混凝土碳化影响因素的研究现状

贾星亮

（西京学院，陕西 西安710123)

混凝土的碳化主要指的是混凝土中的碱性物质与空气中的CO2反应生成碳酸盐或者其他物质，使得混凝土内的PH 值降低的过程。其本质上是物理化学中的酸和碱反应生成盐和水的过程。研究表明混凝土内部PH≥12.6 时，混凝土内部会形成一种保护膜附着在钢筋表面隔绝其与空气的接触从而使钢筋不发生锈蚀，当PH≤9 时，钢筋表面的保护膜的保护作用会完全丧失掉，从而钢筋遭到侵蚀，由于铁锈的原因混凝土内部会发生体积膨胀，进而会造成钢筋混凝土结构表面产生裂痕，随着时间的流逝，最终会导致混凝土结构遭到破坏，也因此丧失了可靠性。因此，研究混凝土的碳化对提高混凝土的耐久性而言是个非常好的出发点。

1 混凝土碳化的机理

混凝土主要是由水泥、沙子、石子通过搅拌机搅拌后形成的胶体。由于水泥与水反应后生成的大多都是碱性物质，因此混凝土是一种碱性的物质。由于混凝土内部有许多的各种各样的空隙，所以空气就可以自由的进入到混凝土的内部中去。混凝土的碳化主要指的是混凝土中的碱性物质与空气中的CO2反应生成碳酸盐或者其他物质，使得混凝土内的PH 值降低的过程。其本质上是物理化学中的酸和碱反应生成盐和水的过程。其中可碳化的物质有两种分别是氢氧化钙（Ca(OH)2）和水化硅酸钙（3CaO·2SiO2·3H2O），其反应过程如下所示：

混凝土碳化的结果最终会使混凝土内部的碱性物质不断减少，PH 值会随之越来越小，附着在钢筋表层的保护膜丧失阻断其与空气接触的能力，空气进入混凝土内部后钢筋遭到侵蚀，最终对钢筋混凝土结构造成不利的影响。

2 材料因素的影响

2.1 水灰比的影响

混凝土的水灰比对混凝土的碳化在一定程度上也会有影响，水灰比首先会影响混凝土的密实程度，一般来说混凝土的水灰比跟其密实程度是呈反比的，如果水少水泥多的话混凝土就会变得很密实，如果用水过多了水泥用少的话，相应的制成的混凝土密实程度就会很差，混凝土内部的空隙就会增多，从而大大增大了空气中的CO2透过毛细孔与氢氧化钙和水化硅酸钙的反应，加剧了碳化。因此，适当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 水泥品种和用量的影响

水泥的品种和用量和水灰比一样都是在一定程度上对混凝土的碳化有一定程度的影响。在现实当中，施工人员都是严格把控所用水泥的品种和用量，因为如果选用不好的水泥那么制成的混凝土结构必然没有规范所要求的好，同时建筑物所处的地域和环境不同所选的水泥品种就要有所不同，例如在频频发生地政的地区就要选用抗震性能好的水泥。在水泥品种确定的条件下，水泥用量越大，含可碳化物质越多，抗碳能力就越强。除此之外，使用不同品种的水泥对对混凝土的碳化速度也大不相同。

2.3 掺合料的影响

由于混凝土内部有许多各种各样的孔隙，因此在混凝土中掺如活性较高的活性矿物掺合料可以改善混凝土的内部的孔隙结构。如在混凝土中掺入适量的超细颗粒的硅粉可以有效的提高混凝土的密实度从而改善混凝土疏松多孔的缺点。，但是一旦掺合料过多就会造成在与水接触反应的过程中会跟一部分水泥跟水反应生成的氢氧化钙反应，相应的就会过多的消耗混凝土内部的碱性物质使的其PH 值就会越来越小相应附着在钢筋表面的起到隔绝空气与其接触作用的保护膜就会丧失保护的能力，钢筋跟空气中的水和氧气接触后发生锈蚀，最终降低混凝土的耐久性。除此之外，掺入不同等级的掺合料后混凝土的抗碳化能力又有所不同。一般来说级别越高的掺合料抗碳化效果要比级别低的好。

2.4 外加剂的影响

为了更好的适应全球变暖温室效应所带来的环境气候这就使的人们对建筑物的要求比以往更加的严格，外加剂的出现正好满足的人们对建筑物稳定性的需求。外加剂的品种有很多如减水剂、抗冻剂、抗裂剂等。如一般在试验室内制备混凝土砌块时为了保证制成的混凝土块密实度高点往往会往其里面加入减水剂，既可以改善混凝土的密实度也可以减少水的使用量，从而降低混凝土的碳化反应，混凝土的强度也会随之提高。

3 环境因素的影响

3.1 环境相对湿度的影响

环境相对湿度的高低在一定程度上对混凝土内部钢筋的锈蚀都会有一定的影响。当混凝土处于非常潮湿的环境中的时候，此时空气中的水分会很多，当空气进入到混凝土的内部后对钢筋的侵蚀程度必然会比正常的湿度钢筋被侵蚀的程度严重，相应的混凝土碳化速度也会比以往更快。反而言之，当混凝土处于比较干燥的环境中的时候，此时空气中的水分会很少，当空气进入到混凝土的内部后对钢筋的侵蚀程度必然会比正常的湿度钢筋被侵蚀的程度轻很多，碳化速度也会相对较慢些。

3.2 环境温度的影响

一般说环境的温度同环境湿度一样都会影响到混凝土的碳化速度，研究表明，温度的高低跟碳化速度成正比。混凝土处于温度较高的环境中时，混凝土内部温度就会升高，空气进入混凝土后在高温下就会加速流动使得混凝土的碳化速度就会随之加快，反而言之，混凝土处于温度较低的环境中时，空气进入混凝土后的流动速率就会变慢从而使得混凝土的碳化速度就会变慢。

3.3 环境CO2 浓度的影响

环境中CO2浓度的高低对混凝土碳化的影响也大不相同。一般来说混凝土表面的CO2浓度越大，混凝土的碳化速度越快。

4 施工因素的影响

施工质量的好坏对混凝土的质量的好快起着重要的影响。例如在施工现场制作混凝土时，所用搅拌机搅拌的时间过短了，就会使混凝土搅拌不均匀，孔隙率会变大，CO2的扩散率就会增大，所制成的混凝土的抗碳化的能力就会变得非常的差。一般来说，标准养护较蒸汽养护碳化速率低，早期养护时间过短会导致其后期碳化速率增快。

5 结论

本文从多个方面多个角度分析了影响混凝土碳化的因素，通过对这些因素的了解，我们就可以在针对性的预防混凝土碳化、改善混凝土结构这方面有了很好的出发点。到目前为止，混凝土的耐久性问题一直都是国内外学者们普遍研究的问题，混凝土的碳化作为影响混凝土耐久性的原因之一也是非常炙手可热的话题。因此，在提高混凝土的抗碳化能力在实际工程中仍然是一个长期的不断实践的过程。