混凝土碳化影響因素的研究現狀

賈星亮

（西京學院，陜西 西安710123)

混凝土的碳化主要指的是混凝土中的堿性物質與空氣中的CO2反應生成碳酸鹽或者其他物質，使得混凝土內的PH 值降低的過程。其本質上是物理化學中的酸和堿反應生成鹽和水的過程。研究表明混凝土內部PH≥12.6 時，混凝土內部會形成一種保護膜附著在鋼筋表面隔絕其與空氣的接觸從而使鋼筋不發生銹蝕，當PH≤9 時，鋼筋表面的保護膜的保護作用會完全喪失掉，從而鋼筋遭到侵蝕，由于鐵銹的原因混凝土內部會發生體積膨脹，進而會造成鋼筋混凝土結構表面產生裂痕，隨著時間的流逝，最終會導致混凝土結構遭到破壞，也因此喪失了可靠性。因此，研究混凝土的碳化對提高混凝土的耐久性而言是個非常好的出發點。

1 混凝土碳化的機理

混凝土主要是由水泥、沙子、石子通過攪拌機攪拌后形成的膠體。由于水泥與水反應后生成的大多都是堿性物質，因此混凝土是一種堿性的物質。由于混凝土內部有許多的各種各樣的空隙，所以空氣就可以自由的進入到混凝土的內部中去。混凝土的碳化主要指的是混凝土中的堿性物質與空氣中的CO2反應生成碳酸鹽或者其他物質，使得混凝土內的PH 值降低的過程。其本質上是物理化學中的酸和堿反應生成鹽和水的過程。其中可碳化的物質有兩種分別是氫氧化鈣（Ca(OH)2）和水化硅酸鈣（3CaO·2SiO2·3H2O），其反應過程如下所示：

混凝土碳化的結果最終會使混凝土內部的堿性物質不斷減少，PH 值會隨之越來越小，附著在鋼筋表層的保護膜喪失阻斷其與空氣接觸的能力，空氣進入混凝土內部后鋼筋遭到侵蝕，最終對鋼筋混凝土結構造成不利的影響。

2 材料因素的影響

2.1 水灰比的影響

混凝土的水灰比對混凝土的碳化在一定程度上也會有影響，水灰比首先會影響混凝土的密實程度，一般來說混凝土的水灰比跟其密實程度是呈反比的，如果水少水泥多的話混凝土就會變得很密實，如果用水過多了水泥用少的話，相應的制成的混凝土密實程度就會很差，混凝土內部的空隙就會增多，從而大大增大了空氣中的CO2透過毛細孔與氫氧化鈣和水化硅酸鈣的反應，加劇了碳化。因此，適當的水灰比可以在一定程度上提高混凝土的抗碳化能力。

2.2 水泥品種和用量的影響

水泥的品種和用量和水灰比一樣都是在一定程度上對混凝土的碳化有一定程度的影響。在現實當中，施工人員都是嚴格把控所用水泥的品種和用量，因為如果選用不好的水泥那么制成的混凝土結構必然沒有規范所要求的好，同時建筑物所處的地域和環境不同所選的水泥品種就要有所不同，例如在頻頻發生地政的地區就要選用抗震性能好的水泥。在水泥品種確定的條件下，水泥用量越大，含可碳化物質越多，抗碳能力就越強。除此之外，使用不同品種的水泥對對混凝土的碳化速度也大不相同。

2.3 摻合料的影響

由于混凝土內部有許多各種各樣的孔隙，因此在混凝土中摻如活性較高的活性礦物摻合料可以改善混凝土的內部的孔隙結構。如在混凝土中摻入適量的超細顆粒的硅粉可以有效的提高混凝土的密實度從而改善混凝土疏松多孔的缺點。，但是一旦摻合料過多就會造成在與水接觸反應的過程中會跟一部分水泥跟水反應生成的氫氧化鈣反應，相應的就會過多的消耗混凝土內部的堿性物質使的其PH 值就會越來越小相應附著在鋼筋表面的起到隔絕空氣與其接觸作用的保護膜就會喪失保護的能力，鋼筋跟空氣中的水和氧氣接觸后發生銹蝕，最終降低混凝土的耐久性。除此之外，摻入不同等級的摻合料后混凝土的抗碳化能力又有所不同。一般來說級別越高的摻合料抗碳化效果要比級別低的好。

2.4 外加劑的影響

為了更好的適應全球變暖溫室效應所帶來的環境氣候這就使的人們對建筑物的要求比以往更加的嚴格，外加劑的出現正好滿足的人們對建筑物穩定性的需求。外加劑的品種有很多如減水劑、抗凍劑、抗裂劑等。如一般在試驗室內制備混凝土砌塊時為了保證制成的混凝土塊密實度高點往往會往其里面加入減水劑，既可以改善混凝土的密實度也可以減少水的使用量，從而降低混凝土的碳化反應，混凝土的強度也會隨之提高。

3 環境因素的影響

3.1 環境相對濕度的影響

環境相對濕度的高低在一定程度上對混凝土內部鋼筋的銹蝕都會有一定的影響。當混凝土處于非常潮濕的環境中的時候，此時空氣中的水分會很多，當空氣進入到混凝土的內部后對鋼筋的侵蝕程度必然會比正常的濕度鋼筋被侵蝕的程度嚴重，相應的混凝土碳化速度也會比以往更快。反而言之，當混凝土處于比較干燥的環境中的時候，此時空氣中的水分會很少，當空氣進入到混凝土的內部后對鋼筋的侵蝕程度必然會比正常的濕度鋼筋被侵蝕的程度輕很多，碳化速度也會相對較慢些。

3.2 環境溫度的影響

一般說環境的溫度同環境濕度一樣都會影響到混凝土的碳化速度，研究表明，溫度的高低跟碳化速度成正比。混凝土處于溫度較高的環境中時，混凝土內部溫度就會升高，空氣進入混凝土后在高溫下就會加速流動使得混凝土的碳化速度就會隨之加快，反而言之，混凝土處于溫度較低的環境中時，空氣進入混凝土后的流動速率就會變慢從而使得混凝土的碳化速度就會變慢。

3.3 環境CO2 濃度的影響

環境中CO2濃度的高低對混凝土碳化的影響也大不相同。一般來說混凝土表面的CO2濃度越大，混凝土的碳化速度越快。

4 施工因素的影響

施工質量的好壞對混凝土的質量的好快起著重要的影響。例如在施工現場制作混凝土時，所用攪拌機攪拌的時間過短了，就會使混凝土攪拌不均勻，孔隙率會變大，CO2的擴散率就會增大，所制成的混凝土的抗碳化的能力就會變得非常的差。一般來說，標準養護較蒸汽養護碳化速率低，早期養護時間過短會導致其后期碳化速率增快。

5 結論

本文從多個方面多個角度分析了影響混凝土碳化的因素，通過對這些因素的了解，我們就可以在針對性的預防混凝土碳化、改善混凝土結構這方面有了很好的出發點。到目前為止，混凝土的耐久性問題一直都是國內外學者們普遍研究的問題，混凝土的碳化作為影響混凝土耐久性的原因之一也是非常炙手可熱的話題。因此，在提高混凝土的抗碳化能力在實際工程中仍然是一個長期的不斷實踐的過程。