摘要：混凝土的碳化是引起钢筋锈蚀影响混凝土耐久性的重要原因之一，为提高混凝土的耐久性，必须防止混凝土的碳化或降低碳化速度。本文论述了混凝土碳化的机理、危害及影响碳化的因素，并提出了防止混凝土的碳化或放慢碳化速度所采取的措施，为防止钢筋锈蚀，提高混凝土的耐久性提供了重要依据。
关键词：混凝土的碳化 耐久性 钢筋锈蚀 抗渗 保护层
1 概述
在混凝土建筑工程中，混凝土必须是耐久性的（混凝土耐久性是指混凝土在所使用的环境中保持长期性能稳定的能力）。如耐久性能不足，就会造成结构物不同程度的损坏，一旦被损坏，所作修复工作投入的人力、物力往往是很大的；如耐久性能不足，甚至整个工程就会完全遭到破坏，给国家造成重大损失。因此提高混凝土的耐久性、对延长混凝土建筑物的使用年限，节约国家对建筑的投资，具有重要的现实意义和深远的历史意义。
影响混凝土耐久性的因素是多方面的，而其中重要因素之一就是混凝土的碳化。混凝土碳化，会引起钢筋锈蚀，导致其体积膨胀，使混凝土保护层开裂，直至使混凝土剥落，严重的影响了混凝土建筑物的耐久性。因此必须采取相应措施，防止混凝土的碳化或降低碳化速度。
2 混凝土碳化机理
硬化的混凝土，由于水泥水化生成Ca(OH)2，故显碱性，PH值>12，此时混凝土里的钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的混凝土置于空气中或Co2环境中时，由于Co2的侵入，混凝土中的Ca(OH)2与空气中的Co2在一定湿度的范围内发生化学反应，生成CaCO3等物质，其碱性逐渐降低，甚至消失，这种化学反应称为混凝土的碳化。当环境处于50-70%的湿度时碳化速度最快。（另外凡是能与Ca(OH)2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于HCI等，均能进行中和反应，使混凝土碱性降低，使其中钢筋去钝化，故混凝土碳化应更广义的称为“中性化”）。这个碳化过程是由表及里、由浅入深，逐渐向混凝土内部扩散。表层的混凝土碳化后，侵入的Co2将继续沿着混凝土中的空隙通道向混凝土的深处扩展，直至到达混凝土里钢筋的表面。碳化作用降低了混凝土的碱性，对钢筋的保护膜起破坏作用，当混凝土的PH值<12时，钢筋的保护膜就不稳定，当PH值<11.5时，钢筋的钝化膜就会遭到破坏，引起钢筋锈蚀，导致其体积膨胀至约为基体的2-4倍，所产生的膨胀力将使混凝土保护层开裂。开裂的混凝土由于Co2不断的侵入，碳化更加严重，钢筋锈蚀更加厉害，直至使混凝土剥落，严重的影响了混凝土的耐久性。
3 混凝土碳化造成的危害
混凝土碳化引起钢筋锈蚀使混凝土遭到严重破坏，据新出版的有关文献记载：大量的调查结果表明，由于混凝土的碳化引起钢筋锈蚀，使工程遭到了破坏或降低了使用年限。造成了很大的直接和间接的经济损失。
如江苏水科所许冠绍等1988年对40座内陆地区淡水闸的调查表明，因混凝土的碳化引起的钢筋锈蚀导致62%的上部结构破坏，有的工程由于设计标准低，施工质量差，建成不久就出现病害，运行5-10年就不得不进行大修。
季诗政对北京河道上的40多年来先后修建的130余座涵闸作了老化和病害情况的调查，结果表明普查面积的40%须尽快维修，对这些涵闸威胁最大的破坏就是混凝土碳化引起的钢筋腐蚀。
近年来南京水利科学研究院对涡河上运行了20多年的10余座水闸进行了调查和检测，结果表明各水闸混凝土结构均存在较为严重的混凝土顺筋胀裂、剥落的破损问题，混凝土碳化引起钢筋锈蚀是破损的主要原因。水闸必须进行维修、加固改造。
华南地区18座海港码头中，因碳化而引起的工程破坏占89%。
沧州沿海地区20世纪60-70年代建造的中小型水库、中小型桥梁中，也因碳化作用发生严重损伤破坏。
孙家瑛、吴初航等对上海地区范围内建设10多年的立交桥和高架道路的初步观察发现，混凝土构筑物在耐久性方面存在着不同程度的问题，由于混凝土保护层太薄，混凝土抗水、抗有害离子渗透及抗碳化性能差等，某些部位的混凝土开裂，钢筋锈蚀，严重影响混凝土结构正常的使用寿命。
4 影响混凝土碳化的因素
影响混凝土碳化的因素是由于混凝土的抗渗能力不足和环境条件引起的，抗渗能力取决于混凝土所用的水泥品种、骨料、水灰比以及浇筑、振捣和养护质量等；环境条件包括温度、湿度、和CO2的浓度等。环境条件是客观存在的，几乎无法改变。因此防止混凝土的碳化必须从提高混凝土的抗渗性着手，以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力，降低混凝土的渗透以及采取各种办法，防止混凝土的碳化或降低混凝土的碳化速度。
5 预防混凝土碳化的措施
如何防止混凝土的碳化，下面介绍几种方法。
5.1提高混凝土的抗渗性。由以上所知，混凝土的碳化与其抗渗性有直接关系。一般说来，混凝土的抗渗性能越好，则混凝土的碳化速度越慢。因此为防止混凝土的碳化，必须提高混凝土的抗渗性。其方法有：（1）降低水灰比。影响混凝土碳化速度的主要因素是水灰比。水灰比小的混凝土水泥浆的组织密实，透气性小，既有较好的抗渗性，因而碳化速度慢。所以在拌制混凝土时，在满足设计要求和施工要求的情况下，尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，提高混凝土的抗渗性。为此，可掺引气型的高效减水剂，一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通的微小气泡，阻止了CO2的渗透，另一方面也大大减少了混凝土的用水量，增加了混凝土的密实度，提高了抗渗性；（2）选择合适的材料。应选用颗粒细、水化热低的水泥。因为越细，凝结越快，泌水越少，抗渗性能越好。水泥标号一般不低于425#；细骨料要求砂的颗粒均匀、圆滑、质地坚硬、平均粒径为0.4mm左右的河砂，含泥量<3%，并含适量的粉砂；选用粗骨料，除大体积外，一般情况下粒径5–30mm为宜，最大粒径不超过40 mm、含泥量<1%，要求组织细密、颗粒整齐、质地坚硬，另外级配要优良，以改善混凝土的和易性，增加密实度，提高抗渗性。（3）加强早期养护。如混凝土早期养护不好，水泥得不到正常水化，一是会降低混凝土的密实度，二是极易产生裂缝继而影响抗渗性。据有关资料记载：水灰比0.6的矿渣水泥混凝土，湿养3d比湿养7d者碳化加快50%。所以一定要加强混凝土的早期湿润养护，时间不得少于14d，以保证水泥正常水化，增加密实度，提高抗渗性。（4）防止裂缝。由于各种原因容易使混凝土产生裂缝。混凝土建筑物中常见的裂缝有：干缩裂缝、塑性收缩裂缝、沉降裂缝、温度裂缝等。防止干缩裂缝、塑性裂缝、收缩裂缝、沉降裂缝采取的措施有：除以上提到的（1）–（3）项外，混凝土搅拌时间要适当，浇筑时下料不要太快，防止堆积，振捣要密实，但避免过振，一般振捣时间为每次10–15s，混凝土初凝前要抹平，终凝前要压光，压光后要及时用湿草帘苫盖或喷涂养护剂认真养护。夏天气温高，要及时喷水养护，使其保持湿润；防止温度裂缝的措施有：施工时，首先要考虑矿渣水泥、粉煤灰水泥，对于大体积混凝土要用中热或低热水泥，同时在保证强度指标的情况下加入一定量的活性掺合料(如粉煤灰、矿渣微粉等)。在一定范围内，活性掺合料对水泥的代用量越多，降低混凝土温升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期强度，根据工程结构实际承载力和工期长等情况，和设计单位协商，用56d、90d的抗压强度代替28d的抗压强度做为设计强度。如充分利用混凝土的后期强度，可使每方混凝土少用水泥约50kg，则混凝土温度可降低约5℃，可减少混凝土温度裂缝。再就是在大体积混凝土里加入缓凝、引气型的减水剂，以改善其和易性、流动性、粘聚性、保水性。通过分散和减水作用，可降低用水量，增加混凝土的密实度和强度，同时还降低水化热，推迟温峰出现的时间，因而减少温度裂缝，亦提高混凝土抗渗性。
5.2要用生成Ca(OH)2多的水泥。由于水泥品种、掺合料品种及其掺量的不同，水泥水化时生成的碱性物质Ca(OH)2含量都有所不同，故对混凝土的碳化速度也有一定的影响，生成 Ca(OH)2多的水泥，其混凝土碳化速度慢。所以施工时要选择生成Ca(OH)2多的水泥，以减慢混凝土的碳化速度。如：使用普通硅酸盐水泥浇筑的混凝土要比使用早强硅酸盐水泥浇筑的混凝土碳化速度稍快些。而使用加掺合料的水泥浇筑的混凝土则比使用普通硅酸盐水泥浇筑的混凝土碳化速度要快些。因为熟料含量多、掺合料少的水泥，通常碱性较高，碳化速度慢。掺粉煤灰、煤矸石者一般比掺等量矿渣的水泥碳化快，高铝水泥在水化过程中不生成氢氧化钙，所以混凝土不显碱性，易于碳化。各种水泥混凝土的碳化速度参见碳化速度比率R表。
5.3适当增加钢筋混凝土保护层的厚度，以延缓二氧化碳等到达钢筋表面的时间。
5.4表面涂刷防渗层。为防止渗透在混凝土结构表面涂刷抗渗性和耐久性好的有机防渗层材料，在一定程度上可以阻滞空气的渗透而减慢混凝土的碳化。
5.5在混凝土里掺阻锈剂，这样也可以防止由于混凝土的碳化而引起的钢筋锈蚀。
6 结论
混凝土的碳化虽然能对混凝土的耐久性产生严重的不良影响，但只要科学施工，严格管理，采取各种措施，预防混凝土的碳化或减慢碳化速度是完全有可能做到的。
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