前言

空气、土壤或地下水等环境中的酸性物质如CO2、HCl、SO2、Cl2深入混凝土表面，与混凝土中的碱性物质发生反应，使混凝土中的PH值下降的过程称为混凝土的中性化，其中由大气环境中的CO2引起的中性化过程称为混凝土的碳化。由于大气中有一定含量的CO2，故碳化是最普遍的混凝土中性化过程。

混凝土在空气中的碳化是空气中二氧化碳与混凝土中的碱性物质相互作用，使其机能下降的一种复杂的物理化学过程。在某些条件下，混凝土的碳化会增加其密实性，提高混凝土的抗化学腐蚀能力。但由于碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，给混凝土中钢筋锈蚀带来不利的影响。同时，混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。由此可见，混凝土的碳化对钢筋混凝土结构的耐久性有很大的影响。因此，分析混凝土的碳化机理、影响因素及其控制是很有必要的。

一、混凝土的碳化机理

混凝土的基本组成材料为水泥、水、砂和石子，其中硅酸盐水泥熟料矿物主要由硅酸三钙和硅酸二钙组成，在拌和混凝土时，它们与水发生如下化学反应：

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

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

由上可知，硅酸盐水泥的主要水化产物为水化硅酸钙和Ca(OH)2 ,其中Ca(OH)2 在水中的溶解度极低，少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液，它的PH值为12.5-13.5，这种高碱性的环境有利于保护钢筋，相当于在钢筋周围产生了一层“保护膜”，使其免遭锈蚀。由于施工过程中的种种原因，混凝土内部存在许多大小不一的毛细孔、孔隙、气泡，甚至缺陷，因此形成的混凝土实际是一个含固相、液相、气相的非均匀物质，于是环境中的二氧化碳气体便通过这些无法避免的缺陷，渗透到毛细孔和孔隙中，与其中的孔隙液所溶解的

Ca(OH)2 进行中和反应，其化学方程式如下:

CO2 + H2O→H2CO3

Ca(OH)2 + H2CO3 →CaCO3 + 2H2O

反应后，毛细孔周围混凝土中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH- ，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，一直到孔溶液中的PH值降为8.5-9.0时，这层毛细孔才不再进行这种中和反应，即所谓“已碳化”。混凝土表层碳化后,大气中的CO2继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散，更深入地进行碳化反应。这些反应使混凝土中的碱度降低，破坏钢筋周围的“保护膜”，这样就会加速钢筋的锈蚀，因锈蚀就会引起体积膨胀使混凝土覆盖层遭受破坏，从而发生沿钢筋界面出现裂缝以及混凝土覆盖层剥落等现象。