混凝土的强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标。现行规范对强度指标有详细的计算和试验方法， 达不到指标的即为不合格， 而对耐久性， 规范并没有严格的衡量参数， 同一强度指标的混凝土其实际耐久性差异可能会很大。 混凝土抗碳化能力是衡量混凝土结构耐久性非常重要的一个指标。 本文通过对混凝土碳化和钢筋去钝化物理化学反应的分析， 揭示了混凝土碳化对结构破坏的机理和规律，提出了在设计和施工时对混凝土防碳化处理的建议， 并提供了一些在除险加固工程中实用的防碳化处理方案。
2 混凝土碳化机理
混凝土是一个多孔体，其内部存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡，甚至缺陷。 混凝土的碳化是水泥石中水化产物与环境中二氧化碳相互作用的一个非常复杂的物理化学连续过程。以普通硅酸盐水泥为例，其主要水化产物有： 水化硅酸钙（占 60%以上），氢氧化钙（约占 25%），水化铝酸钙，水化硫铝酸钙等。在水泥水化过程中，由于化学收缩、自由水蒸发等原因，使水泥石成为一个含有固相、液相和气孔的非均质体。 环境中二氧化碳气体首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管， 其次溶解于孔隙内的液相并生成碳酸， 然后与水泥石中各水化产物发生碳化反应。水泥石中各水化产物稳定存在PH值，
表 1 水泥石中各水化产物稳定存在
PH值成 分 PH 值 成 分 PH 值
水化硅酸钙 10.4 水化硫铝酸钙 10.17
水化铝酸钙 11.43 氢氧化钙 12.23
当混凝土细孔溶液的 PH值低于表 1 中的临界数值时，该物质就
开始进行分解，在水化物中的氢氧化钙首先与酸性物质反应。最新【精品】范文
主要的碳化反应方程式如下：
CO2+H2O = H2CO3
Ca(OH) 2+H2CO3 = CaCO3+2H2O
C3S2H3+3H2CO3 = 3CaCO3+2SiO2+6H2O
碳化后的混凝土质地疏松，强度降低。
混凝土碳化的机理就是大气中的二氧化碳与混凝土中的碱性物质，在气相、液相和固相中进行的一个十分复杂的多相物理化学连续过程。混凝土碳化实质上就是砂浆或混凝土碱性降低的过程。未碳化区混凝土孔隙溶液的 PH值达 12.5 左右，完全碳化区混凝土孔隙溶液的 PH值一般为 8~9。当 pH值降至 11.5 以下时，钢筋周围的致密钝化膜就受到破坏，在水和氧气得到满足的条件下，钢筋就开始锈蚀。主要的反应方程式如下：
2Fe+O2 = 2FeO
FeO+H2CO3 = FeCO3+H2O
4FeCO3+10H2O+O2 = 4Fe
（OH）3+4H2CO3
钢筋一生锈，体积增大，破坏了混凝土覆盖层， 沿钢筋产生裂缝。水、空气进入裂缝，加速了钢筋的锈蚀。当然，引起混凝土中钢筋锈蚀的因素不只是混凝土的碳化，其中氯化物就是一个非常要的影响因素。 事实上，氯化物引起的钢筋去钝化一般要比混凝土碳化引起的钢筋去钝化要严重得多。例如同样是C45级混凝土，如果钢筋去钝化时间都是50 年，则在一般的碳化环
境中，混凝土最小保护层厚度只要1cm，而在含氯化物的环境中，就至少要 7cm。因此，在氯化物影响明显的工程（如海洋工程）中，在考虑混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响时更要考虑到氯化物的影响。
4 影响混凝土碳化的因素
4. 1 环境条件
因为碳化是液相反应， 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；混凝土碳最新【精品】范文
化速度与空气中 CO2浓度的平方根成正比。
4. 2 水泥品种
一般说来， 普通硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快，掺混合材的水泥碳化速度更快，混合材掺量越大，碳化速度越快。掺用优质减水剂或加气剂，可以大大改善混凝土的和易性，减小水灰比，制成密实的混凝土， 使碳化减慢。尤其是加气减水剂， 由于抗冻性提高，可以大大改善钢筋混凝土建筑物的耐久性。
4. 3 骨料种类
混凝土中的骨料本身一般比较坚硬、密实，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。但是，在轻混凝土中， 由于轻质骨料本身气泡多， 透气性大，所以能通过骨料使混凝土碳化。 一般说来， 轻混凝土比普通混凝土碳化快，需要掺用加气剂或减水剂来减缓它的碳化速度。
4. 4 水灰比
混凝土的碳化速度与它的透气性有很密切的关系，混凝土的透气性越小，碳化进行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，因而碳化速度就慢。同理，单位水泥用量多的混凝土碳化较慢。
4. 5 浇筑与养护质量
密实的混凝土表层孔隙很小， 易从潮湿的空气中吸取水分而充满水，故不易碳化；欠密实的混凝土表层中大孔隙内无水，CO2可以由气相扩散到充满水的毛细孔隙而完成碳化。 所以越是密实的混凝土其抗碳化能力越高。混凝土浇筑与养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因素。如果混凝土浇筑时不规范，特别是振捣不密实，以及养护方法不当、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再现蜂窝、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。
