前言

空氣、土壤或地下水等環境中的酸性物質如CO2、HCl、SO2、Cl2深入混凝土表面，與混凝土中的堿性物質發生反應，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相互作用，使其機能下降的一種復雜的物理化學過程。在某些條件下，混凝土的碳化會增加其密實性，提高混凝土的抗化學腐蝕能力。但由于碳化會降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護作用，給混凝土中鋼筋銹蝕帶來不利的影響。同時，混凝土碳化還會加劇混凝土的收縮，這些都可能導致混凝土的裂縫和結構的破壞。由此可見，混凝土的碳化對鋼筋混凝土結構的耐久性有很大的影響。因此，分析混凝土的碳化機理、影響因素及其控制是很有必要的。

一、混凝土的碳化機理

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，在拌和混凝土時，它們與水發生如下化學反應：

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，這種高堿性的環境有利于保護鋼筋，相當于在鋼筋周圍產生了一層“保護膜”，使其免遭銹蝕。由于施工過程中的種種原因，混凝土內部存在許多大小不一的毛細孔、孔隙、氣泡，甚至缺陷，因此形成的混凝土實際是一個含固相、液相、氣相的非均勻物質，于是環境中的二氧化碳氣體便通過這些無法避免的缺陷，滲透到毛細孔和孔隙中，與其中的孔隙液所溶解的

Ca(OH)2 進行中和反應，其化學方程式如下:

CO2 + H2O→H2CO3

Ca(OH)2 + H2CO3 →CaCO3 + 2H2O

反應后，毛細孔周圍混凝土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CO2反應，一直到孔溶液中的PH值降為8.5-9.0時，這層毛細孔才不再進行這種中和反應，即所謂“已碳化”。混凝土表層碳化后,大氣中的CO2繼續沿混凝土中未完全充水的毛細孔道向混凝土深處氣相擴散，更深入地進行碳化反應。這些反應使混凝土中的堿度降低，破壞鋼筋周圍的“保護膜”，這樣就會加速鋼筋的銹蝕，因銹蝕就會引起體積膨脹使混凝土覆蓋層遭受破壞，從而發生沿鋼筋界面出現裂縫以及混凝土覆蓋層剝落等現象。