淺談混凝土碳化原理與混凝土碳化防治

毛任重 張坤 羅兵

中建八局第四建設有限公司

摘要：現階段建筑市場競爭越來越激烈，建筑行業的實體質量越來越重要，如何保證、提高鋼筋混凝土的強度對于混凝土工程來說至關重要。而混凝土碳化深度作為影響混凝土強度的關鍵因素之一，也被放到了重要的地位。本文從混凝土碳化原理出發，簡要闡述了混凝土碳化影響因素，并討論在施工中為提升混凝土強度、減緩混凝土碳化可采取的有效措施。

關鍵詞：鋼筋混凝土;主體結構;碳化深度;混凝土強度

一、選題背景

（一）隨著建筑業市場競爭的日益激烈，工程的進度要求越來越快，施工質量要求越來越高，現場安全文明施工標準更趨規范。因此為了工程保質保量完成，如何保證、提高鋼筋混凝土的強度對于混凝土工程來說至關重要。

（二）混凝土碳化深度作為影響混凝土強度的關鍵因素之一，亦被放到了重要的地位。混凝土碳化會使混凝土的堿度降低，減弱了對鋼筋的保護作用，可能導致鋼筋的銹蝕。碳化還會引起混凝土收縮（碳化收縮），容易會使混凝土的表面產生細微的裂紋，再隨著時間推移細小裂紋發展成大裂縫，對混凝土結構強度造成嚴重危害。因此為降低混凝土碳化速率，筆者從混凝土碳化影響因素出發，總結得到有效的防治措施，并最終改善混凝土結構實體質量，特選此題。

二、混凝土碳化原理及其影響因素

（一）混凝土碳化原理

混凝土的碳化是指空氣中的CO2、SO2等酸性氣體與混凝土中液相的Ca（OH）2作用， 生成CaCO3和H2O的中性化過程。此外水泥石中水化硅酸鈣（CSH）和未水化的硅酸三鈣（C3S）及硅酸二鈣（C2S）也要消耗一定的CO2氣體。

由于混凝土是一種多孔性材料， 在其內部往往存在著大小不同的毛細管、孔隙、氣泡等缺陷， 具有一定的透氣性。空氣中的CO2首先滲透到混凝土內部充滿空氣的孔隙和毛細管中， 而后溶解于毛細管中的液相， 與水泥水化過程中產生的Ca（OH）2和水化硅酸鈣（CSH）等物質相互作用， 形成CaCO3。

Ca（OH）2是水泥的主要水化產物之一，對于普通硅酸鹽水泥而言，水化生成的Ca（OH）2可達10%～15%。Ca（OH）2一方面是混凝土高堿度的主要提供者，另一方面又是混凝土中最不穩定的成分之一，很容易與環境中的酸性介質發生中和反應，從而使混凝土碳化。

（二）混凝土碳化主要影響因素

1、水泥品種的影響。水泥品種不同意味著其中所包含的化學成分和礦物成分以及水泥混合材料的品種和摻量有別，直接影響著水泥的活性和混凝土的堿性，對碳化速度有重要影響。在同一試驗條件下砂漿的碳化速度大小順序為，高爐礦渣水泥（BFC） > 普通硅酸鹽水泥（OPC） > 早強水泥（HEC） 。

2、水灰比的影響。水灰比增加，混凝土硬化后，多余的水分蒸發或殘留在混凝土中， 會提高混凝土內部毛細孔的含量，導致混凝土內部滲透性提高，因此CO2氣體在混凝土毛細孔中的擴散速度加快，從而將加快混凝土的碳化速度，使混凝土碳化區的碳化深度提高。

3、空氣相對濕度的影響。混凝土的碳化與混凝土環境的相對濕度有著重要關系。Ca（OH）2與CO2反應生成的水要向外擴散，以保持混凝土內部與大氣之間的濕度平衡。在相對濕度接近100%時，混凝土中的孔隙被水蒸氣的冷凝水所充滿，反應產生的水向外擴散和CO2向內滲透的速度大幅度降低，碳化將終止。而當相對濕度小于25%時，雖然CO2的擴散滲透速度很快，但混凝土毛細孔中沒有足夠的水，空氣中的CO2無法溶解于混凝土毛細管水中，或其溶解量非常有限，使之不能與堿性溶液發生反應，因此碳化反應實際上也無法進行。有資料表明，在相對濕度為50%～70%的條件下，最有利于促進混凝土的碳化。

4、混凝土強度等級的影響。混凝土強度等級越高，混凝土則越密實，CO2的擴散速度則降低，從而使混凝土的碳化速度隨之降低，混凝土的抗碳化能力得到提高。

5、混凝土振搗、養護的影響。混凝土在施工操作過程中如振搗和養護良好，則混凝土硬化后密實度較高，混凝土的碳化速度慢。如果混凝土在施工初期養護不良，混凝土中的水分蒸發過快，混凝土面層的滲透性增大，則可加快混凝土的碳化。

因此綜上所述，混凝土碳化主要由水泥品種、混凝土自身品質、空氣濕度、混凝土澆筑振搗與養護情況等因素綜合影響。

三、混凝土碳化防治措施

我們可以從上述混凝土碳化影響因素出發，通過采取減緩混凝土碳化的有效措施來防治混凝土碳化。

1、在混凝土的水泥品種選取時盡量使用不易碳化的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。同時在允許范圍內加大水泥用量，一方面可以改變混凝土的和易性，提高混凝土的密實度;另一方面可以增加混凝土的堿性儲備，從而減緩混凝土碳化。

2、保證混凝土澆筑的連續性。在混凝土澆筑前，要充分考慮運輸不穩定因素，確定適宜澆筑時間，保障現場混凝土澆筑的連續性以及出罐混凝土質量，提高成型混凝土的密實度，從而減緩混凝土碳化。

3、在混凝土運輸過程中，混凝土罐車須保持轉罐，攪拌桶轉速為2-3轉/分，排出混凝土之前，先讓攪拌桶在10-12轉/分的轉速下轉動1分鐘，再進行排料，防止混凝土初凝并保證了混凝土的和易性。

4、在混凝土澆筑過程中應通過旁站監督混凝土澆筑質量，保證混凝土澆筑過程中振搗密實。同時每車次混凝土進行混凝土坍落度測試，不達標的混凝土不允許進行澆筑。為保證混凝土水灰比，在混凝土澆筑過程中嚴禁加水。

5、改善混凝土養護條件。混凝土澆筑結束后在混凝土表面覆上一層塑料薄膜，將混凝土與空氣隔絕，阻止混凝土內水分蒸發保證水泥水化作用正常進行。此舉減少了混凝土表面裂縫的生成，并減少了混凝土在充分凝結前與空氣中CO2的接觸時間，從而減緩混凝土的碳化速率。

6、用60mm×40mm方鋼管替代圓鋼管、木方進行主次龍骨柱墻加固。墻根采用角鋼加橡塑海綿條進行封堵，確保剪力墻砼無漏漿，且應在混凝土達到一定強度厚再進行拆模，通過改善混凝土成型質量來減少混凝土結構與空氣中CO2的接觸面積，從而減緩混凝土的碳化速率。

總結：通過分析混凝土碳化的成因，筆者總結了在混凝土結構施工階段可采取的有效減緩混凝土碳化的一系列措施，追根溯源就是通過改善混凝土入模質量、混凝土澆筑和養護效果從而最終減緩混凝土的碳化速率。

參考文獻：

[1]牛荻濤 陳亦奇 《西安建筑科技大學學報：自然科學版》 1995 第4期

[2]混凝土碳化的原因、影響因素、危害防治及對強度的影響? 星論文網