混凝土的強度和耐久性是混凝土結構的兩個重要指標。現行規范對強度指標有詳細的計算和試驗方法， 達不到指標的即為不合格， 而對耐久性， 規范并沒有嚴格的衡量參數， 同一強度指標的混凝土其實際耐久性差異可能會很大。 混凝土抗碳化能力是衡量混凝土結構耐久性非常重要的一個指標。 本文通過對混凝土碳化和鋼筋去鈍化物理化學反應的分析， 揭示了混凝土碳化對結構破壞的機理和規律，提出了在設計和施工時對混凝土防碳化處理的建議， 并提供了一些在除險加固工程中實用的防碳化處理方案。
2 混(hun)凝(ning)土碳(tan)化機理
混凝土(tu)(tu)是一(yi)個多孔(kong)(kong)體(ti)，其內部(bu)存在(zai)著大小(xiao)不同的(de)毛(mao)細管(guan)、孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)、氣(qi)泡，甚至缺(que)陷。 混凝土(tu)(tu)的(de)碳化(hua)(hua)(hua)(hua)是水(shui)泥(ni)(ni)石(shi)(shi)中(zhong)(zhong)水(shui)化(hua)(hua)(hua)(hua)產物與(yu)(yu)環境中(zhong)(zhong)二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳相(xiang)互作用的(de)一(yi)個非常復雜的(de)物理化(hua)(hua)(hua)(hua)學連續過程。以普(pu)通硅(gui)酸(suan)鹽水(shui)泥(ni)(ni)為例(li)，其主要水(shui)化(hua)(hua)(hua)(hua)產物有(you)： 水(shui)化(hua)(hua)(hua)(hua)硅(gui)酸(suan)鈣（占(zhan) 60%以上），氫氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鈣（約(yue)占(zhan) 25%），水(shui)化(hua)(hua)(hua)(hua)鋁酸(suan)鈣，水(shui)化(hua)(hua)(hua)(hua)硫鋁酸(suan)鈣等(deng)。在(zai)水(shui)泥(ni)(ni)水(shui)化(hua)(hua)(hua)(hua)過程中(zhong)(zhong)，由于(yu)化(hua)(hua)(hua)(hua)學收縮、自由水(shui)蒸(zheng)發等(deng)原因，使水(shui)泥(ni)(ni)石(shi)(shi)成(cheng)(cheng)為一(yi)個含有(you)固相(xiang)、液相(xiang)和氣(qi)孔(kong)(kong)的(de)非均質體(ti)。 環境中(zhong)(zhong)二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)碳氣(qi)體(ti)首(shou)先(xian)滲透到混凝土(tu)(tu)內部(bu)充滿空氣(qi)的(de)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)和毛(mao)細管(guan)， 其次溶解于(yu)孔(kong)(kong)隙(xi)(xi)內的(de)液相(xiang)并生成(cheng)(cheng)碳酸(suan)， 然后與(yu)(yu)水(shui)泥(ni)(ni)石(shi)(shi)中(zhong)(zhong)各水(shui)化(hua)(hua)(hua)(hua)產物發生碳化(hua)(hua)(hua)(hua)反應。水(shui)泥(ni)(ni)石(shi)(shi)中(zhong)(zhong)各水(shui)化(hua)(hua)(hua)(hua)產物穩定存在(zai)PH值，
表 1 水泥石中(zhong)各水化產(chan)物穩定(ding)存(cun)在(zai)
PH值(zhi)(zhi)成 分 PH 值(zhi)(zhi) 成 分 PH 值(zhi)(zhi)
水化硅酸鈣(gai) 10.4 水化硫鋁酸鈣(gai) 10.17
水化鋁酸(suan)鈣(gai) 11.43 氫氧化鈣(gai) 12.23
當混凝土細(xi)孔溶(rong)液的 PH值(zhi)低于表 1 中的臨(lin)界數值(zhi)時，該物質就
開始進(jin)行分解(jie)，在水化物中的氫氧化鈣首先與酸性(xing)物質反應(ying)。【精品】范文(wen)
主(zhu)要的(de)碳化反應方(fang)程(cheng)式如下：
CO2+H2O = H2CO3
Ca(OH) 2+H2CO3 = CaCO3+2H2O
C3S2H3+3H2CO3 = 3CaCO3+2SiO2+6H2O
碳化(hua)后的混凝(ning)土(tu)質(zhi)地疏(shu)松，強度(du)降低。
混凝(ning)土碳(tan)化(hua)的(de)(de)機理(li)就(jiu)是大氣(qi)中的(de)(de)二氧(yang)化(hua)碳(tan)與混凝(ning)土中的(de)(de)堿性(xing)物(wu)質，在氣(qi)相(xiang)、液相(xiang)和固相(xiang)中進行(xing)的(de)(de)一個十分復雜的(de)(de)多相(xiang)物(wu)理(li)化(hua)學連(lian)續(xu)過(guo)程(cheng)。混凝(ning)土碳(tan)化(hua)實質上就(jiu)是砂漿(jiang)或混凝(ning)土堿性(xing)降低的(de)(de)過(guo)程(cheng)。未(wei)碳(tan)化(hua)區(qu)混凝(ning)土孔隙溶(rong)液的(de)(de) PH值達 12.5 左(zuo)右，**碳(tan)化(hua)區(qu)混凝(ning)土孔隙溶(rong)液的(de)(de) PH值一般(ban)為 8~9。當 pH值降至 11.5 以下(xia)時，鋼筋周(zhou)圍的(de)(de)致(zhi)密鈍化(hua)膜就(jiu)受到破壞，在水和氧(yang)氣(qi)得(de)到滿足的(de)(de)條件下(xia)，鋼筋就(jiu)開始(shi)銹蝕。主要的(de)(de)反(fan)應方程(cheng)式如下(xia)：
2Fe+O2 = 2FeO
FeO+H2CO3 = FeCO3+H2O
4FeCO3+10H2O+O2 = 4Fe
（OH）3+4H2CO3
鋼(gang)筋(jin)一(yi)生銹(xiu)，體積增大，破壞了(le)混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)(tu)覆蓋層， 沿鋼(gang)筋(jin)產生裂縫(feng)(feng)。水、空氣進入裂縫(feng)(feng)，加(jia)速了(le)鋼(gang)筋(jin)的銹(xiu)蝕。當然，引起混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)(tu)中鋼(gang)筋(jin)銹(xiu)蝕的因素不只(zhi)是(shi)(shi)混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)(tu)的碳(tan)化(hua)(hua)(hua)，其中氯化(hua)(hua)(hua)物就是(shi)(shi)一(yi)個非常要的影響因素。 事實(shi)上，氯化(hua)(hua)(hua)物引起的鋼(gang)筋(jin)去鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)一(yi)般要比混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)(tu)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)引起的鋼(gang)筋(jin)去鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)要嚴(yan)重得(de)多。例如(ru)同(tong)樣是(shi)(shi)C45級混凝(ning)(ning)(ning)土(tu)(tu)，如(ru)果鋼(gang)筋(jin)去鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)時間(jian)都是(shi)(shi)50 年，則在(zai)一(yi)般的碳(tan)化(hua)(hua)(hua)環
境中，混凝土小保護層厚度只要1cm，而在含氯化物的環境中，就至少要 7cm。因此，在氯化物影響明顯的工程（如海洋工程）中，在考慮混凝土碳化對鋼筋銹蝕的影響時更要考慮到氯化物的影響。
4 影響混凝土碳化的因素
4. 1 環境(jing)條件
因為碳(tan)化(hua)(hua)是液(ye)相反應， 十(shi)分干(gan)燥的(de)(de)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)即一直處于相對(dui)濕度(du)(du)(du)低于 25%空(kong)氣(qi)中的(de)(de)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)很難碳(tan)化(hua)(hua)； 在(zai)空(kong)氣(qi)濕度(du)(du)(du) 50%～75%的(de)(de)大(da)氣(qi)中， 不密實(shi)的(de)(de)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)容易碳(tan)化(hua)(hua)； 但在(zai)相對(dui)濕度(du)(du)(du) >95%的(de)(de)潮(chao)濕空(kong)氣(qi)中或在(zai)水(shui)中的(de)(de)混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)反而難以碳(tan)化(hua)(hua)，這是因為混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)含水(shui)時透氣(qi)性(xing)小(xiao)，碳(tan)化(hua)(hua)慢；在(zai)濕度(du)(du)(du)相同時，風速愈高、溫度(du)(du)(du)愈高，混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)碳(tan)化(hua)(hua)也(ye)愈快；混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)(tu)碳(tan)【精品】范文(wen)
化速度(du)與空(kong)氣(qi)中 CO2濃度(du)的平方根成正比(bi)。
4. 2 水泥品種
一般說來， 普(pu)通硅(gui)(gui)酸(suan)鹽水(shui)(shui)(shui)泥(ni)要比早強硅(gui)(gui)酸(suan)鹽水(shui)(shui)(shui)泥(ni)碳化(hua)稍快，摻混合材的(de)水(shui)(shui)(shui)泥(ni)碳化(hua)速度(du)更(geng)快，混合材摻量(liang)越大，碳化(hua)速度(du)越快。摻用**減水(shui)(shui)(shui)劑(ji)(ji)或加(jia)(jia)氣劑(ji)(ji)，可以大大改善混凝土的(de)和易性(xing)，減小水(shui)(shui)(shui)灰(hui)比，制成(cheng)密實的(de)混凝土， 使(shi)碳化(hua)減慢。尤其是加(jia)(jia)氣減水(shui)(shui)(shui)劑(ji)(ji)， 由于抗凍性(xing)提高，可以大大改善鋼筋混凝土建(jian)筑(zhu)物的(de)耐(nai)久性(xing)。
4. 3 骨料種類(lei)
混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)中的(de)骨(gu)(gu)料本身一(yi)般比(bi)較堅硬、密實，總的(de)說(shuo)來(lai)，天然砂、礫石、碎石比(bi)水泥漿(jiang)的(de)透氣性小， 因此混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)的(de)碳化(hua)主(zhu)要通過(guo)水泥漿(jiang)體進行(xing)。但(dan)是，在輕混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)中， 由于輕質骨(gu)(gu)料本身氣泡多(duo)， 透氣性大(da)，所以(yi)能通過(guo)骨(gu)(gu)料使混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)碳化(hua)。 一(yi)般說(shuo)來(lai)， 輕混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)比(bi)普(pu)通混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)碳化(hua)快，需要摻用加氣劑或減水劑來(lai)減緩它的(de)碳化(hua)速度。
4. 4 水(shui)灰(hui)比(bi)
混凝(ning)土(tu)的(de)碳(tan)化(hua)速度與它(ta)的(de)透(tou)(tou)氣性(xing)有很密切的(de)關系，混凝(ning)土(tu)的(de)透(tou)(tou)氣性(xing)越(yue)小，碳(tan)化(hua)進行越(yue)慢。水(shui)(shui)灰比小的(de)混凝(ning)土(tu)由于水(shui)(shui)泥(ni)漿(jiang)的(de)組織密實，透(tou)(tou)氣性(xing)小，因(yin)而碳(tan)化(hua)速度就慢。同理，單位水(shui)(shui)泥(ni)用量多的(de)混凝(ning)土(tu)碳(tan)化(hua)較慢。
4. 5 澆筑與(yu)養(yang)護質量
密實(shi)(shi)的(de)混(hun)凝(ning)土表(biao)層孔(kong)隙很小， 易從潮濕的(de)空氣中吸取水(shui)分(fen)而充滿水(shui)，故不(bu)易碳(tan)(tan)化(hua)；欠密實(shi)(shi)的(de)混(hun)凝(ning)土表(biao)層中大(da)(da)孔(kong)隙內(nei)無水(shui)，CO2可(ke)以(yi)由氣相(xiang)擴散到(dao)充滿水(shui)的(de)毛(mao)細(xi)(xi)孔(kong)隙而完成碳(tan)(tan)化(hua)。 所以(yi)越是密實(shi)(shi)的(de)混(hun)凝(ning)土其抗碳(tan)(tan)化(hua)能力越高。混(hun)凝(ning)土澆筑與養(yang)護(hu)質(zhi)量(liang)是影響混(hun)凝(ning)土密實(shi)(shi)性的(de)一個重要(yao)因素。如果混(hun)凝(ning)土澆筑時不(bu)規范，特別是振(zhen)搗不(bu)密實(shi)(shi)，以(yi)及(ji)養(yang)護(hu)方(fang)法不(bu)當(dang)、養(yang)護(hu)時間不(bu)足(zu)時，就(jiu)會造(zao)成混(hun)凝(ning)土內(nei)部毛(mao)細(xi)(xi)孔(kong)道(dao)粗大(da)(da)， 且大(da)(da)多相(xiang)互連通，嚴重時會引起混(hun)凝(ning)土再現蜂窩、裂(lie)縫(feng)等缺陷，使水(shui)、空氣、侵蝕性化(hua)學物質(zhi)沿著粗大(da)(da)的(de)毛(mao)細(xi)(xi)孔(kong)道(dao)或裂(lie)縫(feng)進入混(hun)凝(ning)土內(nei)部，從而加速混(hun)凝(ning)土的(de)碳(tan)(tan)化(hua)和鋼筋腐蝕。
