影響混凝土碳化深度的因素有哪些？

混凝土碳化指混凝土中的Ca(OH)2與空氣中CO2或水中溶解的CO2或其它酸性物質(zhì)反應(yīng)變成CaCO3而失去堿性的過程。混凝土碳化后會(huì)失去混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋生銹蝕膨脹破壞。影響混凝土碳化的因素有：材料因素、環(huán)境因素以及混凝土自身的密實(shí)性和Ca（OH）2等堿性物質(zhì)的含量。

（一）材料因素

（1）水泥品種

在混凝土水泥用量相同的前提下，不同的水泥品種所含的包含的礦物成分不同，水泥的活性也不同，對(duì)混凝土強(qiáng)度和堿性的影響也有所不同。一般來說，早強(qiáng)型的水泥品種的抗碳化能力也較高，普通硅酸鹽水泥要比早強(qiáng)硅酸鹽水泥碳化稍快。對(duì)同一熟料的水泥來說，混合材含量越高，其碳化速度越快，如礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥混凝土的碳化速度比硅酸鹽水泥混凝土的碳化速度快。

表  不同品種水泥混凝土的相對(duì)碳化速度系數(shù)

（2）水泥用量

隨著混凝土中水泥用量的增加，一方面增加混凝土中的堿含量，體系的pH值提高，有利于混凝土的抗碳化性能；另一方面水泥用量增加，加快了水泥的水化速度，提高了混凝土的早期強(qiáng)度，從而混凝土自身的密實(shí)性越高，二氧化碳的滲透能力隨強(qiáng)度的增加逐漸降低，使得混凝土的碳化速度變慢，它們之間呈反比例關(guān)系。盡管增加水泥用量可以改善混凝土的碳化，但單憑增加水泥用量來降低混凝土碳化的方法，并不可取。

（3）水灰比的大小

水灰比是混凝土中用水量與水泥的重量比。水灰比是混凝土配合比的重要參數(shù)，其直接影響混凝土的強(qiáng)度、耐久性和其他一系列物理性能。一般來說，混凝土的水灰比越低，其強(qiáng)度越高，混凝土的密實(shí)程度也越高，CO2擴(kuò)散的阻力就越大，抗碳化能力也越強(qiáng)。水灰比越大，混凝土的孔隙率增加，混凝土內(nèi)部缺陷增加，造成密實(shí)度降低，混凝土滲透性增大，其抗碳化能力降低。研究表明，當(dāng)水灰比從0.4增長(zhǎng)至0.8時(shí)，CO2在混凝土中的擴(kuò)散能力將達(dá)到10倍，當(dāng)水灰比超過0.65時(shí)，其碳化速度將大大加快，水灰比在0.55以下時(shí)，碳化速度將受到一定的抑制，抗碳能力有所加強(qiáng)。龔洛書通過試驗(yàn)給出水灰比對(duì)碳化速度影響系數(shù)的公式：

對(duì)于輕骨料混凝土：η=0.017＋2.06W/C

對(duì)于普通混凝土：η=4.15W/C－1.02

此外，山東科技院通過室外的試驗(yàn)也得出混凝土碳化深度與水灰比的關(guān)系式：

K=12.1W/C

式中，W/C為水灰比。

合理設(shè)計(jì)混凝土配合比，保證具有足夠的水泥用量，盡量降低水灰比，摻入減水劑等外加劑降低用水量。只要水灰比降低，相應(yīng)的碳化深度就會(huì)降低，而且兩者呈線性關(guān)系。

（4）摻合料的影響

混凝土的制備在攪拌時(shí)加入一定量的摻和料，可以改善混凝土的和易性和后期強(qiáng)度。就抗碳化性能而言，礦物摻合料的加入具有正反兩方面的作用：一方面使用礦物摻合料代替水泥，降低水泥中熟料數(shù)量，降低混凝土體系堿含量，活性大的熟料數(shù)量降低造成混凝土水化速度降低，強(qiáng)度增長(zhǎng)變緩，不利于混凝土的抗碳化性能；另一方面，礦物摻合料與水泥組成的膠凝材料，由于各自粒徑的差異，可以改善級(jí)配，降低空隙率，提高混凝土的密實(shí)性，對(duì)混凝土抗碳化性能具有一定的改善作用。隨著粉煤灰摻量的增加，負(fù)面影響逐漸大于正面影響，不利于混凝土早期抗碳化性能的提高。因此，礦物摻合料對(duì)混凝土碳化的影響要綜合這兩方面的因素，進(jìn)行分析利弊。

（5）骨料品種及級(jí)配

混凝土中的骨料本身一般比較堅(jiān)硬、密實(shí)的材料。總的說來，天然砂、礫石、碎石比水泥漿的透氣性小，因此混凝土的碳化主要通過水泥漿體進(jìn)行。骨料品種和級(jí)配不同，其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)差別很大，直接影響著混凝土的密實(shí)性。但若骨料本身氣泡多，透氣性大，CO2能通過骨料使混凝土碳化，如輕骨料混凝土。生產(chǎn)混凝土?xí)r應(yīng)選擇材質(zhì)致密堅(jiān)硬，級(jí)配較好的骨料，若骨料的內(nèi)部缺陷增加時(shí)，需要摻用加氣劑或減水劑來減緩它的碳化速度。

（6）外加劑

外加劑已經(jīng)成為現(xiàn)今混凝土不可缺少的組分，外加劑可以降低水膠比，改善混凝土的和易性，提高密實(shí)性，對(duì)混凝土的碳化具有改善作。一般來說，選用優(yōu)質(zhì)的加氣劑和緩凝劑可以加強(qiáng)混凝土的工程質(zhì)量，使混凝土發(fā)揮出更優(yōu)越的性質(zhì)，從而使碳化反應(yīng)大大減低。

（二）環(huán)境因素

（1）濕度

混凝土碳化是液相反應(yīng)，十分干燥的混凝土即一直處于相對(duì)濕度低于25%空氣中的混凝土很難碳化，在空氣濕度50%～75%的大氣中，不密實(shí)的混凝土最容易碳化。但在相對(duì)濕度95%的潮濕空氣中或在水中的混凝土反而難以碳化，這是因?yàn)榛炷梁畷r(shí)透氣性小，碳化慢。在濕度相同時(shí)，風(fēng)速愈高、溫度愈高，混凝土碳化也愈快。另外，對(duì)室外淋雨環(huán)境，混凝土所處位置對(duì)碳化速度也有一定的影響。

（2）光照和溫度

物理學(xué)知識(shí)可以知道，離子運(yùn)動(dòng)速度加快，二氧化碳的擴(kuò)散速度也會(huì)加快， 因而混凝土的抗碳能力降低，混凝土碳化與光照和溫度有直接關(guān)系。隨著溫度提高，CO2在空氣中的擴(kuò)散逐漸增大，為其與Ca（OH）2反應(yīng)提供了有利條件。陽光的直射，加速了其化學(xué)反應(yīng)，碳化速度加快。試驗(yàn)研究表明，CO2濃度10%，相對(duì)濕度80%的條件下，溫度40℃混凝土的碳化速度是20℃的2倍；CO2濃度5%，相對(duì)濕度60%的條件下，溫度30℃的碳化速度是10℃的1.7倍。但也有部分學(xué)者認(rèn)為溫度升高將使得二氧化碳的溶解率降低，使得混凝土的碳化也降低。因此，溫度高低的對(duì)混凝土碳化的影響因素到目前為止還沒有得出一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。

（三）施工與養(yǎng)護(hù)

（1）施工

在施工工程中，混凝土攪拌不均勻或澆筑后振搗不足都會(huì)影響混凝土的勻質(zhì)性和自身密實(shí)性，造成混凝土內(nèi)部存在空洞、麻面等現(xiàn)象，混凝土的整體強(qiáng)度就會(huì)降低，CO2和水分滲入的可能性就大大提高，混凝土的抗碳化能力就會(huì)降低。相反，合理的施工工藝，使得混凝土的強(qiáng)度更高， 整體密實(shí)性更好，抗碳的能力越高。在混凝土施工過程中，一定要選擇科學(xué)的施工方法，根據(jù)氣候特點(diǎn)選擇性施工，如在環(huán)境氣候惡劣的條件下就要采取相應(yīng)的保護(hù)措施。施工振搗時(shí)要做到振搗均勻、不漏振、不過振。嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，低溫情況下做好保溫和高溫條件下的降溫等。

（2）養(yǎng)護(hù)

澆筑后的養(yǎng)護(hù)是影響混凝土密實(shí)性的一個(gè)重要因素。養(yǎng)護(hù)條件的不同也會(huì)使得水泥的水化反應(yīng)結(jié)果不用，水化的程度對(duì)混凝土的密實(shí)性有重要影響，進(jìn)而影響混凝土抗碳化能力。養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足時(shí)，就會(huì)造成混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大，且大多相互連通，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起混凝土出現(xiàn)裂縫等缺陷，使水、空氣、侵蝕性化學(xué)物質(zhì)沿著粗大的毛細(xì)孔道或裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而加速混凝土的碳化和鋼筋腐蝕。一般來說，普通混凝土的蒸汽養(yǎng)護(hù)比一般自然養(yǎng)護(hù)的碳化速度高1.5倍。因此，在混凝土澆筑后的初期一定要做好養(yǎng)護(hù)工作，其目的就是保證混凝土在適宜的溫濕條件下進(jìn)行水化反應(yīng)，減少溫度和濕度會(huì)造成有害的冷縮和干縮。后期混凝土水分蒸發(fā)，而推遲或妨礙水泥的水化，因此后期養(yǎng)護(hù)主要就是給其內(nèi)部沒有完全水化的水泥創(chuàng)造繼續(xù)水化的條件。

（四）混凝土碳化深度測(cè)量

混凝土耐久性一直是工程界關(guān)心的問題，而混凝土碳化會(huì)使鋼筋表面的鈍化膜脫落導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)不同程度的銹蝕，最終導(dǎo)致工程安全隱患?；炷撂蓟富炷林械?span>Ca(OH)2與空氣中CO2或水中溶解的CO2或其它酸性物質(zhì)反應(yīng)變成CaCO3而失去堿性的過程?；貜椃z測(cè)混凝土強(qiáng)度是比較常用的方法，在回彈檢測(cè)過程中不可避免地需要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行碳化測(cè)量。測(cè)量碳化深度的原理是根據(jù)酚酞遇堿變紅、遇酸不變色。當(dāng)混凝土碳化后失去堿性，遇酚酞不變色，而內(nèi)部未碳化的混凝土呈堿性，遇酚酞變?yōu)榧t色?；炷恋奶蓟档臏y(cè)量是指混凝土表面至變紅色位置的垂直長(zhǎng)度，如何正確測(cè)量碳化深度是進(jìn)行回彈法檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提。

在工程實(shí)踐中，測(cè)量混凝土結(jié)構(gòu)的儀器是碳化深度測(cè)量?jī)x也叫“碳化尺”，為杠桿式刻度尺直讀式。該類測(cè)量?jī)x技術(shù)參數(shù)如下：

外形尺寸：96cm×44cm×14cm；

重量：150g；

量程：8mm；

分度值：0.25mm；

放大倍數(shù)：4。

現(xiàn)行回彈規(guī)范測(cè)定碳化深度的方法是：在有代表性的測(cè)區(qū)上進(jìn)行碳化深度值的測(cè)試，測(cè)試數(shù)量不少于測(cè)區(qū)數(shù)的30%。將濃度為1%～2%的酚酞酒精溶液，滴入測(cè)試前鑿好的直徑約15mm的孔洞。使用“碳化尺”測(cè)量碳化深度時(shí)，將儀器的底座平面貼緊孔洞口一側(cè)平整的混凝土表面上（當(dāng)孔洞周圍的混凝土表面不平整時(shí)，應(yīng)用砂輪磨平，以免造成測(cè)量誤差），挪動(dòng)儀器位置使觸片停留在孔洞壁被測(cè)深度處，觸片與指針繞銷軸旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)半徑比為1:4），指針在刻度尺上指示1刻度（讀數(shù)精確至0.25mm），即為碳化深度值。當(dāng)條件不利讀數(shù)表1測(cè)量重復(fù)性時(shí)，可按下按鈕鎖住觸針，將儀器移至他處讀數(shù)。測(cè)試出3個(gè)測(cè)點(diǎn)的碳化深度值，各測(cè)區(qū)碳化深度值的平均值作為此構(gòu)件的碳化深度值，若碳化深度值極差大于2.0mm，則應(yīng)在每個(gè)測(cè)區(qū)分別測(cè)量碳化深度值，精確至0.5mm。