馮玉強(qiáng)

（重慶建研科之杰新材料有限公司，重慶 璧山 402760）

0 前言

混凝土澆筑后其工程部位要長(zhǎng)期暴露在外界環(huán)境中，受到自然界中水汽以及 CO2、SOx等酸性氣體侵蝕，使得混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生由表及里的反應(yīng)[1]，生成CaCO3等中性硬化物質(zhì)，混凝土堿性降低，鋼筋鈍化膜由于混凝土內(nèi)部堿性降低發(fā)生破壞，進(jìn)而造成鋼筋銹蝕、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等嚴(yán)重工程問(wèn)題[2]。碳化后混凝土表層硬度提高[3]，為了綜合評(píng)價(jià)混凝土碳化和強(qiáng)度的關(guān)系，在計(jì)算回彈強(qiáng)度過(guò)程中考慮碳化深度的影響，對(duì)于工程參與各方防治碳化起到一定作用。提高混凝土的抗碳化性能，需要對(duì)引起混凝土碳化的因素進(jìn)行梳理，有的放矢，事前預(yù)防與事后防治并重。

本文對(duì)引起混凝土碳化的原因進(jìn)行探討，并提出應(yīng)對(duì)混凝土碳化的相應(yīng)措施，以期為相關(guān)工程從業(yè)人員提供參考。

1 混凝土碳化機(jī)理

混凝土是多相材料，由膠凝材料、骨料、水、外加劑等組成，其中水泥和礦物摻和料發(fā)生水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣和鈣礬石等，在混凝土內(nèi)部形成堿性環(huán)境。當(dāng)硬化后的混凝土暴露在一定濕度的空氣中，空氣中的 CO2、SOx等酸性氣體會(huì)首先與表面的混凝土發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)碳酸鈣，從而使得表面堿度下降。混凝土碳化是由表及里的過(guò)程，是緩慢發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，主要是 CO2與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣和水化硅酸鈣等發(fā)生反應(yīng)[4]，方程式為：

碳化的本質(zhì)為酸堿中和反應(yīng)，使得混凝土體系 pH下降，混凝土內(nèi)的水化產(chǎn)物要在一定堿度（一般 pH＞12）的環(huán)境下保持穩(wěn)定[5]，當(dāng)混凝土內(nèi)部缺陷較多時(shí)會(huì)加劇碳化速率，使得鋼筋保護(hù)層遭受破壞，混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，進(jìn)而危害工程安全和耐久性。

2 混凝土碳化原因

2.1 原材料因素

混凝土原材料質(zhì)量的好壞，直接影響到成型后混凝土質(zhì)量。膠凝材料通過(guò)水化反應(yīng)將骨料緊密結(jié)合在一起，因此選用標(biāo)準(zhǔn)稠度低、細(xì)度適中的水泥尤為必要。水泥細(xì)度增加，需水量增加，且與混凝土外加劑的適應(yīng)性下降[6]，這就導(dǎo)致水泥水化速率加快，水化產(chǎn)物來(lái)不及均勻分布，造成內(nèi)部孔隙增多，空氣中 CO2更容易通過(guò)孔隙滲透，破壞混凝土整體結(jié)構(gòu)。粉煤灰和礦粉等火山灰質(zhì)礦物摻和料加入后會(huì)降低單位面積水泥顆粒分布，降低混凝土整體堿度，但適量礦物摻和料的加入又增加了混凝土體系的填充效應(yīng)[7]，使得混凝土致密度提高。付凱[8]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單摻情況下，礦粉比粉煤灰更能有效抵抗混凝土碳化，礦粉和粉煤灰雙摻可以降低混凝土碳化深度。近年來(lái)石灰石粉在商品混凝土企業(yè)生產(chǎn)摻入日趨增加，石灰石粉可以促進(jìn)氫氧化鈣的消耗，因此石灰石粉增多，混凝土抗碳化能力減弱。

當(dāng)前機(jī)制砂逐步代替天然砂已成為混凝土生產(chǎn)的新特點(diǎn)，機(jī)制砂級(jí)配、含粉量、MB 值等對(duì)混凝土生產(chǎn)有重大影響[9]，機(jī)制砂 MB 值過(guò)高，對(duì)外加劑的吸附增大[10]，且泥粉吸水膨脹，體積穩(wěn)定性減弱，混凝土極易產(chǎn)生裂縫。含粉量過(guò)多會(huì)降低混凝土體系堿度[11]，同樣對(duì)混凝土抗碳化性能帶來(lái)不利影響。

另外骨料含泥和粒形、外加劑減水率和適應(yīng)性都會(huì)影響混凝土工作性能進(jìn)而間接影響到混凝土碳化性能。

2.2 混凝土配合比

混凝土配合比設(shè)計(jì)按照最緊密填充原理進(jìn)行，在設(shè)計(jì)配合比時(shí)要控制礦物摻和料的用量，注重不同礦物摻和料相互配合產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)盡量控制混凝土水膠比在合理水平，水膠比低，混凝土漿體粘滯阻力增加，流動(dòng)性變差，水膠比高時(shí)，混凝土極易出現(xiàn)泌水、離析等和易性不良的情況，且水膠比高時(shí)，混凝土內(nèi)部孔隙增多，空氣中的 CO2更容易通過(guò)滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而加速混凝土碳化[12]。設(shè)計(jì)完配合比后，要進(jìn)行試配驗(yàn)證，要保證混凝土初始和易性和流動(dòng)性良好、具有較強(qiáng)的保坍能力，通過(guò)選擇合適的外加劑適當(dāng)確?；炷聊Y(jié)時(shí)間滿足要求。

2.3 施工和養(yǎng)護(hù)

混凝土出機(jī)狀態(tài)良好是保證混凝土施工性能的第一步，而后續(xù)的澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)管理等因素對(duì)硬化后的混凝土性能至關(guān)重要。現(xiàn)場(chǎng)加水是施工現(xiàn)場(chǎng)常見的弊病[13]，這直接導(dǎo)致水膠比增大，混凝土強(qiáng)度下降和內(nèi)部缺陷增多，要設(shè)置合適的振搗頻率，過(guò)振或欠振都會(huì)影響混凝土的均勻分布，尤其是混凝土過(guò)振后會(huì)導(dǎo)致漿體上浮、骨料下沉，使得碳化通道增多。

養(yǎng)護(hù)是澆筑后混凝土質(zhì)量保證的重要手段，良好的養(yǎng)護(hù)能夠增加水泥水化產(chǎn)物的生成，提高混凝土密實(shí)度，降低混凝土裂縫的發(fā)生。良好的養(yǎng)護(hù)能夠降低混凝土表面與大氣的濕度差值，降低 CO2滲透壓力[14]。

2.4 環(huán)境因素

混凝土發(fā)生碳化反應(yīng)要在適宜的濕度條件下，水中或絕干的環(huán)境都不會(huì)發(fā)生碳化反應(yīng)。武漢大學(xué)馬軍濤、水中和等人[15]研究發(fā)現(xiàn)自然養(yǎng)護(hù)條件下混凝土碳化速率加快，歐陽(yáng)威[16]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)風(fēng)潮濕、無(wú)風(fēng)干燥、有風(fēng)干燥和有風(fēng)潮濕四種試驗(yàn)條件下，無(wú)風(fēng)潮濕環(huán)境條件下混凝土碳化深度最大。

在高溫條件下，空氣中的 CO2等酸性氣體分子運(yùn)動(dòng)加快，相應(yīng)侵入混凝土內(nèi)部的能力提高，同時(shí)混凝土在溫度高時(shí)內(nèi)部積聚較多的水化熱，易產(chǎn)生微裂紋，這也是促進(jìn)混凝土碳化速度的原因。

3 混凝土碳化的應(yīng)對(duì)措施

3.1 優(yōu)選原材料

選擇滿足要求的原材料是保證混凝土工作性能以及降低混凝土碳化的第一步。當(dāng)前混凝土生產(chǎn)面臨原材料供需矛盾，優(yōu)質(zhì)原材料變得昂貴且日趨難以獲取，導(dǎo)致劣質(zhì)砂石等原材料魚目混珠，用于生產(chǎn)后會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題。在機(jī)制砂大量應(yīng)用的地區(qū)，混凝土攪拌站要嚴(yán)格控制機(jī)制砂的 MB 值、含粉及細(xì)度等，以降低原材料波動(dòng)對(duì)外加劑敏感性的影響，降低用水量。

3.2 降低水膠比

水膠比是影響混凝土強(qiáng)度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能的重要指標(biāo)，水膠比過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)混凝土的施工性能造成影響。水膠比過(guò)低，混凝土料較粘，需要的泵送壓力就較大，影響施工進(jìn)度。水膠比過(guò)高，用水量大，混凝土硬化后就會(huì)在內(nèi)部形成較多空隙，水泥水化產(chǎn)物形成較松散堆積，對(duì)混凝土強(qiáng)度的支撐減弱。因此，在設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，要通過(guò)外加劑的輔助作用降低混凝土水膠比。

3.3 做好混凝土養(yǎng)護(hù)

做好工地的養(yǎng)護(hù)效果，在終凝前進(jìn)行覆膜養(yǎng)護(hù)，同時(shí)禁止提前拆模，在達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度前做好噴水養(yǎng)護(hù)，或者采用養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)等新技術(shù)，最大程度降低混凝土表面碳化。

4 結(jié)語(yǔ)

碳化會(huì)引起混凝土強(qiáng)度和耐久性下降，影響工程結(jié)構(gòu)使用壽命。涉及混凝土碳化的因素有原材料、混凝土配合比以及養(yǎng)護(hù)等各方面，因此需要加強(qiáng)對(duì)原材料的管控、合理設(shè)計(jì)配合比、適當(dāng)降低用水量、做好工地養(yǎng)護(hù)等，所有這些舉措都是為了提高混凝土密實(shí)度。通過(guò)多方面舉措來(lái)形成合力，共同提高混凝土抗碳化能力。