摘要：混凝土的碳化是引起鋼筋銹蝕影響混凝土耐久性的重要原因之一，為提高混凝土的耐久性，必須防止混凝土的碳化或降低碳化速度。本文論述了混凝土碳化的機理、危害及影響碳化的因素，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，為防止鋼筋銹蝕，提高混凝土的耐久性提供了重要依據。
關鍵詞：混凝土的碳化 耐久性 鋼筋銹蝕 抗滲 保護層
1 概述
在混凝土建筑工程中，混凝土必須是耐久性的（混凝土耐久性是指混凝土在所使用的環境中保持長期性能穩定的能力）。如耐久性能不足，就會造成結構物不同程度的損壞，一旦被損壞，所作修復工作投入的人力、物力往往是很大的；如耐久性能不足，甚至整個工程就會完全遭到破壞，給國家造成重大損失。因此提高混凝土的耐久性、對延長混凝土建筑物的使用年限，節約國家對建筑的投資，具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。
影響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，會引起鋼筋銹蝕，導致其體積膨脹，使混凝土保護層開裂，直至使混凝土剝落，嚴重的影響了混凝土建筑物的耐久性。因此必須采取相應措施，防止混凝土的碳化或降低碳化速度。
2 混凝土碳化機理
硬化的混凝土，由于水泥水化生成Ca(OH)2，故顯堿性，PH值>12，此時混凝土里的鋼筋表面生成一層穩定、致密、鈍化的保護膜，使鋼筋不生銹。當不密實的混凝土置于空氣中或Co2環境中時，由于Co2的侵入，混凝土中的Ca(OH)2與空氣中的Co2在一定濕度的范圍內發生化學反應，生成CaCO3等物質，其堿性逐漸降低，甚至消失，這種化學反應稱為混凝土的碳化。當環境處于50-70%的濕度時碳化速度最快。（另外凡是能與Ca(OH)2進行中和反應的一切酸性氣體，如SO2、SO3、H2S以至于HCI等，均能進行中和反應，使混凝土堿性降低，使其中鋼筋去鈍化，故混凝土碳化應更廣義的稱為“中性化”）。這個碳化過程是由表及里、由淺入深，逐漸向混凝土內部擴散。表層的混凝土碳化后，侵入的Co2將繼續沿著混凝土中的空隙通道向混凝土的深處擴展，直至到達混凝土里鋼筋的表面。碳化作用降低了混凝土的堿性，對鋼筋的保護膜起破壞作用，當混凝土的PH值<12時，鋼筋的保護膜就不穩定，當PH值<11.5時，鋼筋的鈍化膜就會遭到破壞，引起鋼筋銹蝕，導致其體積膨脹至約為基體的2-4倍，所產生的膨脹力將使混凝土保護層開裂。開裂的混凝土由于Co2不斷的侵入，碳化更加嚴重，鋼筋銹蝕更加厲害，直至使混凝土剝落，嚴重的影響了混凝土的耐久性。
3 混凝土碳化造成的危害
混凝土碳化引起鋼筋銹蝕使混凝土遭到嚴重破壞，據新出版的有關文獻記載：大量的調查結果表明，由于混凝土的碳化引起鋼筋銹蝕，使工程遭到了破壞或降低了使用年限。造成了很大的直接和間接的經濟損失。
如江蘇水科所許冠紹等1988年對40座內陸地區淡水閘的調查表明，因混凝土的碳化引起的鋼筋銹蝕導致62%的上部結構破壞，有的工程由于設計標準低，施工質量差，建成不久就出現病害，運行5-10年就不得不進行大修。
季詩政對北京河道上的40多年來先后修建的130余座涵閘作了老化和病害情況的調查，結果表明普查面積的40%須盡快維修，對這些涵閘威脅最大的破壞就是混凝土碳化引起的鋼筋腐蝕。
近年來南京水利科學研究院對渦河上運行了20多年的10余座水閘進行了調查和檢測，結果表明各水閘混凝土結構均存在較為嚴重的混凝土順筋脹裂、剝落的破損問題，混凝土碳化引起鋼筋銹蝕是破損的主要原因。水閘必須進行維修、加固改造。
華南地區18座海港碼頭中，因碳化而引起的工程破壞占89%。
滄州沿海地區20世紀60-70年代建造的中小型水庫、中小型橋梁中，也因碳化作用發生嚴重損傷破壞。
孫家瑛、吳初航等對上海地區范圍內建設10多年的立交橋和高架道路的初步觀察發現，混凝土構筑物在耐久性方面存在著不同程度的問題，由于混凝土保護層太薄，混凝土抗水、抗有害離子滲透及抗碳化性能差等，某些部位的混凝土開裂，鋼筋銹蝕，嚴重影響混凝土結構正常的使用壽命。
4 影響混凝土碳化的因素
影響混凝土碳化的因素是由于混凝土的抗滲能力不足和環境條件引起的，抗滲能力取決于混凝土所用的水泥品種、骨料、水灰比以及澆筑、振搗和養護質量等；環境條件包括溫度、濕度、和CO2的濃度等。環境條件是客觀存在的，幾乎無法改變。因此防止混凝土的碳化必須從提高混凝土的抗滲性著手，以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗滲能力，降低混凝土的滲透以及采取各種辦法，防止混凝土的碳化或降低混凝土的碳化速度。
5 預防混凝土碳化的措施
如何防止混凝土的碳化，下面介紹幾種方法。
5.1提高混凝土的抗滲性。由以上所知，混凝土的碳化與其抗滲性有直接關系。一般說來，混凝土的抗滲性能越好，則混凝土的碳化速度越慢。因此為防止混凝土的碳化，必須提高混凝土的抗滲性。其方法有：（1）降低水灰比。影響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漿的組織密實，透氣性小，既有較好的抗滲性，因而碳化速度慢。所以在拌制混凝土時，在滿足設計要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實度，提高混凝土的抗滲性。為此，可摻引氣型的高效減水劑，一方面使混凝土內部產生均勻、穩定、互不連通的微小氣泡，阻止了CO2的滲透，另一方面也大大減少了混凝土的用水量，增加了混凝土的密實度，提高了抗滲性；（2）選擇合適的材料。應選用顆粒細、水化熱低的水泥。因為越細，凝結越快，泌水越少，抗滲性能越好。水泥標號一般不低于425#；細骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質地堅硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂，含泥量<3%，并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑5–30mm為宜，最大粒徑不超過40 mm、含泥量<1%，要求組織細密、顆粒整齊、質地堅硬，另外級配要優良，以改善混凝土的和易性，增加密實度，提高抗滲性。（3）加強早期養護。如混凝土早期養護不好，水泥得不到正常水化，一是會降低混凝土的密實度，二是極易產生裂縫繼而影響抗滲性。據有關資料記載：水灰比0.6的礦渣水泥混凝土，濕養3d比濕養7d者碳化加快50%。所以一定要加強混凝土的早期濕潤養護，時間不得少于14d，以保證水泥正常水化，增加密實度，提高抗滲性。（4）防止裂縫。由于各種原因容易使混凝土產生裂縫。混凝土建筑物中常見的裂縫有：干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等。防止干縮裂縫、塑性裂縫、收縮裂縫、沉降裂縫采取的措施有：除以上提到的（1）–（3）項外，混凝土攪拌時間要適當，澆筑時下料不要太快，防止堆積，振搗要密實，但避免過振，一般振搗時間為每次10–15s，混凝土初凝前要抹平，終凝前要壓光，壓光后要及時用濕草簾苫蓋或噴涂養護劑認真養護。夏天氣溫高，要及時噴水養護，使其保持濕潤；防止溫度裂縫的措施有：施工時，首先要考慮礦渣水泥、粉煤灰水泥，對于大體積混凝土要用中熱或低熱水泥，同時在保證強度指標的情況下加入一定量的活性摻合料(如粉煤灰、礦渣微粉等)。在一定范圍內，活性摻合料對水泥的代用量越多，降低混凝土溫升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期強度，根據工程結構實際承載力和工期長等情況，和設計單位協商，用56d、90d的抗壓強度代替28d的抗壓強度做為設計強度。如充分利用混凝土的后期強度，可使每方混凝土少用水泥約50kg，則混凝土溫度可降低約5℃，可減少混凝土溫度裂縫。再就是在大體積混凝土里加入緩凝、引氣型的減水劑，以改善其和易性、流動性、粘聚性、保水性。通過分散和減水作用，可降低用水量，增加混凝土的密實度和強度，同時還降低水化熱，推遲溫峰出現的時間，因而減少溫度裂縫，亦提高混凝土抗滲性。
5.2要用生成Ca(OH)2多的水泥。由于水泥品種、摻合料品種及其摻量的不同，水泥水化時生成的堿性物質Ca(OH)2含量都有所不同，故對混凝土的碳化速度也有一定的影響，生成 Ca(OH)2多的水泥，其混凝土碳化速度慢。所以施工時要選擇生成Ca(OH)2多的水泥，以減慢混凝土的碳化速度。如：使用普通硅酸鹽水泥澆筑的混凝土要比使用早強硅酸鹽水泥澆筑的混凝土碳化速度稍快些。而使用加摻合料的水泥澆筑的混凝土則比使用普通硅酸鹽水泥澆筑的混凝土碳化速度要快些。因為熟料含量多、摻合料少的水泥，通常堿性較高，碳化速度慢。摻粉煤灰、煤矸石者一般比摻等量礦渣的水泥碳化快，高鋁水泥在水化過程中不生成氫氧化鈣，所以混凝土不顯堿性，易于碳化。各種水泥混凝土的碳化速度參見碳化速度比率R表。
5.3適當增加鋼筋混凝土保護層的厚度，以延緩二氧化碳等到達鋼筋表面的時間。
5.4表面涂刷防滲層。為防止滲透在混凝土結構表面涂刷抗滲性和耐久性好的有機防滲層材料，在一定程度上可以阻滯空氣的滲透而減慢混凝土的碳化。
5.5在混凝土里摻阻銹劑，這樣也可以防止由于混凝土的碳化而引起的鋼筋銹蝕。
6 結論
混凝土的碳化雖然能對混凝土的耐久性產生嚴重的不良影響，但只要科學施工，嚴格管理，采取各種措施，預防混凝土的碳化或減慢碳化速度是完全有可能做到的。
參考文獻
[1]王異、周兆桐. 混凝土手冊. 吉林科學技術出版社. 1985.10。
[2]葛燕、朱錫昶等. 混凝土中鋼筋的腐蝕與陰極保護. 化學工業出版社. 2007.8。
[3]黃大能、石人俊、盧璋等. 混凝土外加劑應用指南. 中國建筑工業出版社. 1989.9 。
[4]（英）A·M·內維爾. 混凝土的性能. 中國建筑工業出版社. 1983.12。
[5]金偉良、趙羽習. 混凝土結構耐久性設計與評估方法. 2006. 7。
[6]徐強、俞海勇.大型海工混凝土結構耐久性研究與實踐. 中國建筑工業出版社. 2008. 11。
[7]劉秉京. 混凝土結構耐久性設計. 人民交通出版社. 2007.1
[8]中國工程院士土木水利與建筑學部工程結構安全性與耐久性研究咨詢項目部. 混凝土結構耐久性設計與施工指南. 2004. 5。
[9]袁廣林、王來等．建筑工程事故診斷與分析． 中國建材工業出版社．2007．8。
關鍵詞：混凝土的碳化 耐久性 鋼筋銹蝕 抗滲 保護層
1 概述
在混凝土建筑工程中，混凝土必須是耐久性的（混凝土耐久性是指混凝土在所使用的環境中保持長期性能穩定的能力）。如耐久性能不足，就會造成結構物不同程度的損壞，一旦被損壞，所作修復工作投入的人力、物力往往是很大的；如耐久性能不足，甚至整個工程就會完全遭到破壞，給國家造成重大損失。因此提高混凝土的耐久性、對延長混凝土建筑物的使用年限，節約國家對建筑的投資，具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。
影響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，會引起鋼筋銹蝕，導致其體積膨脹，使混凝土保護層開裂，直至使混凝土剝落，嚴重的影響了混凝土建筑物的耐久性。因此必須采取相應措施，防止混凝土的碳化或降低碳化速度。
2 混凝土碳化機理
硬化的混凝土，由于水泥水化生成Ca(OH)2，故顯堿性，PH值>12，此時混凝土里的鋼筋表面生成一層穩定、致密、鈍化的保護膜，使鋼筋不生銹。當不密實的混凝土置于空氣中或Co2環境中時，由于Co2的侵入，混凝土中的Ca(OH)2與空氣中的Co2在一定濕度的范圍內發生化學反應，生成CaCO3等物質，其堿性逐漸降低，甚至消失，這種化學反應稱為混凝土的碳化。當環境處于50-70%的濕度時碳化速度最快。（另外凡是能與Ca(OH)2進行中和反應的一切酸性氣體，如SO2、SO3、H2S以至于HCI等，均能進行中和反應，使混凝土堿性降低，使其中鋼筋去鈍化，故混凝土碳化應更廣義的稱為“中性化”）。這個碳化過程是由表及里、由淺入深，逐漸向混凝土內部擴散。表層的混凝土碳化后，侵入的Co2將繼續沿著混凝土中的空隙通道向混凝土的深處擴展，直至到達混凝土里鋼筋的表面。碳化作用降低了混凝土的堿性，對鋼筋的保護膜起破壞作用，當混凝土的PH值<12時，鋼筋的保護膜就不穩定，當PH值<11.5時，鋼筋的鈍化膜就會遭到破壞，引起鋼筋銹蝕，導致其體積膨脹至約為基體的2-4倍，所產生的膨脹力將使混凝土保護層開裂。開裂的混凝土由于Co2不斷的侵入，碳化更加嚴重，鋼筋銹蝕更加厲害，直至使混凝土剝落，嚴重的影響了混凝土的耐久性。
3 混凝土碳化造成的危害
混凝土碳化引起鋼筋銹蝕使混凝土遭到嚴重破壞，據新出版的有關文獻記載：大量的調查結果表明，由于混凝土的碳化引起鋼筋銹蝕，使工程遭到了破壞或降低了使用年限。造成了很大的直接和間接的經濟損失。
如江蘇水科所許冠紹等1988年對40座內陸地區淡水閘的調查表明，因混凝土的碳化引起的鋼筋銹蝕導致62%的上部結構破壞，有的工程由于設計標準低，施工質量差，建成不久就出現病害，運行5-10年就不得不進行大修。
季詩政對北京河道上的40多年來先后修建的130余座涵閘作了老化和病害情況的調查，結果表明普查面積的40%須盡快維修，對這些涵閘威脅最大的破壞就是混凝土碳化引起的鋼筋腐蝕。
近年來南京水利科學研究院對渦河上運行了20多年的10余座水閘進行了調查和檢測，結果表明各水閘混凝土結構均存在較為嚴重的混凝土順筋脹裂、剝落的破損問題，混凝土碳化引起鋼筋銹蝕是破損的主要原因。水閘必須進行維修、加固改造。
華南地區18座海港碼頭中，因碳化而引起的工程破壞占89%。
滄州沿海地區20世紀60-70年代建造的中小型水庫、中小型橋梁中，也因碳化作用發生嚴重損傷破壞。
孫家瑛、吳初航等對上海地區范圍內建設10多年的立交橋和高架道路的初步觀察發現，混凝土構筑物在耐久性方面存在著不同程度的問題，由于混凝土保護層太薄，混凝土抗水、抗有害離子滲透及抗碳化性能差等，某些部位的混凝土開裂，鋼筋銹蝕，嚴重影響混凝土結構正常的使用壽命。
4 影響混凝土碳化的因素
影響混凝土碳化的因素是由于混凝土的抗滲能力不足和環境條件引起的，抗滲能力取決于混凝土所用的水泥品種、骨料、水灰比以及澆筑、振搗和養護質量等；環境條件包括溫度、濕度、和CO2的濃度等。環境條件是客觀存在的，幾乎無法改變。因此防止混凝土的碳化必須從提高混凝土的抗滲性著手，以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗滲能力，降低混凝土的滲透以及采取各種辦法，防止混凝土的碳化或降低混凝土的碳化速度。
5 預防混凝土碳化的措施
如何防止混凝土的碳化，下面介紹幾種方法。
5.1提高混凝土的抗滲性。由以上所知，混凝土的碳化與其抗滲性有直接關系。一般說來，混凝土的抗滲性能越好，則混凝土的碳化速度越慢。因此為防止混凝土的碳化，必須提高混凝土的抗滲性。其方法有：（1）降低水灰比。影響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漿的組織密實，透氣性小，既有較好的抗滲性，因而碳化速度慢。所以在拌制混凝土時，在滿足設計要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實度，提高混凝土的抗滲性。為此，可摻引氣型的高效減水劑，一方面使混凝土內部產生均勻、穩定、互不連通的微小氣泡，阻止了CO2的滲透，另一方面也大大減少了混凝土的用水量，增加了混凝土的密實度，提高了抗滲性；（2）選擇合適的材料。應選用顆粒細、水化熱低的水泥。因為越細，凝結越快，泌水越少，抗滲性能越好。水泥標號一般不低于425#；細骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質地堅硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂，含泥量<3%，并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑5–30mm為宜，最大粒徑不超過40 mm、含泥量<1%，要求組織細密、顆粒整齊、質地堅硬，另外級配要優良，以改善混凝土的和易性，增加密實度，提高抗滲性。（3）加強早期養護。如混凝土早期養護不好，水泥得不到正常水化，一是會降低混凝土的密實度，二是極易產生裂縫繼而影響抗滲性。據有關資料記載：水灰比0.6的礦渣水泥混凝土，濕養3d比濕養7d者碳化加快50%。所以一定要加強混凝土的早期濕潤養護，時間不得少于14d，以保證水泥正常水化，增加密實度，提高抗滲性。（4）防止裂縫。由于各種原因容易使混凝土產生裂縫。混凝土建筑物中常見的裂縫有：干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等。防止干縮裂縫、塑性裂縫、收縮裂縫、沉降裂縫采取的措施有：除以上提到的（1）–（3）項外，混凝土攪拌時間要適當，澆筑時下料不要太快，防止堆積，振搗要密實，但避免過振，一般振搗時間為每次10–15s，混凝土初凝前要抹平，終凝前要壓光，壓光后要及時用濕草簾苫蓋或噴涂養護劑認真養護。夏天氣溫高，要及時噴水養護，使其保持濕潤；防止溫度裂縫的措施有：施工時，首先要考慮礦渣水泥、粉煤灰水泥，對于大體積混凝土要用中熱或低熱水泥，同時在保證強度指標的情況下加入一定量的活性摻合料(如粉煤灰、礦渣微粉等)。在一定范圍內，活性摻合料對水泥的代用量越多，降低混凝土溫升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期強度，根據工程結構實際承載力和工期長等情況，和設計單位協商，用56d、90d的抗壓強度代替28d的抗壓強度做為設計強度。如充分利用混凝土的后期強度，可使每方混凝土少用水泥約50kg，則混凝土溫度可降低約5℃，可減少混凝土溫度裂縫。再就是在大體積混凝土里加入緩凝、引氣型的減水劑，以改善其和易性、流動性、粘聚性、保水性。通過分散和減水作用，可降低用水量，增加混凝土的密實度和強度，同時還降低水化熱，推遲溫峰出現的時間，因而減少溫度裂縫，亦提高混凝土抗滲性。
5.2要用生成Ca(OH)2多的水泥。由于水泥品種、摻合料品種及其摻量的不同，水泥水化時生成的堿性物質Ca(OH)2含量都有所不同，故對混凝土的碳化速度也有一定的影響，生成 Ca(OH)2多的水泥，其混凝土碳化速度慢。所以施工時要選擇生成Ca(OH)2多的水泥，以減慢混凝土的碳化速度。如：使用普通硅酸鹽水泥澆筑的混凝土要比使用早強硅酸鹽水泥澆筑的混凝土碳化速度稍快些。而使用加摻合料的水泥澆筑的混凝土則比使用普通硅酸鹽水泥澆筑的混凝土碳化速度要快些。因為熟料含量多、摻合料少的水泥，通常堿性較高，碳化速度慢。摻粉煤灰、煤矸石者一般比摻等量礦渣的水泥碳化快，高鋁水泥在水化過程中不生成氫氧化鈣，所以混凝土不顯堿性，易于碳化。各種水泥混凝土的碳化速度參見碳化速度比率R表。
5.3適當增加鋼筋混凝土保護層的厚度，以延緩二氧化碳等到達鋼筋表面的時間。
5.4表面涂刷防滲層。為防止滲透在混凝土結構表面涂刷抗滲性和耐久性好的有機防滲層材料，在一定程度上可以阻滯空氣的滲透而減慢混凝土的碳化。
5.5在混凝土里摻阻銹劑，這樣也可以防止由于混凝土的碳化而引起的鋼筋銹蝕。
6 結論
混凝土的碳化雖然能對混凝土的耐久性產生嚴重的不良影響，但只要科學施工，嚴格管理，采取各種措施，預防混凝土的碳化或減慢碳化速度是完全有可能做到的。
參考文獻
[1]王異、周兆桐. 混凝土手冊. 吉林科學技術出版社. 1985.10。
[2]葛燕、朱錫昶等. 混凝土中鋼筋的腐蝕與陰極保護. 化學工業出版社. 2007.8。
[3]黃大能、石人俊、盧璋等. 混凝土外加劑應用指南. 中國建筑工業出版社. 1989.9 。
[4]（英）A·M·內維爾. 混凝土的性能. 中國建筑工業出版社. 1983.12。
[5]金偉良、趙羽習. 混凝土結構耐久性設計與評估方法. 2006. 7。
[6]徐強、俞海勇.大型海工混凝土結構耐久性研究與實踐. 中國建筑工業出版社. 2008. 11。
[7]劉秉京. 混凝土結構耐久性設計. 人民交通出版社. 2007.1
[8]中國工程院士土木水利與建筑學部工程結構安全性與耐久性研究咨詢項目部. 混凝土結構耐久性設計與施工指南. 2004. 5。
[9]袁廣林、王來等．建筑工程事故診斷與分析． 中國建材工業出版社．2007．8。
