混凝土碳化影响因素及减缓措施

混凝土碳化影响因素及减缓措施

摘要：所谓混凝土的碳化，是指水泥石中的水化产物与周围环境中的二氧化碳作用，生成碳酸盐或其他物质的现象。碳化将使混凝土的内部组成及组织发生变化，使得混凝土结构内部环境由强碱性变为弱碱性，破坏钢筋表面的钝化膜，导致钢筋锈蚀，严重的将导致混凝土结构的保护层剥落。

关键词：混凝土；碳化；保护层

1.混凝土碳化影响因素

1.1材料因素：材料因素包括水灰比、水泥品种与用量、掺合料、外加剂等，它们主要通过影响混凝土的碱度和密实性来影响混凝土碳化速度。

（1）水灰比

水灰比W/C是决定混凝土孔结构与孔隙率的主要因素，其中游离水的多少还关系着孔隙饱和度(孔隙水体积与孔隙总体积之比)的大小，因此，水灰比是决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的主要因素之一。水灰比增加，则混凝土的孔隙率加大，CO2有效扩散系数扩大，混凝土的碳化速度也加大。水灰比在正常施工条件下，混凝土的碳化速度随水灰比减小而降低。此外，龚洛书最早通过试验给出了水灰比对碳化深度的影响系数拟合公式，碳化深度随水灰比的变大而线性升高。

（2）水泥品种和水泥用量

用矿渣水泥的混凝土比同水灰比的普通混凝土碳化程度快10%~20%。水泥用量越大，则单位体积混凝土中可碳化物质的含量越多，消耗的CO2也越多，从而碳化速度越慢。在水泥用量相同时，掺混合材料的水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量减少，且一般活性混合材由于二次水化反应还要消耗一部分可碳化物质Ca(OH)2，使可碳化物质含量更少，故碳化速度加快。因此，相同水泥用量的硅酸盐水泥混凝土的碳化速度最小，普通硅酸盐水泥混凝土次之，粉煤灰水泥、火山灰质硅酸盐和矿渣硅酸盐水泥最大。同一品种的掺混合材水泥，碳化速度随混合材掺量的增加而加大

（3）粉煤灰掺量

在硅酸盐水泥混凝土中，掺入粉煤灰有正负两方面的作用，一方面由于水泥用量减少，水化反应生成的可碳化物质减少，碱储备降低，抗碳化能力降低。另一方面，粉煤灰的二次水化填充效应可显著改善混凝土的孔结构，提高混凝土的密实性。

粉煤灰混凝土早期强度低，其二次水化填充效应未充分发挥，孔结构差，加速了二氧化碳的扩散速度，从而使碳化速度加快。水利水电科学研究院沙慧文通过试验与工程调查发现，粉煤灰掺量越大，碳化速度越快。（4）骨料品种与粒径

骨料粒径的大小对骨料—水泥浆粘结有重要的影响，粗骨料与水泥浆粘结较差，CO2容易从骨料—水泥浆界面扩散。另外，很多人造或天然的轻骨料中的活三灰在加热养护过程中会与Ca(OH)2结合，某些硅质骨料发生碱骨料反应时也消耗Ca(OH)2。这些因素会使碳化速度加快。

（5）外加剂

混凝土中使用的外加剂主要有减水剂和引气剂。减水剂能够降低用水量，改善混凝土的和易性，从而降低混凝土的孔隙率，故可提高混凝土的抗碳化能力。引气剂为混凝土引入大量的微细气泡，初期可以在一定程度上抑制混凝土的碳化，但随着碳化的延续，引气剂在混凝土内部留下的孔隙成为二氧化碳扩散的通道，因而会促进碳化的发展。此外，外加剂对水泥品种有一定的适应性，相同的外加剂对于不同水泥配置的混凝土抗碳化能力的影响结果不同。

（6）混凝土强度

混凝土强度能反映其孔隙率、密实度的大小，因此混凝土强度能宏观地反映其抗碳化性能。混凝土强度越高，碳化速度越慢，强度越低，碳化速度越快。

2.2.环境因素：包括自然环境和使用环境两方面，自然环境包括环境相对湿度、温度、压力以及二氧化碳浓度等;使用环境主要指混凝土构件的受力状态及应力水平，它们主要通过影响二氧化碳扩散速度及碳化反应速率来影响混凝土碳化速度。

2.3.施工因素：施工因素主要指混凝土的搅拌、振捣和养护条件等，它们主要通过影响混凝土密实性来影响混凝土碳化速度。混凝土施工质量对混凝土的品质有很大影响。混凝土浇注、振捣情况不仅影响混凝土的强度，而且直接影响混凝土的密实性。实际调查结果表明，在其它条件相同时，施工质量好，混凝土强度高，密实性好，抗碳化能力强;施工质量差，混凝土内部裂缝、蜂窝、孔洞等增加了二氧化碳在混凝土中的扩散路径，碳化速度加快。养护方法与龄期的不同会导致混凝土的密实性不同，因此会对混凝土碳化速度产生不同影响。

综上所述，减缓混凝土的碳化应从材料因素环境因素和施工工艺方面综合考虑。

2减缓混凝土碳化的措施

周围环境、施工因素和材料因素对混凝土碳化有明显影响。针对影响混凝土碳化的因素，可提出以下改善措施。

1、合理设计混凝土配合比。选择不易碳化的普通硅酸盐水泥或纯硅酸盐水泥，并有足够的水泥用量；同时应尽量降低水灰比或掺入减水剂，尽可能在满足施工和易性要求的前提下，降低用水量；在必须掺入合乎国标要求的优质粉煤灰时，采用超量取代法设计混凝土配合比。

2、在混凝土施工时，应采用机械振捣，以保证混凝土的密实性。同时，因尽量避免采用加热养护以加速混凝土硬化。当采用自然养护时，应经常喷水养护，使混凝土表面保持潮湿状态，或覆盖塑料薄膜，或喷涂养护液，以减少水分蒸发和表面裂缝。

3、用涂料或其它措施进行表面处理，防止二氧化碳气体侵入混凝土。实践证明，无机或有机的各种外墙涂料，各种砂浆抹灰层都会不同程度的减少混凝土的碳化深度。若采用抗渗性能良好的防水水泥砂浆抹面层，可以完全隔绝CO2的渗透，保护混凝土表面不受碳化。采用低分子聚乙烯或石蜡浸渍混凝土表面，可以堵住混凝土的毛细管孔道与CO2接触，同样能防止混凝土碳化。

4、采用透气性小，密实的骨料。