前言

空氣、土壤或地下水等環(huán)境中的酸性物質(zhì)如CO2、HCl、SO2、Cl2深入混凝土表面，與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土中的PH值下降的過程稱為混凝土的中性化，其中由大氣環(huán)境中的CO2引起的中性化過程稱為混凝土的碳化。由于大氣中有一定含量的CO2，故碳化是最普遍的混凝土中性化過程。

混凝土在空氣中的碳化是空氣中二氧化碳與混凝土中的堿性物質(zhì)相互作用，使其機(jī)能下降的一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程。在某些條件下，混凝土的碳化會(huì)增加其密實(shí)性，提高混凝土的抗化學(xué)腐蝕能力。但由于碳化會(huì)降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，給混凝土中鋼筋銹蝕帶來不利的影響。同時(shí)，混凝土碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮，這些都可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞。由此可見，混凝土的碳化對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有很大的影響。因此，分析混凝土的碳化機(jī)理、影響因素及其控制是很有必要的。

一、混凝土的碳化機(jī)理

混凝土的基本組成材料為水泥、水、砂和石子，其中硅酸鹽水泥熟料礦物主要由硅酸三鈣和硅酸二鈣組成，在拌和混凝土?xí)r，它們與水發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

2(3CaO·SiO2) + 6H2O·3CaO→2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2

2(2CaO·SiO2) + 4H2O·3CaO→2SiO2·3H2O + Ca(OH)2

由上可知，硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物為水化硅酸鈣和Ca(OH)2 ,其中Ca(OH)2 在水中的溶解度極低，少量溶于孔隙液中，使孔隙液成為飽和堿性溶液，它的PH值為12.5-13.5，這種高堿性的環(huán)境有利于保護(hù)鋼筋，相當(dāng)于在鋼筋周圍產(chǎn)生了一層“保護(hù)膜”，使其免遭銹蝕。由于施工過程中的種種原因，混凝土內(nèi)部存在許多大小不一的毛細(xì)孔、孔隙、氣泡，甚至缺陷，因此形成的混凝土實(shí)際是一個(gè)含固相、液相、氣相的非均勻物質(zhì)，于是環(huán)境中的二氧化碳?xì)怏w便通過這些無法避免的缺陷，滲透到毛細(xì)孔和孔隙中，與其中的孔隙液所溶解的

Ca(OH)2 進(jìn)行中和反應(yīng)，其化學(xué)方程式如下:

CO2 + H2O→H2CO3

Ca(OH)2 + H2CO3 →CaCO3 + 2H2O

反應(yīng)后，毛細(xì)孔周圍混凝土中的羥鈣石補(bǔ)充溶解為Ca2+和OH- ，反向擴(kuò)散到孔隙液中，與繼續(xù)擴(kuò)散進(jìn)來的CO2反應(yīng)，一直到孔溶液中的PH值降為8.5-9.0時(shí)，這層毛細(xì)孔才不再進(jìn)行這種中和反應(yīng)，即所謂“已碳化”。混凝土表層碳化后,大氣中的CO2繼續(xù)沿混凝土中未完全充水的毛細(xì)孔道向混凝土深處氣相擴(kuò)散，更深入地進(jìn)行碳化反應(yīng)。這些反應(yīng)使混凝土中的堿度降低，破壞鋼筋周圍的“保護(hù)膜”，這樣就會(huì)加速鋼筋的銹蝕，因銹蝕就會(huì)引起體積膨脹使混凝土覆蓋層遭受破壞，從而發(fā)生沿鋼筋界面出現(xiàn)裂縫以及混凝土覆蓋層剝落等現(xiàn)象。