混凝土碳化指混凝土中的Ca(OH)₂与空气中CO₂或水中溶解的CO₂或其它酸性物质反应变成CaCO₃而失去碱性的过程。混凝土碳化后会失去混凝土对钢筋的保护作用，严重时，可能导致钢筋混凝土构件中的钢筋生锈蚀膨胀破坏。影响混凝土碳化的因素有：材料因素、环境因素以及混凝土自身的密实性和Ca（OH）₂等碱性物质的含量。

（一）材料因素

（1）水泥品种

在混凝土水泥用量相同的前提下，不同的水泥品种所含的包含的矿物成分不同，水泥的活性也不同，对混凝土强度和碱性的影响也有所不同。一般来说，早强型的水泥品种的抗碳化能力也较高，普通硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快。对同一熟料的水泥来说，混合材含量越高，其碳化速度越快，如矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥混凝土的碳化速度比硅酸盐水泥混凝土的碳化速度快。

 

表  不同品种水泥混凝土的相对碳化速度系数

水泥品种	相对碳化速度系数
	无外加剂	掺引气剂	掺减水剂
硅酸盐水泥	0.6	0.4	0.2
普通硅酸盐水泥	1.0	0.6	0.4
矿渣硅酸盐水泥（矿渣掺量30%～40%）	1.4	0.6	0.6
矿渣硅酸盐水泥（矿渣掺量60%）	2.2	1.3	0.9
火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰双掺水泥	1.7	1.0	0.8
粉煤灰水泥	1.8	1.1	0.7

从提高抗碳化性能的角度来说，混凝土生产时应优先选择硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，尽量避免使用矿渣硅酸盐水泥。还要充分考虑水泥对混凝土保水性的影响，选择泌水性能小的水泥，减少混凝土内部缺陷，提高混凝土自身密实，改善混凝土抗碳化性能。合理使用引气剂和减水剂，提高混凝土的耐久性，增加混凝土强度，提高抗碳化性能。矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，由于熟料降低，混合材数量多，配制混凝土时造成其体系碱含量降低，再加上早期水化速率慢，不利于混凝土抗碳化性能。

（2）水泥用量

随着混凝土中水泥用量的增加，一方面增加混凝土中的碱含量，体系的pH值提高，有利于混凝土的抗碳化性能；另一方面水泥用量增加，加快了水泥的水化速度，提高了混凝土的早期强度，从而混凝土自身的密实性越高，二氧化碳的渗透能力随强度的增加逐渐降低，使得混凝土的碳化速度变慢，它们之间呈反比例关系。尽管增加水泥用量可以改善混凝土的碳化，但单凭增加水泥用量来降低混凝土碳化的方法，并不可取。

（3）水灰比的大小

水灰比是混凝土中用水量与水泥的重量比。水灰比是混凝土配合比的重要参数，其直接影响混凝土的强度、耐久性和其他一系列物理性能。一般来说，混凝土的水灰比越低，其强度越高，混凝土的密实程度也越高，CO₂扩散的阻力就越大，抗碳化能力也越强。水灰比越大，混凝土的孔隙率增加，混凝土内部缺陷增加，造成密实度降低，混凝土渗透性增大，其抗碳化能力降低。研究表明，当水灰比从0.4增长至0.8时，CO₂在混凝土中的扩散能力将达到10倍，当水灰比超过0.65时，其碳化速度将大大加快，水灰比在0.55以下时，碳化速度将受到一定的抑制，抗碳能力有所加强。龚洛书通过试验给出水灰比对碳化速度影响系数的公式：

对于轻骨料混凝土：η=0.017＋2.06W/C

对于普通混凝土：η=4.15W/C－1.02

此外，山东科技院通过室外的试验也得出混凝土碳化深度与水灰比的关系式：

K=12.1W/C

式中，W/C为水灰比。

合理设计混凝土配合比，保证具有足够的水泥用量，尽量降低水灰比，掺入减水剂等外加剂降低用水量。只要水灰比降低，相应的碳化深度就会降低，而且两者呈线性关系。

（4）掺合料的影响

混凝土的制备在搅拌时加入一定量的掺和料，可以改善混凝土的和易性和后期强度。就抗碳化性能而言，矿物掺合料的加入具有正反两方面的作用：一方面使用矿物掺合料代替水泥，降低水泥中熟料数量，降低混凝土体系碱含量，活性大的熟料数量降低造成混凝土水化速度降低，强度增长变缓，不利于混凝土的抗碳化性能；另一方面，矿物掺合料与水泥组成的胶凝材料，由于各自粒径的差异，可以改善级配，降低空隙率，提高混凝土的密实性，对混凝土抗碳化性能具有一定的改善作用。随着粉煤灰掺量的增加，负面影响逐渐大于正面影响，不利于混凝土早期抗碳化性能的提高。因此，矿物掺合料对混凝土碳化的影响要综合这两方面的因素，进行分析利弊。

（5）骨料品种及级配

混凝土中的骨料本身一般比较坚硬、密实的材料。总的说来，天然砂、砾石、碎石比水泥浆的透气性小，因此混凝土的碳化主要通过水泥浆体进行。骨料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。但若骨料本身气泡多，透气性大，CO₂能通过骨料使混凝土碳化，如轻骨料混凝土。生产混凝土时应选择材质致密坚硬，级配较好的骨料，若骨料的内部缺陷增加时，需要掺用加气剂或减水剂来减缓它的碳化速度。

（6）外加剂

外加剂已经成为现今混凝土不可缺少的组分，外加剂可以降低水胶比，改善混凝土的和易性，提高密实性，对混凝土的碳化具有改善作。一般来说，选用优质的加气剂和缓凝剂可以加强混凝土的工程质量，使混凝土发挥出更优越的性质，从而使碳化反应大大减低。

（二）环境因素

（1）湿度

混凝土碳化是液相反应，十分干燥的混凝土即一直处于相对湿度低于25%空气中的混凝土很难碳化，在空气湿度50%～75%的大气中，不密实的混凝土最容易碳化。但在相对湿度95%的潮湿空气中或在水中的混凝土反而难以碳化，这是因为混凝土含水时透气性小，碳化慢。在湿度相同时，风速愈高、温度愈高，混凝土碳化也愈快。另外，对室外淋雨环境，混凝土所处位置对碳化速度也有一定的影响。

（2）光照和温度

物理学知识可以知道，离子运动速度加快，二氧化碳的扩散速度也会加快， 因而混凝土的抗碳能力降低，混凝土碳化与光照和温度有直接关系。随着温度提高，CO₂在空气中的扩散逐渐增大，为其与Ca（OH）₂反应提供了有利条件。阳光的直射，加速了其化学反应，碳化速度加快。试验研究表明，CO₂浓度10%，相对湿度80%的条件下，温度40℃混凝土的碳化速度是20℃的2倍；CO₂浓度5%，相对湿度60%的条件下，温度30℃的碳化速度是10℃的1.7倍。但也有部分学者认为温度升高将使得二氧化碳的溶解率降低，使得混凝土的碳化也降低。因此，温度高低的对混凝土碳化的影响因素到目前为止还没有得出一个公认的标准。

（三）施工与养护

（1）施工

在施工工程中，混凝土搅拌不均匀或浇筑后振捣不足都会影响混凝土的匀质性和自身密实性，造成混凝土内部存在空洞、麻面等现象，混凝土的整体强度就会降低，CO₂和水分渗入的可能性就大大提高，混凝土的抗碳化能力就会降低。相反，合理的施工工艺，使得混凝土的强度更高， 整体密实性更好，抗碳的能力越高。在混凝土施工过程中，一定要选择科学的施工方法，根据气候特点选择性施工，如在环境气候恶劣的条件下就要采取相应的保护措施。施工振捣时要做到振捣均匀、不漏振、不过振。严格控制拆模时间，低温情况下做好保温和高温条件下的降温等。

（2）养护

浇筑后的养护是影响混凝土密实性的一个重要因素。养护条件的不同也会使得水泥的水化反应结果不用，水化的程度对混凝土的密实性有重要影响，进而影响混凝土抗碳化能力。养护方法不当、养护时间不足时，就会造成混凝土内部毛细孔道粗大，且大多相互连通，严重时会引起混凝土出现裂缝等缺陷，使水、空气、侵蚀性化学物质沿着粗大的毛细孔道或裂缝进入混凝土内部，从而加速混凝土的碳化和钢筋腐蚀。一般来说，普通混凝土的蒸汽养护比一般自然养护的碳化速度高1.5倍。因此，在混凝土浇筑后的初期一定要做好养护工作，其目的就是保证混凝土在适宜的温湿条件下进行水化反应，减少温度和湿度会造成有害的冷缩和干缩。后期混凝土水分蒸发，而推迟或妨碍水泥的水化，因此后期养护主要就是给其内部没有完全水化的水泥创造继续水化的条件。

（四）混凝土碳化深度测量

混凝土耐久性一直是工程界关心的问题，而混凝土碳化会使钢筋表面的钝化膜脱落导致钢筋出现不同程度的锈蚀，最终导致工程安全隐患。混凝土碳化指混凝土中的Ca(OH)₂与空气中CO₂或水中溶解的CO₂或其它酸性物质反应变成CaCO₃而失去碱性的过程。回弹法检测混凝土强度是比较常用的方法，在回弹检测过程中不可避免地需要对混凝土结构进行碳化测量。测量碳化深度的原理是根据酚酞遇碱变红、遇酸不变色。当混凝土碳化后失去碱性，遇酚酞不变色，而内部未碳化的混凝土呈碱性，遇酚酞变为红色。混凝土的碳化值的测量是指混凝土表面至变红色位置的垂直长度，如何正确测量碳化深度是进行回弹法检测混凝土结构强度的前提。

在工程实践中，测量混凝土结构的仪器是碳化深度测量仪也叫“碳化尺”，为杠杆式刻度尺直读式。该类测量仪技术参数如下：

外形尺寸：96cm×44cm×14cm；

重量：150g；

量程：8mm；

分度值：0.25mm；

放大倍数：4。

现行回弹规范测定碳化深度的方法是：在有代表性的测区上进行碳化深度值的测试，测试数量不少于测区数的30%。将浓度为1%～2%的酚酞酒精溶液，滴入测试前凿好的直径约15mm的孔洞。使用“碳化尺”测量碳化深度时，将仪器的底座平面贴紧孔洞口一侧平整的混凝土表面上（当孔洞周围的混凝土表面不平整时，应用砂轮磨平，以免造成测量误差），挪动仪器位置使触片停留在孔洞壁被测深度处，触片与指针绕销轴旋转（旋转半径比为1:4），指针在刻度尺上指示1刻度（读数精确至0.25mm），即为碳化深度值。当条件不利读数表1测量重复性时，可按下按钮锁住触针，将仪器移至他处读数。测试出3个测点的碳化深度值，各测区碳化深度值的平均值作为此构件的碳化深度值，若碳化深度值极差大于2.0mm，则应在每个测区分别测量碳化深度值，精确至0.5mm。

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知识点：混凝土碳化深度