碳化是混凝土中性化最常見的一種形式，在某些條件下，混凝土的碳化會增加其密實性，提高混凝土的強度，但隨著碳化深度的增加，會加速鋼筋的銹蝕，降低混凝土的耐久性。

1混凝土碳化原理

拌和混凝土時，硅酸鹽水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成為飽和堿性溶液外，大部分以結晶狀態存在，成為孔隙液保持高堿性的儲備，它的pH值為12.5～13.5。空氣中的二氧化碳氣體不斷地透過混凝土中未完全充水的粗毛細孔道，氣相擴散到混凝土中部分充水的毛細孔中，與其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2進行中和反應。反應產物為CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉積于毛細孔中。該反應式為：

Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O

反應后，毛細孔周圍水泥石中的羥鈣石補充溶解為Ca2+和OH-，反向擴散到孔隙液中，與繼續擴散進來的二氧化碳反應，一直到孔隙液的pH值降為8.5～9.0時，這層混凝土的毛細孔中才不再進行這種中和反應，即所謂“已碳化”。確切地說，碳化應稱為碳酸鹽化。

2影響混凝土碳化的因素

2.1內部因素

2.1.1材料

（1）水泥品種和用量

不同的水泥，其礦物組成、混合材量、生料化學成分不同，其抗碳化能力也會有所差異。水泥中CaO的含量高，混凝土中的氫氧化鈣就高，其吸收二氧化碳的能力就越大，也就需要更多的二氧化碳來中和混凝土的堿性，因此其抗碳化能力就越強。如礦渣水泥、普通硅酸鹽水泥、早強水泥，這三種水泥的CaO含量依次增加，相應混凝土的抗碳化能力就依次增強[1]。

水泥用量直接影響混凝土吸收二氧化碳的量，增加水泥用量一方面可以改變混凝土的和易性，提高混凝土的密實性；另一方面可以增加混凝土的堿性儲備。因此，水泥用量越大，混凝土強度越高，其碳化速度就越慢。

（2）集料品種和級配

集料的品種和級配不同，其內部孔隙結構差別很大，直接影響混凝土的密實性。輕集料混凝土與普通混凝土相比，由于集料的孔隙多，對二氧化碳和水分的滲透性大，碳化進行也比普通混凝土快。同樣都是普通混凝土，材質致密堅實，級配較好的集料的混凝土，其碳化的速度較慢。

（3）摻合料的品種

①粉煤灰和礦粉

不同摻合料對混凝土抗碳化能力的影響是不一樣的，優質的粉煤灰或礦粉，顆粒組成更細，它的微集料填充效果更好，可以充分改善水泥石中的孔隙結構，增強混凝土的抗滲性，阻止酸性氣體的侵入，因而抗碳化能力較高。

②外加劑

不同品種的外加劑對混凝土的抗碳化能力有不同的作用。一般情況下，混凝土外加劑都兼有減水和引氣的作用，減水作用降低了水灰比，增加了混凝土的抗碳化能力；引氣作用會增加混凝土的孔隙含量，加劇了二氧化碳氣體向混凝土內部的擴散，導致碳化速度加快。因此，引氣含量要嚴格控制在標準范圍以內。

2.1.2水灰比

水灰比越小，水用于水化反應的比例高，蒸發排出混凝土的水分少，因而混凝土中遺留的微空隙量小，混凝土比較密實，二氧化碳向混凝土內擴散受到的阻力增加，延緩了混凝土的碳化速度，混凝土的抗碳化能力較高。水灰比控制著混凝土的滲透性。在水泥用量一定的條件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密實度降低，滲透性增大，碳化速度加快。

2.1.3施工質量

密實的混凝土表層孔隙很小，易從潮濕的空氣中吸取水分而充滿水，所以不易碳化；不密實的混凝土表層空隙內無水，二氧化碳可以擴散到毛細孔內進行碳化。混凝土澆筑時不規范，振搗不密實，造成混凝土強度低，蜂窩、麻面、空洞多，為大氣中的二氧化碳和水分的滲入創造了有利條件，加速了混凝土的碳化。

2.1.4養護質量

在混凝土的水化、凝結、硬化過程中，混凝土的外部濕度和內外溫度對混凝土的成型后質量的優劣起著重要作用。加強混凝土的養護，保證混凝土在澆筑后的一定時間內保持適當的溫濕度，盡可能減少由于混凝土硬化和收縮引起的裂縫或其它病害，使混凝土滿足設計強度要求和耐久性指標等。養護好的混凝土具有強度高、密實性好、抗侵蝕能力強，能阻止空氣中二氧化碳和水分侵入其內，延緩碳化速度；反之，如果養護方法不當或養護時間不足，會造成混凝土內部毛細孔道粗大且相互連通，嚴重時出現裂縫，使水、空氣、侵蝕性物質沿著毛細孔道或裂縫進入混凝土內部，從而加速了混凝土的碳化。

2.2外部因素

2.2.1光照和溫度

碳化作為一種化學反應過程與一般的化學反應有相似之處，溫度升高將加速二氧化碳氣體向混凝土中的擴散，提高反應速度，加速碳化。因此陽面混凝土受陽光的直接照射會加速混凝土的碳化。

2.2.2相對濕度和二氧化碳濃度

二氧化碳氣體和水結合形成碳酸是混凝土碳化的一個前提條件。因此，相對濕度30％以下非常干燥的環境下，碳化進行的非常緩慢[2]。在空氣相對濕度60％～80％的時候，不密實的混凝土最容易碳化。二氧化碳濃度的增大也會加劇混凝土結構的碳化，對混凝土結構的耐久性帶來更為不利的影響。

3混凝土碳化的危害與作用

混凝土的碳化作用分為有利和有害兩個方面。形成的CaCO3可減少孔隙率，阻斷孔道之間連通，并且使強度有所增加，這是有利的一面。碳化的不利影響主要是降低孔隙液中的pH值，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護作用，導致混凝土中鋼筋銹蝕。同時，混凝土碳化還會加劇混凝土的收縮，從而產生裂縫，導致結構的破壞，造成耐久性嚴重下降，縮短工程壽命。

4防止混凝土碳化的措施

4.1控制水灰比

水灰比的大小不僅影響混凝土的強度和密實性，而且也影響著混凝土的抗滲性、抗凍性、抗蝕性和抗碳化性能。水灰比小的混凝土水泥漿的組織密實，透氣性小，即有較好的抗滲性，因而碳化速度慢。所以在拌制用水量，增加密實度，提高混凝土的抗滲性。

4.2采用活性摻合料和減水劑

摻加優質的摻合料，不僅可以節約水泥，改善和易性，并且反應生成的水化硅酸鈣凝膠體封堵毛細孔，從而提高對鋼筋的防護性能；另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，阻止了二氧化碳的滲透，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。

4.3加強養護

施工質量與養護對混凝土的耐久性的影響超過其他因素。僅憑試驗室確定的配合比和預期性能，不能代表現場構筑物的真實情況。從大量混凝土工程出現的碳化看，多出現在施工質量與養護上，因此，嚴格標準要求，嚴格操作規程、嚴格控制施工質量，是十分必要的。

5工程實例

蘇商大廈工程混凝土強度等級為C60，因拆模較晚，后來在工程驗收期間，檢測混凝土的碳化深度基本都為0.5mm，有的甚至為0mm。延遲拆模時間，一定程度上保護了二氧化碳的入侵，減慢了混凝土的碳化速度。

6結語

混凝土是不斷發展的動態過程，要建筑物長壽命不完全是技術問題。降低水灰比，加強施工質量與養護，使混凝土達到最佳的密實度是防碳化的關鍵措施。