混凝土碳化的机理、混凝土回弹仪回弹值以及碳化深度的检测方法
第一篇、混凝土回弹仪回弹值以及碳化深度的检测方法
一、混凝土碳化深度的检测方法
碳化深度，可用合适的工具（如钻、凿子）在测区表面形成直径约为15mm的孔洞，其深度约等于保护层厚度，然后除去孔洞中的粉末和碎屑，不能用液体冲洗。用浓度为1%的酚酞酒精溶液立即洒在孔洞壁的边缘处，再用钢尺测量自混凝土表面至深处不变色、（未碳化部分呈紫红色）有代表性的交界处垂直距离1~2次，该距离即为混凝土的碳化深度值。每次测读至0.5mm。 在测区中选取n个碳化深度测点，得到相应碳化深度测量值，即可进行平均碳化深度值的计算。
二、混凝土回弹仪回弹值以及碳化深度的测量方法
在我国的建筑工程里，混凝土结构是我们最常见的一种建筑结构。我们的楼房、桥梁、公路等都是混凝土结构，而我们想要去测试这些混凝土结构的抗压强度，那么我们就要用到混凝土回弹仪了。因为混凝土回弹仪是现场检测用的最广泛的混凝土抗压强度无损检测仪器。接下来我们来了解下混凝土回弹仪回弹值以及碳化深度的测量方法。
（一）、混凝土回弹仪回弹值的测量
1、检测时，回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件的检测面，缓慢施压，准确度数，快速复位。
2、测点宜在测区内均匀分布，相邻两点的净距离不宜小于2cm；测点距外露钢筋、预埋件的距离不宜小于3cm。测点不应分布在气孔或外露石子上，同一点只能弹一次。每一测区记录16个回弹值，每一测点的回弹值精确到1。
（二）、混凝土回弹仪碳化深度的测量（具体如第一点）
1、回弹值测量完毕后，在有代表性的位置上测量混凝土的碳化深度值，测点数不应小于构件测区数的30%，取其平均值为该构件每测区的碳化深度值。当碳化深度极差大于2时，应在每一测区测量碳化深度值。
2、碳化深度的测量，可采用适当的工具在测区表面形成直径15mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。孔洞中的粉末和碎屑应清除干净，并不能使用水清洗。用1%的酚酞酒精溶液滴在孔内壁边缘处，已碳化的混凝土颜色不变，未碳化的混凝土变为红色，当已碳化和未碳化界线清楚时，用深度测量工具测量已碳化混凝土的深度，测量不应小于3次，取平均值，精确至0.5mm。
以上的内容就是混凝土回弹仪回弹值以及碳化深度的测量方法，混凝土回弹仪的使用是获取混凝土质量和强度的最快速、最简单和最经济的测试方法。这也很大测度上提高了建筑物的质量。
三、混凝土强度换算值与碳化深度关系标准差
四、C50混凝土回弹到多少才算合格？
预制梁C50混凝土回弹值大约是44兆帕以上才算合格，具体还要按碳化深度来计算混凝土回弹只能是参考，一般不可以作为评判的，一般是以标养试块的抗压强度来评判的。
补充：
根据JGJ/T 23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程【20111201实施】》，水平测试时，
砼如果无碳化，回弹值42.6兆帕可以换算为抗压强度50MPa，即单点超过42.6兆帕即可，但是砼强度不是按一个点来评定的，要分别计算各测区强度，再按规程上的统计方法计算标准差和代表值，代表值超过设计值才能算合格。
如果只是大概估算一下，那无碳化时（混凝土龄期不超过3个月），一般大部分点回弹值超过45兆帕就没问题了。标准偏差一般3、4左右，考虑富余一点，45兆帕一般就没问题，当然正式结果一定要按上面说的规范进行测试和计算，这个只是在现场估算一下而已。
水平方向检测的话，
碳化1.0的混凝土平均值达到45.8兆帕以后换算混凝土强度时50.2MPa，
碳化2.0的混凝土平均值达到48.4以后换算混凝土强度时50.0MPa，
碳化3.0的混凝土平均值达到50.4以后换算混凝土强度时50.3MPa，泵送混凝土再另外增加系数。
高标号（大于等于C50）混凝土回弹强度都普遍偏低，能弹到100%就不错了。
这时可以用重型回弹仪，回弹的结果比较切合实际，回弹时，弹下不弹上，弹边用力磨，避免粉料和砂浆层、浮浆层的影响。
五、回弹法测砼强度值的计算方法和步骤
（一）、术语
在学习计算方法和步骤之前，先了解几个术语：
1、测区：
检测结构或构件砼抗压强度时的一个检测单元。
2、测点：
在测区内进行的一个检测点。
3、测区砼强度换算值：由测区的平均回弹值和碳化深度值通过测强度曲线或查表得到的该检测单元（测区）的现龄期砼抗压强度值。
回弹法检测砼强度试用于工程结构普通砼抗压强度的检测。砼强度值的确定分为如下几个步骤：1、回弹值测量 2、碳化深度值测量 3、回弹值计算 4、砼强度的计算
（二）、回弹值测量
1、一般规定：结构或物件砼强度检测可采用下列两种方式，其适用范围及结构或构件数量应符合下列规定：
（1）、单个检测：
适用于单个结构或构件的检测。
（2）、批量检测：
适用于相同的生产工艺条件下，砼强度等级相同，原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致且龄期相近的同类结构或构件，按批进行检测的结构构件。抽检数量不得少于同批构件总数的30%且不得少于10件。
2、每一结构或构件的测区应符合下列规定：
（1）、每一结构或构件测区数量应不少于10个。对某一方向尺寸小于4.5米，且另一方向尺寸小于0.3米的构件其测区数量可适当减少，但不应少于5个。
（2）、相邻两测区的间距应控制在2米以内。测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5米，且不宜小于0.2米。
（3）、测区应选在使回弹仪处于水平方向检测砼浇筑侧面，当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测砼强度浇筑侧面、表面或底面。但回弹值需修正。
（4）、测区宜选在构件的两个对称可测面上，也可选在一个可测面上，且应均匀分布。在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区，并应避开预埋件。
（5）、测区的面积不宜大于0.04㎡。
（6）、检测面应为砼表面，并应清洁平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面。必要时可用砂轮清除疏松层和杂物，且不应有残留的粉末或碎屑。
3、回弹值测定
（1）、检测时，回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件的检测面。缓慢施压，准确读数，快速复位。
（2）、测点宜在测区范围内均匀分布。相邻两测点的净距不宜小于20mm。测点距外露钢筋、预埋件的距离不宜小于30mm。测点不应在气孔或外露石子上，同一测点只应弹一次，每一测区应取16个回弹值。
（二）、碳化深度测量值
回弹值测量完毕后，应在有代表性的位置上测量碳化深度值。测点不应小于构件测区数的30%，取其平均值为该构件的每测区的碳化深度值，当碳化深度最大值与最小值之差大于2.0mm时，应在每一测区测量碳化深度。
碳化深度值测量，可采用适当的工具在测区表面形成直径约15mm孔洞，其深度应大于砼的碳化深度。孔洞中的粉末和碎屑应清除干净，并不得用水擦洗。同时，应采用浓度为1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处。当已碳化与未碳化界线清楚时再用深度测量工具测量已碳化与未碳化砼交界面到砼表面的垂直距离。测量应不少于3次，取其平均值。每次读数精确至0.5mm。
（三）、回弹值计算
1、计算测区平均回弹值，应该从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，求余下的10个回弹值的平均值，如果是水平方向回弹浇筑砼的侧面，该值即为该测区平均回弹值Rm。如果不足，此值还需修正。
非水平方向检测砼浇筑侧面时，应按下列修正Rm=Rmα+Raα
式中
Rmα：非水平状态检测时测区的平均回弹值，精确到0.1
Raα：非水平状态检测时回弹值修正值，可按本附表C采用。
Rm：测区平均回弹值（修正后）
3、水平方向检测砼浇筑顶面或底面时，应按下列修正：
4．当检测时回弹仪为非水平方向且测试面为非砼的浇筑侧面时。应先按附表C对回弹值进行角度修正。再按附表D对修正后的值进行浇筑面修正。即：先修正角度，再修正浇筑面。
四、砼强度的计算（平均强度）
1、经过以上砼回弹数值测量。回弹数值修正。碳化深度测量后，可利用平均回弹修正数值
（Rm）及平均碳化深度（dm）,查附表A,可求得各个测区砼强度换算值。
2、根据各个测区的砼强度换算值可计算测区砼强度平均值。当测区数为10个及以上时，应计算强度标准差，平均值及标准差应按下式计算：
六、回弹法测试混凝土强度(实例)
第二篇、混凝土碳化的机理及其对钢筋腐蚀的影响
本文分析了大气环境中CO 2、SO 2 等物质使混凝土发生碳化的作用机理及影响混凝土碳化的主要因素， 阐述了钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的电化学过程， 运用混凝土碳化原理分析了混凝土的碳化对钢筋蚀的影响。
自从1824 年波特兰水泥（又称之为硅酸盐水泥） 问世以来， 混凝土材料就以其性能优越、施工方便和经济成本低等方面的显著优势在土木工程领域内得到广泛的应用。然而在大气中的CO 2、SO 2 等外部介质作用下， 混凝土结构会逐渐发生碳化， 从而导致钢筋腐蚀（锈蚀） ， 其性能产生衰减， 混凝土结构的使用寿命往往也没有人们所预想的那样长。根据煤碳部1996 年对部分矿区生产系统的钢筋混凝土结构建筑的调查报告， 显示因混凝土碳化造成混凝土中钢筋锈蚀， 其钢筋锈蚀深度达20% 以上， 结构的可靠度大大降低。因此混凝土碳化对钢筋腐蚀的影响逐渐引起了结构工程界的重视。
1混凝土的碳化
1．1混凝土碳化的作用机理
混凝土的碳化是指空气中的CO 2、SO 2 等酸性气体与混凝土中液相的Ca （OH） 2 作用， 生成CaCO3和H2O 的中性化过程。此外水泥石中水化硅酸钙（CSH） 和未水化的硅酸三钙（C3S） 及硅酸二钙（C2S）也要消耗一定的CO 2 气体。
由于混凝土是一种多孔性材料， 在其内部往往存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡等缺陷， 具有一定的透气性。空气中的CO 2 首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中， 而后溶解于毛细管中的液相， 与水泥水化过程中产生的
Ca （OH） 2 和水化硅酸钙（CSH） 等物质相互作用， 形成CaCO3。
Ca （OH） 2 是水泥的主要水化产物之一， 对于普通硅酸盐水泥而言， 水化生成的Ca （OH ） 2 可达10%～ 15%。Ca （OH） 2 一方面是混凝土高碱度的主要提供者， 另一方面又是混凝土中最不稳定的成分之一， 很容易与环境中的酸性介质发生中和反应， 从而使混凝土碳化。
经过大量的研究表明， 混凝土的碳化过程是CO 2 气体由表及里向混凝土内部逐渐扩散、反应复杂的物理化学过程， 主要的四个碳化反应方程如下：
1、Ca （OH ） 2 + H 2O + CO 2 →
CaCO 3 + 2H 2O
2、3CaO·2S iSO2·3H O2 + 3CO3 →
3CaCO 3·S iO 2·3H 2O
3、3CaO·2S iSO 2·3H O 2 + nH 2O →
3CaCO 3·2S iO 2·nH 2O
4、3CaO·2S iSO 2·3H O 2 + nH 2O →
2CaCO 3·S iO2·nH 2O
随着混凝土碳化过程的进行， 混凝土毛细孔中Ca （OH） 2 的含量会逐渐减少， 必然要使混凝土PH值降低。碳化后混凝土的PH 值可以用下式表示：
PH = 14 + log 10 [2 × 103 × Ca （OH ） 2 （aq） ]
式中Ca （OH ） 2 （aq） —— 表示混凝土内部毛细孔中液态Ca （OH） 2 的含量。
混凝土的碳化改变了混凝土的化学成分和组织结构， 对混凝土的化学性能和物理力学性能有着明显的影响。
1．2混凝土碳化的影响因素
从混凝土碳化作用机理的阐述中可知，影响混凝土碳化的最主要因素是混凝土本身的密实性和碱性储备的大小， 即混凝土的渗透性及其Ca （OH） 2 碱性物质含量的大小。可以说， 如果混凝土的孔隙率越小、渗透性越低、密实性越高、
Ca （OH ） 2 含量越大，则混凝土的抗碳化性能越好； 反之， 则越差。影响混凝土密实性及其碱性储备的因素十分复杂， 与多种因素有关， 具体来说有材料因素、环境因素和施工因素三大方面。材料因素包括混凝土水灰比大小、水泥品种及其用量、混凝土强度等级、骨料级配、外加剂等； 环境因素包括环境相对湿度、温度、压力以及CO 2 气体浓度等施工因素包括混凝土搅拌、振捣和养护条件等。
1．2．1水灰比的影响。
水灰比增加， 混凝土硬化后，多余的水分蒸发或残留在混凝土中， 会提高混凝土内部毛细孔的含量， 渗透性提高， 因此CO 2 气体在混凝土毛细孔中的扩散速度加快， 从而将加快混凝土的碳化速度， 使混凝土碳化区的碳化深度提高。
对于普通混凝土， 水灰比大小对混凝土碳化的影响可以用下式表述：η= 4.15×W /C-1.03
式中 η——水灰比对混凝土碳化影响系数；
W /C ——混凝土水灰比大小。
图1 为几种不同水灰比下的混凝土制作成标准试件， 进行混凝土快速碳化试验（快速碳化试验条件： CO 2 的浓度为20±5℃， 水泥为普通硅酸盐水泥） ， 从试验结果中可以看出增加混凝土的水灰比，可以加快混凝土的碳化速度。
1.2.2水泥品种的影响。
矿不渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥混凝土的碳化速度要比硅酸盐水泥混凝土的碳化速度快。这是因为火山灰水泥、粉煤灰水泥熟料中的CaO 含量低而SiS2 的含量高， 水泥水化时， SiO 2 和CaO 发生反应大量生成水化硅酸钙，
而生成的Ca （OH） 2 含量较少， 混凝土的碱性低； 而硅酸盐水泥中CaO 的含量高， 能生成较多的Ca（OH） 2， 碱性高。另外， 混凝土的碳化还与CO 2 气体的渗透速度有关。经过大量实践可以证明： 在相同湿度情况下， 火山灰水泥或粉煤灰水泥混凝土中CO 2气体的渗透速度要比硅酸盐水泥混凝土的渗透速度大。
图2 为在水灰比相同、CO 2 气体浓度相同、空气相对温度和温度相同情况下， 几种混凝土碳化深度的比较， 可见硅酸盐水泥混凝土的碳化深度为最小。
1.2.3空气相对湿度的影响。混凝土的碳化与混凝土环境的相对湿度有着重要关系。Ca （OH） 2 与CO 2反应生成的水要向外扩散， 以保持混凝土内部与大气之间的湿度平衡。如果水向外的扩散速度由于环境湿度大而被减慢， 混凝土内部的水蒸气压力将增大， CO 2 气体向混凝土内部扩散渗透的速度将降低乃至终止， 混凝土的碳化反应也随之减慢。在相对湿度接近100%时， 混凝土中的孔隙被水蒸气的冷凝水所充满， 反应产生的水向外扩散和CO 2 向内渗透的速度大幅度降低， 碳化将终止。而当相对湿度小于25% 时， 虽然CO 2 的扩散渗透速度很快， 但混凝土毛细孔中没有足够的水， 空气中的CO 2 无法溶解于混凝土毛细管水中， 或其溶解量非常有限， 使之不能与碱性溶液发生反应， 因此碳化反应实际上也无法进行。有资料表明， 在相对温度为50%～ 70% 的条件下， 最有利于促进混凝土的碳化。这就是为何我国内陆地区较沿海地区碳化明显的原因。
图3 给出了水灰为0.65， 浓度为50% ， 碳化时间为5 天， 在不同湿度环境下， 混凝土的碳化深度。
1.2.4空气中CO 2 浓度的影响。通常认为， CO 2 在混凝土中的碳化深度可按下式计算：
式中
D ——混凝土碳化深度；
K——CO 2 扩散系数；
C——混凝土表面CO 2 的浓度；
t——混凝土碳化持续时间；
m ——单位体积混凝土所吸收CO 2 的体积。
由上式可以看出， 在其他条件不变的情况下， 环境中CO 2 气体的浓度越高（C 值越大） ， 则在一定使用期内混凝土碳化速度越快， 碳化深度（D） 越大。
1.2.5 混凝土强度等级的影响。
混凝土强度等级越高， 混凝土则越密实， CO 2 的扩散速度则降低， 从而使混凝土的碳化速度随之降低， 混凝土的抗碳化能力得到提高。混凝土强度等级大小与混凝土碳化速度之间的关系， 可以用下式表述：K = 210/f cu-3.3
式中 K——混凝土碳化速度系数；
fcu——混凝土的立方体抗压强度。
1.2.6混凝土振捣、养护的影响。
混凝土在施工操作过程中如振捣和养护良好， 则混凝土硬化后密实度较高， 混凝土的碳化速度慢。如果混凝土在施工初期养护不良， 混凝土中的水分蒸发过快， 混凝土面层的渗透性增大， 则可加快混凝土的碳化。
2混凝土碳化对钢筋腐蚀的影响
2.1钢筋腐蚀的作用机理
根据钢筋腐蚀的不同机理， 钢筋腐蚀一般分为化学腐蚀与电化学腐蚀等几种形式， 对于钢筋混凝土构件中的钢筋腐蚀主要是电化学腐蚀。钢筋发生电化学腐蚀必须具备两个条件：
2.1.1阳极部位的钢筋表面处于活性状态， 可以自由地释放电子， 在阴极部位钢筋表面存在足够的水和氧气。在潮湿的环境下， 钢筋表面总是存在水膜和深于水膜中的氧气。
由于钢筋不是单一的金属铁， 同时含有碳、硅、锰等合金元素和杂质， 这样不同元素处在相同或不同介质中， 其电极电位也不同， 其间必然存在着电位差， 因此， 在潮湿的环境下钢筋表面的钝化膜受到破坏时， 就可以发生电化学反应。
电化学反应过程如下：
阳极反应： 阳极区铁原子离开晶格转变为表面吸附原子， 并释放电子转变为阳离子。
Fe-2e→Fe2+
电子传送过程： 阳极区释放的电子能冠军钢筋向阴极区传送。
阴极反应： 阴极区由周围环境通过混凝土孔隙吸附、扩散、渗透作用进来并溶解于孔隙水中的O 2吸收阳极区传来的电子， 发生还原反应。
2H2O + O 2+ 4e-→4 （OH） -
综合反应： 阳极区生成Fe2+ 与阴极区生成的OH- 反应， 生成Fe （OH） 2。在高氧条件下，
Fe （OH） 2进一步氧化转变为Fe （OH） 3，
Fe （OH） 3 脱水后变为疏松多孔的红锈Fe2O 3
在少氧条件下，
Fe （OH） 2 氧化不完全部分形成黑锈Fe3O 4
Fe2+ + 2 （OH） - →Fe （OH） 2
4Fe （OH） 2+ O 2+ 2H2O →4Fe （OH） 3
2Fe （OH） 3→Fe2O 3+ 3H2O
6Fe （OH） 2+ O 2→2Fe3O 4+ 6H2O
通过对上述反应过程进行分析，
可知： 钢筋腐蚀过程实质上就是活性状态的铁转化为铁离子的过程。
2.2混凝土碳化对钢筋腐蚀的影响
众所周知， 混凝土对钢筋具有一定的保护作用，在一般情况下， 钢筋混凝土结构中的钢筋不容易受到腐蚀。混凝土之所以对钢筋具有保护作用， 是因为水泥水化过程中可产生一定量的
Ca （OH） 2
（对于普通硅酸盐水泥， Ca （OH） 2 含量可达10%～ 15% ） ， Ca（OH） 2 的溶解度很小， 通常以固体形式存在， 从而能使混凝土具有高碱度， 其PH 值一般为12～ 13，在这样的高碱性环境中， 会在钢筋表面形成一层化学性质非常稳定的钝化膜——层不渗透的牢固地粘附于钢筋表面上的氧化物。钝化膜的存在， 不仅使钢筋表面不存在活性状态的铁， 而且还将钢筋与水介质隔离， 水和氧气无法渗透过去， 因此电化学腐蚀无法进行， 从而使钢筋免受腐蚀。
在理想的情况下， 混凝土中的PH 值为12.5～13， 此时钢筋处于钝化状态， 只要保持这个条件， 钢筋就不会腐蚀， 这正是一些钢筋混凝土建筑物能够耐久的重要原因。经过大量的研究与实践表明， 混凝土中钢筋表面钝化膜的稳定性主要取决于周围混凝土的PH 值。
当混凝土PH 值〈9.88 时， 钢筋表面的氧化物是不稳定的， 钢筋表面不可能有钝化膜存在，完全处于活化状态， 即对钢筋没有保护作用；
当混凝土PH 值处在9.88～ 11.5 之间时， 钢筋表面的钝化膜呈不稳定状态， 会逐渐溶解、破裂， 钢筋表面可能发生锈蚀， 即不能完全保护钢筋免受腐蚀；
只有当混凝土PH 值〉11.5 时， 钢筋才能完全处于钝化状态。
当钢筋表面的氧化物钝化膜被破坏时， 在存在氧气和水化的情况下， 钢筋就会被造成腐蚀而破坏。能够使混凝土中的钢筋表面钝化膜破坏的因素内在和外在两个因素。内在因素是指混凝土本身具有腐蚀性， 如使用了含超标准氯盐的地下水搅拌混凝土， 混凝土中使用了过量的氯盐类外加剂等， 使钢筋表面的钝化膜处于不稳定状态， 引起钢筋发生电化学腐蚀。外在因素是指由于周围介质的作用使混凝土失去保护钢筋的能力， 如混凝土碳化。
混凝土碳化实质就是大气中的CO 2、SO 2 等酸性介质， 渗入混凝土内部与Ca （OH） 2 发生中和反应， 中和反应的结果是降低了混凝土的碱度和含碱的数量。混凝土碱性降低的直接后果是使钢筋表面的钝化膜失去稳定性或破坏， 混凝土就不能保护钢筋免受腐蚀。混凝土碳化后， 完全碳化区的PH 值由13 左右降至9 以下， 此时钢筋必然会受到电化学腐蚀。由此可以看出， 混凝土的碳化是引起钢筋腐蚀的主要原因之一。
2.3钢筋表面被腐蚀而生成铁锈对混凝土结构的不利影响
2.3.1铁锈的生成造成钢筋截面减小， 构件承载力降低；
2.3.2铁锈体积膨胀
（体积一般要增长2～ 4 倍） ，使混凝土保护层胀裂甚至脱落， 严重影响结构的正常使用；
2.3.3铁锈的生成破坏了钢筋与混凝土之间的粘结， 从而使钢筋与混凝土的协同工作能力降低， 甚至造成整个构件失效。
3结束语
混凝土的碳化是影响钢筋腐蚀重要因素之一，混凝土保持高碱性， 不仅是保护钢筋免遭腐蚀的前提条件， 而且还是维持混凝土自身化学稳定性必要条件， 因此凡是能使混凝土碱性降低的一切因素（不论是先天因素还是环境因素） ， 均对钢筋的腐蚀会产生不利影响。在工业污染严重的今天， 应特别重视混凝土的碳化对钢筋混凝土结构物中钢筋的腐蚀破坏。此外， 在强调使用“低碱度水泥”以防“碱骨料反应”的同时，还应该认识到，保持水泥的高碱度和碱储量[Ca （OH） 2 ]， 适当增加混凝土结构物保护层的厚度， 提高混凝土结构物的密实度及在混凝土结构物的外表面涂刷聚合物， 对于提高钢筋抗锈蚀能力、保护混凝土结构物的耐久性、延长混凝土结构物的使用寿命有着重大而深远的意义。
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