付 宏

（山西誠達公路勘察設(shè)計有限公司，山西 太原 030006）

0 引 言

在混凝土耐久性分析中會提及碳化、凍害、堿-集料反應(yīng)和鹽害等，其中碳化現(xiàn)象影響較大?；炷恋奶蓟傅氖腔炷猎谑芸諝庵卸趸?CO2)的作用下其成分、組織、性能發(fā)生改變,使得混凝土機能下降的現(xiàn)象。碳化會影響混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性,減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的使用壽命。文獻[1]中提到,在19世紀中葉,大氣中二氧化碳的平均濃度為280×10-6，w（CO2）=0.028%；到2003年已達到了350×10-6，w（CO2）＝0.035%；預(yù)計到2100年有可能會上升到540×10-6。1992年觀測表明，空氣中二氧化碳濃度，室外環(huán)境為300×10-6，室內(nèi)環(huán)境為1 000×10-6。此外，工廠排泄的廢渣、廢液等有害排放物也使河流、地下水中的CO2、SO2的濃度有所增加，混凝土的碳化現(xiàn)象應(yīng)引起足夠的重視。

通過對相關(guān)文獻的總結(jié)歸納，本文重點闡述了混凝土碳化因素中，不同水泥品種、水泥細度對碳化深度、C/S和結(jié)晶度、不同堿濃度條件的影響。

1 水泥品種對混凝土碳化性能的影響

混凝土材料參數(shù)中水泥的化學成分變化會對混凝土碳化、干濕循環(huán)破壞、氯離子侵蝕等耐久性指標產(chǎn)生影響[2]。朱琪等人研究表明[3]，水泥品種對混凝土碳化性能有很大影響，單位體積混凝土中可碳化物質(zhì)含量是影響碳化速度主要因素之一。楊靜[4]采用快速碳化方法研究了水泥品種對混凝土碳化性能的影響，指出試驗中的三種水泥碳化速度依次為：礦渣水泥>普通硅酸鹽水泥>早強水泥。文獻[5]認為由于水泥品種的不同氯離子擴散速度會有所區(qū)別，文中指出高于C3A含量水泥中氯離子擴散速度較快。文獻[6]中比較了復(fù)合水泥基混凝土和普通硅酸鹽水泥混凝土的耐久性性能，復(fù)合水泥基混凝土在強度上與普通硅酸鹽混凝土較為接近，但復(fù)合水泥基混凝土的抗氯離子滲透性能明顯優(yōu)于普通硅酸鹽水泥基混凝土。趙暉等[7]人通過試驗比較了水泥品種在濕循環(huán)條件下的破壞影響，指出膠凝材料用量、水膠比及混凝土拌合物的坍落度均相同時，外加劑摻量大小依次為：純硅酸鹽水泥>普硅水泥>礦渣水泥>粉煤灰水泥，混凝土強度（7d）方面：純硅酸鹽水泥>普硅水泥>礦渣水泥>粉煤灰水泥。混凝土水泥品種不同時，抗氯離子滲透性能方面依次為礦渣水泥>普硅水泥>粉煤灰水泥>純硅酸鹽水泥。

2 水泥細度對混凝土碳化性能的影響

水泥的細度指水泥顆粒總體上的粗細程度，它不僅對水泥的凝結(jié)時間、標準稠度用水量、膠砂強度、水化熱等物理力學性能有影響，對混凝土的強度、收縮抗裂性能及耐久性等也有著重要影響，是水泥性能重要指標之一。谷昌宇等人[6]采用不同水泥細度制備同一強度的混凝土，在保持用水量不變的前提下，調(diào)整外加劑用量來改變混凝土的工作性能。試驗結(jié)果表明，隨著碳化齡期的增加，高細度水泥制備的混凝土，越發(fā)呈現(xiàn)出碳化深度逐漸增加的趨勢。在相同碳化齡期和相同強度等級的條件下，隨著水泥細度的提高，混凝土碳化深度逐漸減小；一定的條件下，水泥細度的越高越有利于混凝土抗碳化性能。

3 C/S和結(jié)晶度對水化硅酸鈣(C-S-H)的碳化影響

C/S不同會導(dǎo)致C-S-H的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進而產(chǎn)生不同的碳化形式。堿度較低環(huán)境下產(chǎn)生的水化物具有較高的比面積及薄片狀結(jié)構(gòu),硅酸鈣水化物在堿度不同時碳化產(chǎn)物的性質(zhì)不同。郭斌等[8]認為由于碳化過程是漸變的連續(xù)過程,在某一齡期階段,C-S-H分別處于碳化、正在碳化及尚未碳化三種情況下，整個體系的組成不均勻,是高C/S比至低C/S比，甚至C/S比至零（只有S-H時）的連續(xù)變化過程。試驗表明，水化硅酸鈣碳化過程中C-S-H的平均C/S比近似直線地下降。

水化硅酸鈣的結(jié)晶度與碳化速度也有一定的影響。水化產(chǎn)物結(jié)晶度愈差則比表面積愈大，碳化現(xiàn)象就越加嚴重。文獻[9]中通過試驗得出C-S-H凝膠的比表面積為78.77 m2/g，結(jié)晶好的托貝莫來石為14.3 m2/g，完全碳化所需的時間,前者只需4 h，而后者則為1 152 h。

4 堿濃度對混凝土碳化的影響

混凝土完全碳化前孔隙內(nèi)部溶液的各種離子濃度基本保持不變,混凝土pH值主要取決于OH--濃度，濃度高則pH值大。特定溫度下Ca(OH)2的溶度積Ksp,為一常數(shù)，由電平衡原理可知Na+、K+與OH-在數(shù)量上保持著一定的關(guān)系，Na+、K+濃度增高亦表現(xiàn)為pH值增高，孔隙水中Ca2+會與空氣中的CO2反應(yīng)生成Ca?CO3，進一步促使了Ca(OH)2晶體的溶解速度加快，混凝土堿含量越高，碳化反應(yīng)越快，Na+、K+的存在，會提高Ca(OH)2的溶解度。[10]文獻[11]通過試驗得出用不同濃度的NaOH溶液來調(diào)節(jié)堿含量，用FTIR法觀測C-S-H的碳化情況。試驗結(jié)果表明，由于NaOH的加入引起C-S-H的改性，分析其原因可能與形成了硅酸鈉凝膠或提高了硅酸鹽的聚合度有關(guān)。孔隙溶液中的堿含量影響了碳化的速度和深度，加速了碳化的發(fā)展。

5 結(jié)束語

混凝土的碳化是混凝土耐久性重要指標之一，不同品種水泥中，礦渣水泥碳化速度較快；一定的條件下，水泥細度越高混凝土抗碳化性能越好；水化硅酸鈣碳化過程中C-S-H的平均C/S比近似直線地下降。水化產(chǎn)物結(jié)晶度愈差則比表面積愈大，碳化現(xiàn)象就越加嚴重；混凝土孔隙溶液中的堿含量越高碳化發(fā)展越嚴重。

[1] 張超.溫室效應(yīng)對環(huán)境的影響[J]上海環(huán)境科學.1990（1）：19-29.

[2]HAYAT K，TAGNIT-HAMOU A，PETROV N.Performance of concrete wharves constructed between 1901 and 1928 at the Port of Montreal[J].Cement and Concrete Research，2005（12）：226-232.

[3] 朱琪，黃慎江.混凝土材性對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響分析[J].工程與建設(shè)，2007（1）：91-93.

[4] 楊靜.混凝土的碳化機理及其影響因素[J].混凝土，1995（6）：23-28.

[5] 王紹東，黃煜鑌，王智.水泥組分對混凝土固化氯離子能力的影響[J].硅酸鹽學報，2000（4）：570-574.

[6] 姬永生，袁迎曙，袁廣林，等.粉煤灰復(fù)合水泥對改善混凝土性能的試驗研究[J].中國礦業(yè)大學學報，2006（3）：306-310.

[7] 趙暉，沈東美，吳曉明，等.水泥品種對混凝土劣化性能的影響[J].混凝土，2009（10）：92-95.

[8] 郭斌.水化硅酸鈣的碳化作用[J].硅酸鹽學報,1984（3）：287-295.

[9] 孫抱真、蘇而達.水化硅酸鈣的結(jié)晶度與碳化速度[J].硅酸鹽學報,1984（3）：281-286.

[10] Diamond S.Proc.6th Int Conf on Alkalis in Concrete[D].Co?penhagen,1983:155-165.

[11] Lodeiro G,et al.Effect of alkalis on fresh C-S-H gels.FTIR analysis[J].Cement and Concrete Research,2009（4）：147-153.