年來，我國城市地下空間開發(fā)利用進程快速推進，涌現(xiàn)出了大量地下混凝土結構。由于地下環(huán)境的不確定性和復雜性較強，與地上結構相比，地下混凝土結構會遭受一系列更加復雜的物理化學侵蝕作用,因此地下混凝土結構的耐久性問題引發(fā)了越來越多的關注。
工程實際中發(fā)現(xiàn),導致地下混凝土結構出現(xiàn)耐久性問題的關鍵因素之一是地下水中CO2侵蝕。地下水中之所以存在侵蝕性CO2，主要有以下幾個原因：首先，由于全球溫室效應加劇，地下咸水層封存CO2作為一種節(jié)能減排技術被廣泛采用，在通過高壓將CO2注入到地下巖層的過程中，部分CO2會溶解在地下水中；其次，隨著工業(yè)的發(fā)展，地下深井排污等污水廢液處理方式應用廣泛，在廢液被壓入地質深層隔絕的過程中，部分CO2會泄漏到地下水中；此外，地下油田開發(fā)伴生的CO2也可能會溶解在地下水中，這些都會導致地下水中存在較高濃度的CO2，對地下混凝土結構或構件產(chǎn)生侵蝕作用，并最終導致地下混凝土結構或構件破壞。
第三，與地上結構或構件不同，地下結構具有造價高、使用周期長等特點，一旦發(fā)生破壞帶來的損失將遠高于地上結構；地下構件如樁基礎等往往對結構的安全性起決定性作用，一旦破壞后果將十分嚴重。此外，受獨特的環(huán)境限制，處于地下環(huán)境中的結構或構件通常難以進行外防護，很容易遭受侵蝕破壞，且一旦遭到破壞也很難修復。因此，有針對性地對混凝土進行抗地下水中CO2侵蝕的耐久性設計和配合比設計至關重要。了解地下水中CO2對混凝土的侵蝕過程、機理、影響侵蝕速率和程度的因素，能為合理地進行混凝土的耐久性設計和配合比設計提供理論依據(jù)。
1 侵蝕機理
與空氣碳化和流動水溶蝕不同，地下水中侵蝕性CO2對混凝土的侵蝕作用既涉及化學反應又伴隨著物理浸析[1]。含侵蝕性CO2的地下水直接擴散傳質，首先溶解水泥基材料表面已經(jīng)被碳化的部分，隨后與水泥基材料中的CH反應生成CaCO3，同時水化產(chǎn)物如水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等不斷分解脫鈣，向孔溶液中補充鈣離子。CaCO3進一步反應生成可溶解的Ca(HCO3)2，被水帶走，使得孔溶液pH值降低、孔隙率增大，從而改變了材料的組成和結構，導致材料強度下降、收縮開裂、鋼筋銹蝕、抗?jié)B性變差，耐久性明顯降低[2,3]。
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