一、混凝土碳化的机理与原因

1碳化机理

在硅酸盐水泥中，碳化钙属于最基础也是关键的成分，对混凝土进行拌和时，混凝土会因为水化反应而产生氢氧化钙，氢氧化钙在水中几乎无法溶解，除了会有极小的一部分在孔隙液里呈碱性溶液外，大部分还是以结晶形式保留下来，最终成为孔隙液保持高碱性的一个条件，其pH值为12.5～13.5。在空气里的二氧化碳不断的透入进混凝土中尚未完全充水的毛细孔道里，进而使气相逐渐的扩散至内部已经完成充水的毛细孔道中，并与其中蕴含的氢氧化钙进行中和反应，产生碳化钙和水，因为碳化钙很难发生溶解，所以大多会以原状态的形式积沉在毛细孔中。

上述反应的化学方程式是：Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O，当上述反应完成之后，处在毛细孔附近的水泥石会通过其中蕴含的羟钙石补充溶解，变成正二价的钙离子及负一价的氢氧离子，然后反向的扩散至孔隙液里，和再次扩散来的气体（二氧化碳几乎占据全部）进行反应，直到孔隙液的pH值稳定在8.5～9.0后才会终止，这种中和反应就是人们经常提及的“已碳化”。准确地讲，碳化应当被称作碳酸盐化。

不仅如此，只要是能够与氢氧化钙进行中和反应的偏酸性的气体，如二氧化硫与三氧化硫以及硫化氢甚至还包括有氯化氢等气体，在理论层面上均能够发生上述中和反应，从而使混凝土碱度在一定程度上降低，所以也可以把混凝土碳化的推广叫做“中性化”。一旦混凝土表层出现了碳化现象，在空气里的二氧化碳就会再次通过未完全充水的孔道向着更深的层次做气相扩散，导致碳化反应在极深处也会出现。

回弹强度：每一处弹16点，将其中最高以及最小的三个数剔除，对剩余数值取平均值，同时按照相对应的数值来做换算。

2出现碳化的原因

在混凝土里，外加剂、水泥与水还有粗细骨料等都是其中最常见的成分，拌和水泥的过程中，水泥中氧化钙是最主要的成分，其在发生了水化反应之后就会形成氢氧化钙，而氢氧化钙与空气里的二氧化碳相遇之后也同样会进行化学反应，进而形成中性的碳酸盐-碳酸钙，这一个过程就是所谓的混凝土碳化，假如混凝土没有出现碳化现象，其必然会展现出碱性性质，想要让混凝土中的钢筋长期保持钝化状态，就需要使碱度pH值维持在最低（临界）的11.5，假如混凝土出现碳化反应，其pH值便会处于8.5～9.5。混凝土因为碳化会降低自身的碱度，随着孔溶液里氢离子含量的增加，混凝土对钢筋具有的保护效果也会随之大幅下降，假如碳化率大于了混凝土保护层的面积，在空气及水并存的环境下，钢筋逐渐氧化生锈，钢筋受到侵蚀后体积会比之前膨胀2～4倍，从而让混凝土产生膨胀应力效应。随着锈蚀情况不断加重，铁锈便会愈积愈多，膨胀力也会随之变大，慢慢的让混凝土出现开裂现象进而产生顺筋裂缝。水及二氧化碳会通过裂缝渗入到混凝土中，再次加快混凝土碳化与钢筋锈蚀的速度，最终形成一个恶性循环。

二、混凝土碳化的关键影响因素

1环境因素

混凝土碳化是一个液相反应过程，假如混凝土长时间处在低于25%相对湿度的空气环境里，很难发生碳化；而处于空气湿度为50%～75%空气环境中的混凝土，由于结构不够密实所以很容易发生碳化，假如混凝土长期处于相对湿度在95%甚至是以上的环境中反而不容易发生碳化，出现这种情况的原因主要是由于混凝土内部含有大量水分时，往往具有较弱的透气性，因此使得碳化的速度减慢，而在同等湿度下，风速越高，温度便会随之升高，进而混凝土碳化速度也会加快。假如空气里二氧化碳浓度越高混凝土碳化的速度也会越快。

2原材料的种类

通常状况下，强硅酸盐型水泥的碳化速度要慢于普通的硅酸盐水泥，而且在有些水泥当中还会掺加一些混合材料进一步加快了碳化速度，随着混合材料比重的增加，碳化的速度也会愈来愈快。通过添加高质量的减水剂及加气剂，能够极大地优化混凝土具有的和易性，从而让水灰比慢慢减小，进而制作成密实型混凝土，最大程度的减缓碳化速率。除此之外，因为加气减水剂具有较强的抗冻性，如果将其掺入到混凝土中，便可以让材料的建筑耐久性得到最大程度的提升。

3水灰配比

混凝土碳化的速度和自身透气性之间存在着直接的联系，通常情况下混凝土透气性愈小，碳化的速率就会越慢。水灰比较小，混凝土的水泥浆中的气密性就会变小，组织变得相对密实，进而降低透气性，使碳化速度得到一定的减缓。除此之外，单位体积内水泥使用量的大小也会影响混凝土的碳化速率，用量大则碳化慢，反之碳化会较快。

4骨料的种类

混凝土中骨料的硬度相对较高，内部的结构也比较密实，水泥浆不同于天然砂及砾石等，砾石和天然砂的透气性比较小，因此混凝土碳化大部分情况下是借助水泥浆体形成。但是，轻混凝土的骨料具有大量气泡，因此通气性比较强，一般情况下，普通的混凝土在碳化速率上要慢于轻混凝土，向轻混凝土里加入一些加气及减水剂，能够有效减缓碳化速度。

5外加剂的种类

现在市面上外加剂的种类多样，质量也是参差不齐，在浇筑钢筋混凝土的时候切记不能购买含有氯化物和碱性的外加剂，因为氯化物和碱性都能加速钢筋的锈蚀，会给结构带来所谓的“癌症”。

6浇筑和养护的质量

在混凝土浇筑过程中，应及时清理混凝土表面的泌水。在大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土表面普遍存在泌水现象，为保证混凝土的浇筑质量，要及时清除混凝土表面的泌水。因为泵送混凝土的水灰比一般比较大，泌水现象也比较严重。在每次浇筑完毕后，应及时进行保温养护，一些现浇混凝土结构出现裂缝大多在“早期裂缝活动期”。特别是施工条件多变，回填不及时，养护较差等情况下，更容易出现“早期裂缝”。如果化学物质侵蚀到混凝土内部，裂缝会加速混凝土的碳化和钢筋的侵蚀。

三、混凝土碳化对强度的影响

1水泥因素

目前我国的水泥品种较多，不同水泥中所含的硅酸钙、铝酸钙盐基离子性高低不同，使得水泥在水化反应中产生的氢氧化钙Ca（OH）2浓度不同，这是影响混凝土碳化深度的一个最重要因素。

2周围介质中CO2浓度及干燥程度

结构物周围介质中CO2浓度较大且空气潮湿时，CO2易与空气中水分子发生化学反应生成极不稳定的碳酸，碳酸和氢氧化钙Ca（OH）2发生化学反应生成碳酸钙和水，导致混凝土发生碳化现象。当混凝土表面发生碳化反应后，由于分子的运动致使碳化反应逐步渗入混凝土内部，使混凝土的碳化深度不断加重。

3周围环境pH值

当渗透水在经过混凝土且水中含有SO42-、NO3-等酸性离子时，酸性离子也会和Ca（OH）2发生化学反应生成更难溶于水的CaSO4、Ca（NO3）2等物质。相反环境中存在的大量Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2等物质也可以在混凝土表面形成一种碳化保护层，减缓混凝土碳化反应。

4其他因素

1）混凝土结构物所处的外界环境。

2）混凝土自身的渗透系数、渗水量。

3）施工过程中对混凝土的振捣工序。

4）混凝土结构物尺寸。

5）混凝土的养护方式方法。

以上因素均会对混凝土的碳化有一定影响。

四、防止混凝土碳化的措施

1挑选合适的水泥种类

在不同环境中要选择合适的水泥，如在一些严寒地区或者是存在干湿交替与水位变化的环境中，可以选择抗硫酸盐的一般水泥，控制掺入的粉煤灰及矿渣水泥等，在普通的水泥之中掺加粉煤灰，还可以在保持水泥使用量的前提下，外掺一些粉煤灰来替代一部分的砂子，从而在一定程度上提升混凝土抗碳化的能力。

2选择合适的材料配比

在对骨料性质进行分析之后，发现通过抗酸性的骨料和水能够在一定程度上延缓混凝土碳化的速度，在一些江砂使用量较大的地区，更应当挑选一个合适的配合比，从而做到对水灰比有效的控制。采用科学化搅拌、运输以及及时养护方式，能够避免掺流水量与其他物质的侵蚀，从而保证混凝土自身具有较好的密实性。

3对已碳化部分涂抹环氧基液并设置保护层

为了防止已发生碳化的混凝土构件受到进一步侵蚀，必须要对这些构件进行适当保护，如在表面涂抹一些溶化的沥青等；部分混凝土构件碳化深度可能比较大，可以凿除其中松散的部分，将有害的物质尽可能洗净，通过环氧砂浆及细石混凝土做科学的填补，完成填补工作之后再涂抹一些环氧基液，防止碳化问题进一步加剧。

4外加剂种类的正确选择

使用外加剂时，外加剂的种类除了应根据工程设计和施工条件、施工工艺选择，还要考虑外加剂的含量是否会导致混凝土碳化严重，造成裂缝。通过采用工程实际使用的原材料，经过试验验证，应满足混凝土工作性能、力学性能、长期性能、耐久性能、安全性及节能环保等设计和施工要求。初步选好要使用的外加剂后，还要进行水泥与外加剂适用性试验，甚至还应进行不同供方、不同品种的外加剂共同使用时的相溶性或发生化学反映的验证，减少混凝土结构因碳化导致的裂缝。

五、结论与意见

混凝土的碳化是一个漫长的过程，想要取得一个较为准确的强度值，需要在28d之后还没有发生碳化或者是碳化程度极小时进行检测。回弹法是当前我国使用最为广泛也是最为简便的一个推定方案，但是极易受到碳化深度的影响，为了解决此问题，可以将碳化深度作为一个新的参数使用，将其作为一个反比系数，从而提升回弹法检测的精准度、测量数值的准确性。

    上图河北双星混凝土搅拌站设备

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