1、碳化機理

在硅酸鹽水泥中，碳化鈣屬于最基礎也是關鍵的成分，對混凝土進行拌和時，混凝土會因為水化反應而產(chǎn)生氫氧化鈣，氫氧化鈣在水中幾乎無法溶解，除了會有極小的一部分在孔隙液里呈堿性溶液外，大部分還是以結(jié)晶形式保留下來，最終成為孔隙液保持高堿性的一個條件，其pH值為12.5～13.5。在空氣里的二氧化碳不斷的透入進混凝土中尚未完全充水的毛細孔道里，進而使氣相逐漸的擴散至內(nèi)部已經(jīng)完成充水的毛細孔道中，并與其中蘊含的氫氧化鈣進行中和反應，產(chǎn)生碳化鈣和水，因為碳化鈣很難發(fā)生溶解，所以大多會以原狀態(tài)的形式積沉在毛細孔中。

上述反應的化學方程式是：Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O，當上述反應完成之后，處在毛細孔附近的水泥石會通過其中蘊含的羥鈣石補充溶解，變成正二價的鈣離子及負一價的氫氧離子，然后反向的擴散至孔隙液里，和再次擴散來的氣體（二氧化碳幾乎占據(jù)全部）進行反應，直到孔隙液的pH值穩(wěn)定在8.5～9.0后才會終止，這種中和反應就是人們經(jīng)常提及的“已碳化”。準確地講，碳化應當被稱作碳酸鹽化。

不僅如此，只要是能夠與氫氧化鈣進行中和反應的偏酸性的氣體，如二氧化硫與三氧化硫以及硫化氫甚至還包括有氯化氫等氣體，在理論層面上均能夠發(fā)生上述中和反應，從而使混凝土堿度在一定程度上降低，所以也可以把混凝土碳化的推廣叫做“中性化”。一旦混凝土表層出現(xiàn)了碳化現(xiàn)象，在空氣里的二氧化碳就會再次通過未完全充水的孔道向著更深的層次做氣相擴散，導致碳化反應在極深處也會出現(xiàn)。在經(jīng)過試驗之后得到了碳化深度的修正系數(shù)，詳情見表1。

回彈強度：每一處彈16點，將其中最高以及最小的三個數(shù)剔除，對剩余數(shù)值取平均值，同時按照相對應的數(shù)值來做換算。

2、出現(xiàn)碳化的原因

混凝土里，外加劑、水泥與水還有粗細骨料等都是其中最常見的成分，拌和水泥的過程中，水泥中氧化鈣是最主要的成分，其在發(fā)生了水化反應之后就會形成氫氧化鈣，而氫氧化鈣與空氣里的二氧化碳相遇之后也同樣會進行化學反應，進而形成中性的碳酸鹽-碳酸鈣，這一個過程就是所謂的混凝土碳化，假如混凝土沒有出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，其必然會展現(xiàn)出堿性性質(zhì)，想要讓混凝土中的鋼筋長期保持鈍化狀態(tài)，就需要使堿度pH值維持在最低（臨界）的11.5，假如混凝土出現(xiàn)碳化反應，其pH值便會處于8.5～9.5?；炷烈驗樘蓟瘯档妥陨淼膲A度，隨著孔溶液里氫離子含量的增加，混凝土對鋼筋具有的保護效果也會隨之大幅下降，假如碳化率大于了混凝土保護層的面積，在空氣及水并存的環(huán)境下，鋼筋逐漸氧化生銹，鋼筋受到侵蝕后體積會比之前膨脹2～4倍，從而讓混凝土產(chǎn)生膨脹應力效應。隨著銹蝕情況不斷加重，鐵銹便會愈積愈多，膨脹力也會隨之變大，慢慢的讓混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象進而產(chǎn)生順筋裂縫。水及二氧化碳會通過裂縫滲入到混凝土中，再次加快混凝土碳化與鋼筋銹蝕的速度，最終形成一個惡性循環(huán)。

1、環(huán)境因素

混凝土碳化是一個液相反應過程，假如混凝土長時間處在低于25%相對濕度的空氣環(huán)境里，很難發(fā)生碳化；而處于空氣濕度為50%～75%空氣環(huán)境中的混凝土，由于結(jié)構(gòu)不夠密實所以很容易發(fā)生碳化，假如混凝土長期處于相對濕度在95%甚至是以上的環(huán)境中反而不容易發(fā)生碳化，出現(xiàn)這種情況的原因主要是由于混凝土內(nèi)部含有大量水分時，往往具有較弱的透氣性，因此使得碳化的速度減慢，而在同等濕度下，風速越高，溫度便會隨之升高，進而混凝土碳化速度也會加快。假如空氣里二氧化碳濃度越高混凝土碳化的速度也會越快。

2、原材料的種類

常狀況下，強硅酸鹽型水泥的碳化速度要慢于普通的硅酸鹽水泥，而且在有些水泥當中還會摻加一些混合材料進一步加快了碳化速度，隨著混合材料比重的增加，碳化的速度也會愈來愈快。通過添加高質(zhì)量的減水劑及加氣劑，能夠極大地優(yōu)化混凝土具有的和易性，從而讓水灰比慢慢減小，進而制作成密實型混凝土，最大程度的減緩碳化速率。除此之外，因為加氣減水劑具有較強的抗凍性，如果將其摻入到混凝土中，便可以讓材料的建筑耐久性得到最大程度的提升。

3、水灰配比

凝土碳化的速度和自身透氣性之間存在著直接的聯(lián)系，通常情況下混凝土透氣性愈小，碳化的速率就會越慢。水灰比較小，混凝土的水泥漿中的氣密性就會變小，組織變得相對密實，進而降低透氣性，使碳化速度得到一定的減緩。除此之外，單位體積內(nèi)水泥使用量的大小也會影響混凝土的碳化速率，用量大則碳化慢，反之碳化會較快。

4、骨料的種類

凝土中骨料的硬度相對較高，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也比較密實，水泥漿不同于天然砂及礫石等，礫石和天然砂的透氣性比較小，因此混凝土碳化大部分情況下是借助水泥漿體形成。但是，輕混凝土的骨料具有大量氣泡，因此通氣性比較強，一般情況下，普通的混凝土在碳化速率上要慢于輕混凝土，向輕混凝土里加入一些加氣及減水劑，能夠有效減緩碳化速度。

5、外加劑的種類

在市面上外加劑的種類多樣，質(zhì)量也是參差不齊，在澆筑鋼筋混凝土的時候切記不能購買含有氯化物和堿性的外加劑，因為氯化物和堿性都能加速鋼筋的銹蝕，會給結(jié)構(gòu)帶來所謂的“癌癥”。

6、澆筑和養(yǎng)護的質(zhì)量

混凝土澆筑過程中，應及時清理混凝土表面的泌水。在大體積混凝土澆筑過程中，由于混凝土表面普遍存在泌水現(xiàn)象，為保證混凝土的澆筑質(zhì)量，要及時清除混凝土表面的泌水。因為泵送混凝土的水灰比一般比較大，泌水現(xiàn)象也比較嚴重。在每次澆筑完畢后，應及時進行保溫養(yǎng)護，一些現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫大多在“早期裂縫活動期”。特別是施工條件多變，回填不及時，養(yǎng)護較差等情況下，更容易出現(xiàn)“早期裂縫”。如果化學物質(zhì)侵蝕到混凝土內(nèi)部，裂縫會加速混凝土的碳化和鋼筋的侵蝕。

1、水泥因素

目前我國的水泥品種較多，不同水泥中所含的硅酸鈣、鋁酸鈣鹽基離子性高低不同，使得水泥在水化反應中產(chǎn)生的氫氧化鈣Ca（OH）2濃度不同，這是影響混凝土碳化深度的一個最重要因素。

2、周圍介質(zhì)中CO2濃度及干燥程度

構(gòu)物周圍介質(zhì)中CO2濃度較大且空氣潮濕時，CO2易與空氣中水分子發(fā)生化學反應生成極不穩(wěn)定的碳酸，碳酸和氫氧化鈣Ca（OH）2發(fā)生化學反應生成碳酸鈣和水，導致混凝土發(fā)生碳化現(xiàn)象。當混凝土表面發(fā)生碳化反應后，由于分子的運動致使碳化反應逐步滲入混凝土內(nèi)部，使混凝土的碳化深度不斷加重。

3、周圍環(huán)境pH值

滲透水在經(jīng)過混凝土且水中含有SO42-、NO3-等酸性離子時，酸性離子也會和Ca（OH）2發(fā)生化學反應生成更難溶于水的CaSO4、Ca（NO3）2等物質(zhì)。相反環(huán)境中存在的大量Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2等物質(zhì)也可以在混凝土表面形成一種碳化保護層，減緩混凝土碳化反應。

4、其他因素

）混凝土結(jié)構(gòu)物所處的外界環(huán)境。
2）混凝土自身的滲透系數(shù)、滲水量。
3）施工過程中對混凝土的振搗工序。
4）混凝土結(jié)構(gòu)物尺寸。
5）混凝土的養(yǎng)護方式方法。
以上因素均會對混凝土的碳化有一定影響。

1、挑選合適的水泥種類

在不同環(huán)境中要選擇合適的水泥，如在一些嚴寒地區(qū)或者是存在干濕交替與水位變化的環(huán)境中，可以選擇抗硫酸鹽的一般水泥，控制摻入的粉煤灰及礦渣水泥等，在普通的水泥之中摻加粉煤灰，還可以在保持水泥使用量的前提下，外摻一些粉煤灰來替代一部分的砂子，從而在一定程度上提升混凝土抗碳化的能力。

2、選擇合適的材料配比

對骨料性質(zhì)進行分析之后，發(fā)現(xiàn)通過抗酸性的骨料和水能夠在一定程度上延緩混凝土碳化的速度，在一些江砂使用量較大的地區(qū)，更應當挑選一個合適的配合比，從而做到對水灰比有效的控制。采用科學化攪拌、運輸以及及時養(yǎng)護方式，能夠避免摻流水量與其他物質(zhì)的侵蝕，從而保證混凝土自身具有較好的密實性。

3、對已碳化部分涂抹環(huán)氧基液并設置保護層

了防止已發(fā)生碳化的混凝土構(gòu)件受到進一步侵蝕，必須要對這些構(gòu)件進行適當保護，如在表面涂抹一些溶化的瀝青等；部分混凝土構(gòu)件碳化深度可能比較大，可以鑿除其中松散的部分，將有害的物質(zhì)盡可能洗凈，通過環(huán)氧砂漿及細石混凝土做科學的填補，完成填補工作之后再涂抹一些環(huán)氧基液，防止碳化問題進一步加劇。

4、外加劑種類的正確選擇

用外加劑時，外加劑的種類除了應根據(jù)工程設計和施工條件、施工工藝選擇，還要考慮外加劑的含量是否會導致混凝土碳化嚴重，造成裂縫。通過采用工程實際使用的原材料，經(jīng)過試驗驗證，應滿足混凝土工作性能、力學性能、長期性能、耐久性能、安全性及節(jié)能環(huán)保等設計和施工要求。初步選好要使用的外加劑后，還要進行水泥與外加劑適用性試驗，甚至還應進行不同供方、不同品種的外加劑共同使用時的相溶性或發(fā)生化學反映的驗證，減少混凝土結(jié)構(gòu)因碳化導致的裂縫。

混凝土的碳化是一個漫長的過程，想要取得一個較為準確的強度值，需要在28d之后還沒有發(fā)生碳化或者是碳化程度極小時進行檢測。回彈法是當前我國使用最為廣泛也是最為簡便的一個推定方案，但是極易受到碳化深度的影響，為了解決此問題，可以將碳化深度作為一個新的參數(shù)使用，將其作為一個反比系數(shù)，從而提升回彈法檢測的精準度、測量數(shù)值的準確性。

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