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?；炷撂蓟髸セ炷翆︿摻畹谋Ｗo作用，嚴(yán)重時，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，對混凝土強度和堿性的影響也有所不同。一般來說，早強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硅酸鹽水泥碳化稍快。對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度，從而混凝土自身的密實性越高，二氧化碳的滲透能力隨強度的增加逐漸降低，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，其強度越高，混凝土的密實程度也越高，CO2擴散的阻力就越大，抗碳化能力也越強。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增長至0.8時，CO2在混凝土中的擴散能力將達到10倍，當(dāng)水灰比超過0.65時，其碳化速度將大大加快，水灰比在0.55以下時，碳化速度將受到一定的抑制，抗碳能力有所加強。龔洛書通過試驗給出水灰比對碳化速度影響系數(shù)的公式：

對于輕骨料混凝土：η=0.017＋2.06W/C

對于普通混凝土：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加入一定量的摻和料，可以改善混凝土的和易性和后期強度。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，強度增長變緩，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，可以改善級配，降低空隙率，提高混凝土的密實性，對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，礦物摻合料對混凝土碳化的影響要綜合這兩方面的因素，進行分析利弊。

（5）骨料品種及級配

混凝土中的骨料本身一般比較堅硬、密實的材料?？偟恼f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行。骨料品種和級配不同，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)致密堅硬，級配較好的骨料，若骨料的內(nèi)部缺陷增加時，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，提高密實性，對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，不密實的混凝土最容易碳化。但在相對濕度95%的潮濕空氣中或在水中的混凝土反而難以碳化，這是因為混凝土含水時透氣性小，碳化慢。在濕度相同時，風(fēng)速愈高、溫度愈高，混凝土碳化也愈快。另外，對室外淋雨環(huán)境，混凝土所處位置對碳化速度也有一定的影響。

（2）光照和溫度

物理學(xué)知識可以知道，離子運動速度加快，二氧化碳的擴散速度也會加快， 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。試驗研究表明，CO2濃度10%，相對濕度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，溫度高低的對混凝土碳化的影響因素到目前為止還沒有得出一個公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。

（三）施工與養(yǎng)護

（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影響混凝土的勻質(zhì)性和自身密實性，造成混凝土內(nèi)部存在空洞、麻面等現(xiàn)象，混凝土的整體強度就會降低，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降低。相反，合理的施工工藝，使得混凝土的強度更高， 整體密實性更好，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)的保護措施。施工振搗時要做到振搗均勻、不漏振、不過振。嚴(yán)格控制拆模時間，低溫情況下做好保溫和高溫條件下的降溫等。

（2）養(yǎng)護

澆筑后的養(yǎng)護是影響混凝土密實性的一個重要因素。養(yǎng)護條件的不同也會使得水泥的水化反應(yīng)結(jié)果不用，水化的程度對混凝土的密實性有重要影響，進而影響混凝土抗碳化能力。養(yǎng)護方法不當(dāng)、養(yǎng)護時間不足時，就會造成混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大，且大多相互連通，嚴(yán)重時會引起混凝土出現(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)護比一般自然養(yǎng)護的碳化速度高1.5倍。因此，在混凝土澆筑后的初期一定要做好養(yǎng)護工作，其目的就是保證混凝土在適宜的溫濕條件下進行水化反應(yīng)，減少溫度和濕度會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測混凝土強度是比較常用的方法，在回彈檢測過程中不可避免地需要對混凝土結(jié)構(gòu)進行碳化測量。測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量是指混凝土表面至變紅色位置的垂直長度，如何正確測量碳化深度是進行回彈法檢測混凝土結(jié)構(gòu)強度的前提。

在工程實踐中，測量混凝土結(jié)構(gòu)的儀器是碳化深度測量儀也叫“碳化尺”，為杠桿式刻度尺直讀式。該類測量儀技術(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)范測定碳化深度的方法是：在有代表性的測區(qū)上進行碳化深度值的測試，測試數(shù)量不少于測區(qū)數(shù)的30%。將濃度為1%～2%的酚酞酒精溶液，滴入測試前鑿好的直徑約15mm的孔洞。使用“碳化尺”測量碳化深度時，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，應(yīng)用砂輪磨平，以免造成測量誤差），挪動儀器位置使觸片停留在孔洞壁被測深度處，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測量重復(fù)性時，可按下按鈕鎖住觸針，將儀器移至他處讀數(shù)。測試出3個測點的碳化深度值，各測區(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)在每個測區(qū)分別測量碳化深度值，精確至0.5mm。