浅谈混凝土碳化的预防和控制要点

摘要：混凝土碳化会使混凝土中的钢筋生锈，直接影响结构物的承载能力和稳定性。当混凝土的裂缝超过0.2mm时，钢筋就会产生锈蚀，因此对混凝土的碳化不可低估。本文对混凝土碳化的预防和控制要点进行了简单的阐述。

关键词：混凝土；碳化；预防；控制要点

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

1、引言

混凝土碳化本身不会直接引起混凝土耐久性能的下降，经过碳化的混凝土表面强度、硬度、密度还能有所提高，但是由于碳化使混凝土内部发生了化学反应，降低了混凝土的碱度，致使钢筋发生锈蚀 。同时，混凝土的碳化会加剧混凝土的收缩，导致混凝土裂缝和结构的破坏，从而降低钢筋混凝土的耐久性。

2、混凝土碳化的机理

混凝土在凝结硬化过程中，内部形成了很多的大小不同的毛细管、空隙和气泡等缺陷，同时由于水泥石的干燥收缩和温度变形可能产生微裂纹，使得混凝土具有一定的透气性。 空气中的CO 2气体首先渗透到混凝土毛细管、空隙中并溶于其内部水中，与其中水泥石里面的Ca(OH)2等物质生化学反应，生成Ca(CO)3。碳化过程中主要的化学反应为：

CO 2 + H2O H2(CO)3

Ca(OH)2 + H2(CO)3 Ca(CO)3+ 2H2O

3CaO 2SiO2 3H2O + 3H2(CO)3 3Ca(CO)3 + 2SiO2 + 6H2O

2CaO SiO2 4H2O + 2H2(CO)3 2Ca(CO)3 + SiO2 + 6H2O

Ca(OH)2是混凝土内部碱度的主要提供者，同时又是混凝土中最不稳定的成分之一，由于碳化作用使得混凝土的碱度下降，随着碳化的发展碳化深度不断增加，当碳化深度达到或超过混凝土钢筋保护层时，由于碱度的降低破坏了钢筋表面的钝化膜，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，使钢筋失去了防锈功能而发生锈蚀 。锈蚀的钢筋和混凝土的结合力就会丧失，钢筋对混凝土的增强效果就会明显降低，同时锈蚀伴随有钢筋径向体积的膨胀致混凝土产生裂逢，水和空气更容易进入加剧混凝土的碳化和钢筋的锈蚀，裂缝进一步扩大，如此恶性发展直至结构破坏。

3、混凝土碳化速度的影响因素

混凝土的碳化速度取决于CO 2的扩散速度以及反应条件，影响混凝土碳化速度的因素主要归纳为一下几个方面：

3.1水泥品种与用量

水泥品种不同意味着其中所含水泥熟料的含量不同，水泥熟料含量的高低直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度储备，对碳化速度有重要影响。在同一条件下混凝土的碳化速度大小顺序为：矿渣水泥> 普通硅酸盐水泥> 硅酸盐水泥；水泥用量直接影响混凝土吸收CO2 的量，增加水泥用量一方面可以改变混凝土的和易性，提高混凝土的密实性，另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，因此，增加水泥用量可以抑制碳化速度。

3.2水灰比

混凝土的水灰比和混凝土的强度有着非常直接的反比例关系。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，单位水泥用量越大，混凝土的碱性储备就越充足，因此CO2 向混凝土内扩散的速度就越慢，混凝土的碳化速度就越小。

3.3 温、湿度

混凝土碳化与温度有直接关系。随着温度提高，在空气中的CO2扩散到混凝土中的能力逐渐增大，与混凝土中Ca (OH) 2 的反应条件更加有利，碳化速度就会加快。混凝土的碳化与混凝土环境的相对湿度有着重要关系。CO2 溶于水后形成H2CO3 方能和Ca (OH) 2 进行化学反应，所以在非常干燥的环境中，空气中的CO2无法溶解于混凝土中，碳化就无法进行；由于混凝土的碳化本身既是一个释放水的过程，环境相对湿度过大，生成的水无法释放导致混凝土内部水蒸气压力增大，CO2 不能扩散到混凝土中，使得碳化也无法进行。相对湿度在50 %～70 %之间时，混凝土碳化速度最快。

3.4施工质量与养护

施工质量的影响主要表现在振捣不密实或漏振造成混凝土不密实而形成空洞、蜂窝麻面、裂缝等，为大气中的CO2气体渗入创造了条件，从而加速了混凝土的碳化速度；钢筋垫块不符合要求造成混凝土钢筋保护层小于设计要求，甚至发生露筋；混凝土养护不到位造成水泥水化不充分，使表层混凝土渗透性增大加快碳化速度。

3.5使用环境中CO2的浓度

环境中的CO2气体浓度直接影响着混凝土的碳化速度。在其他外部条件保持稳定不变的情况下，环境中的CO2气体浓度越高，碳化速度越快。

4、控制和预防措施

4.1 设计方面

保证混凝土有足够的强度，根据混凝土所处建筑结构的位置和使用的环境条件不同，对混凝土结构的钢筋保护层采取不同的厚度，必要时可适当增加钢筋保护层厚度，避免一律采用2-3cm的钢筋保护层厚度。

4.2 施工方面

合理选料。水泥要优先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，集料选用质地密实、级配良好的砂、石，施工中药剔除集料中的有害成分，使用符合规范要求的混凝土拌合用水，掺入高效减水剂等外加剂。优化混凝土配合比设计，在满足施工的情况下，尽量采用小水灰比、低用水量、底坍落度的配合比，确保混凝土的密实 。优化施工方案，严格施工管理。施工之前要制定科学合理的施工方案指导现场施工，施工过程严格执行操作规程，加强质量监控。浇筑前一定要保证模板支护符合要求，将钢筋用提前预制好的高标号砂浆块垫好，确保钢筋保护层厚度满足设计要求。浇筑过程中要细心观察，精心施工，加强振捣，做到不漏振不过振，确保混凝土结构成型后不出现蜂窝、麻面、空洞等质量缺陷。

加强混凝土的养护。混凝土达到初凝就应该立即养护，根据季节的不同采取适当措施使混凝土基本处于一种常温高湿度状态，冬季要采取覆盖保温措施（不可用生火加热的方法），夏季采取降温措施。混凝土表面用薄膜覆盖的养护措施非常有效，他既能保持混凝土的湿度，又可避免混凝土与空气的接触。同时防止由大气温度变化、周围环境高温的影响和大体积混凝土施工时产生的水化热等因素造成混凝土的温度裂缝。

4.3使用和管理方面

不随意改变混凝土结构原设计的使用条件，对于确实需要改变或已经改变了使用条件的混凝土，要对新使用条件对其的影响进行评估，必要时采取可行的措施对混凝土进行保护。

对混凝土的角、棱等易撞碎部位可采用包角钢、加外套等保护措施。使用过程要加强对混凝土结构的检查，定期检查混凝土的碳化深度、混凝土裂缝的产生与发展等并做好记录，对已经产生的裂缝要及时进行封堵，对混凝土的碳化发展速度及混凝土的使用质量情况进行评估，必要时采取有效措施

总之，混凝土的碳化对混凝土的耐久性影响很大，因此施工单位在施工过程中要合理选用原材料，严格控制水灰比，保证养护到位，加强施工全过程质量管理。使用单位在使用过程中要做必要地保护和监控，这样就可以很好的控制混凝土的碳化速度，大大提高混凝土的耐久性。

参考文献

［1］朱茂根等，混凝土碳化机理及处理措施［J］，江苏水利2009（5）：25-26.

［2］朱安民，混凝土碳化与钢筋锈蚀的试验研究［J］，山东省建筑科学研究院，2007.