影響混凝土碳化的原因分析

肖茜

近年來我國環境不斷惡化，空氣中的二氧化碳含量不斷增加，長期暴露在空氣中的混凝土與空氣中的二氧化碳發生反應，生成碳酸鹽和其他物質，使混凝土的堿性降低，導致混凝土中鋼筋加快銹蝕，混凝土出現開裂、剝落等現象，嚴重影響了混凝土耐久性，減少了混凝土的使用壽命。因此，研究影響混凝土碳化的原因，找出重要的影響因素，提出控制影響混凝土碳化影響因素的措施是一項重要的課題。

1 混凝土碳化機理

如圖1所示混凝土并不密實，內部存在大大小小的孔隙、毛細管、氣泡等缺陷，這些孔隙、毛細管、氣泡相互聯通，構成細小的通道。當空氣中的二氧化碳滲透到混凝土內部的孔隙、毛細管、氣泡中，與水泥水化產物中的氫氧化鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣等發生物理化學反應，生成碳酸鹽和其他物質，進而降低了混凝土中的堿含量。混凝土中堿含量減少，生成的碳酸鹽含量增多，造成混凝土內部密實性變差，進而產生鋼筋銹蝕、混凝土裂縫增多、耐久性變差等現象的產生。

圖1 混凝土內部結構示意圖

2 混凝土碳化影響因素

由于大量的混凝土暴露在室外環境中，長期接觸空氣中的水分、二氧化碳等不利于混凝土耐久性的物質，從混凝土碳化機理表明，影響混凝土碳化的原因主要有以下幾方面：

2.1 原材料

2.1.1 水灰比

一方面水灰比的大小在一定程度上決定了混凝土的密實度，水灰比越大，混凝土硬化后孔隙越多，與空氣中二氧化碳的接觸面越大；另一方面，隨著水灰比的增大，二氧化碳在混凝土中擴散的能力越強，有研究表明，水灰比與碳化深度存在數學函數關系：

K=12.1w/c

w/c-水灰比[1]

2.1.2 水泥用量

水泥用量影響混凝土的密實性，水泥用量越多，混凝土的密實性越好，混凝土內部的孔隙越少，與二氧化碳接觸的面積越小，混凝土碳化的程度就越小。重要的是，水泥用量越大，水泥中的堿含量越大，孔隙溶液中PH值越高，使混凝土中部分碳化后生成的碳酸鈣沉淀濃度會減少，改善了混凝土的密實性。

2.1.3 摻合料

混凝土中加入粉煤灰、礦粉、硅灰等摻合料，摻合料中有大量的活性物質替代部分水泥參與水化過程，與水泥水化產物中的二氧化碳發生反應，這個過程不僅減少了水泥用量，而且大大降低了混凝土的堿度，加入的摻合料也摻與了水泥的二次水化反應生成的水化產物再次填充了混凝土內部孔隙，混凝土的整體性再次提高。

2.1.4 外加劑

外加劑的品種多種多樣，每一種外加劑中的活性物質也不相同，摻入不同的水泥中，產生的抗碳化效果也不一樣。優質的外加劑與相適應的水泥結合使用，可以在一定程度上減少混凝土的用水量，增加混凝土整體密實性，是混凝土發揮最優越的性質，降低碳化反應。

2.2 環境因素

2.2.1 濕度

空氣的相對濕度對混凝土中二氧化碳的擴散速度有決定性的影響。如果混凝土中二氧化碳的濕度較大，混凝土中的水份較多，混凝土孔隙中的水份阻礙了空氣中的二氧化碳在混凝土孔隙中的擴散，使二氧化碳與混凝土的接觸面積變小，減緩混凝土碳化速率。

2.2.2 溫度

溫度的高低也同樣影響了混凝土的碳化。從物理知識分析，環境溫度越高，離子的運動速度越快，二氧化碳在混凝土中運動的速度也會加快。一般來說，溫度上升了10℃，化學反應的速度會提高兩倍。也有理論認為，溫度升高加速了混凝土的碳化是因為二氧化碳溶解率的降低。二氧化碳對混凝土碳化的影響機理眾說紛紜，目前并沒有公認的結論。

2.3 施工因素

攪拌、振搗和養護條件等施工因素決定了混凝土的密實程度，也影響了混凝土的碳化性能。攪拌充分均勻、振搗密實、保溫保濕、恒溫養護等措施，能減少混凝土中出現裂縫、孔洞、疏松等情況，減少了混凝土碳化的可能性。養護條件對混凝土水化產物的生成和混凝土內部孔隙的大小也有重要的影響。一般來說，普通混凝土的蒸汽養護比一般自然養護的碳化速度高1.5倍。[2]

3 結論

混凝土作為目前世界上用量最大的建筑材料，它的耐久性能收到了各國專家學者的關注和研究。目前公認的影響混凝土碳化的影響因素有：原材料、環境和施工因素。混凝土碳化的發展會引起混凝土病害，進而影響混凝土結構安全，給工程帶來隱患。因此對混凝土碳化的深入研究和制定出防止碳化的具體措施，仍是研究的主要方向。