随着建筑材料和混凝土技术的发展，矿物掺合料的应用越来越广泛，在混凝土中的掺量也越来越大。矿物掺合料的应用，在环境保护和资源综合利用等方面发挥重要的作用，与此同时，因为其与水泥不同的水化机理，矿物掺合料对结构工程施工质量、工程实体养护质量的管理和控制技术提出了更高的要求，由此带来的混凝土碳化问题也凸显出来。如一些工程在结构验收时，由于混凝土碳化深度过大而导致回弹强度值达不到设计要求，致使工程无法验收。所以，分析混凝土碳化的主要影响因素，从混凝土的配合比技术及施工的管理上采取科学有效的措施，控制混凝土的生产及施工质量是非常重要的。

1混凝土碳化原理及其影响因素分析

1.1混凝土碳化原理

混凝土是多孔结构，从表面到内部分布着大大小小的毛细孔、气泡等，导致环境中的CO₂、SO₂等酸性气体侵入水泥石结构内部，与水泥石中的水化产物相互作用，发生一系列复杂的物理化学反应。

主要的碳化反应方程式为：

CO₂+H2O=H₂CO₃

Ca(OH)₂+H₂CO₃=CaCO₃+2H₂O

CaSiO₃+H₂CO₃=CaCO₃+SiO₂+H2O

碳化反应导致混凝土碱性降低，呈中性化，对钢筋的保护作用削弱，影响结构的耐久性。

混凝土掺入大量矿物掺合料，会使混凝土中出现“贫钙”的问题，即大量活性掺合料的二次水化消耗胶材中的游离氢氧化钙，导致混凝土的碱性降低，加剧了混凝土的碳化，进而影响结构的耐久性。

1.2混凝土碳化影响因素

影响混凝土碳化的因素很多，主要分为外因（混凝土服役环境，外部条件）和内因（内在结构）两大类。本文主要是研究在混凝土生产和施工过程中对混凝土碳化影响较大，并且通过采取适当的技术方案和措施能够有效控制的影响因素。通过对混凝土碳化及其影响因素的理论分析，结合工程实践数据的积累，在研究应用中选择了混凝土矿物掺合料的掺量、混凝土的浇筑振捣方式、混凝土的早期养护等主要影响因素，设计了正交试验的方案。

2混凝土碳化试验方案

以普通C30混凝土为例，保持水胶比不变，设计矿物掺合料掺入量不同的5个混凝土配合比，通过调整外加剂掺量控制出机混凝土塌落度为200mm±10mm，将成型的试件置于不同养护环境下，重点观察混凝土碳化深度的变化，同时关注3d、7d、28d的抗压强度的变化情况。

2.1试验选用的原材料

水泥：选用河北京兰水泥有限公司P·O42.5普通硅酸盐水泥；试验数据为比表面积368m²/kg，碱含量0.60%，氯离子含量0.06%，3d抗折强度6.0MPa、28d抗折强度9.0MPa，3d抗压强度30MPa、28d抗压强度52MPa。

粉煤灰：采用大唐同舟科技有限公司张家口分公司F类Ⅱ级；试验数据为细度18%，需水量比101%，烧失量5.9%，碱含量0.21%。

矿粉：采用三河天龙新型建材有限公司S95级；试验数据为比表面积417m²/kg，流动度比103%，7d活性指数82%，28d活性指数109%，氯离子含量0.042%，玻璃体含量98%。

天然砂：采用河北涞水顺合建材有限公司Ⅱ区中砂；试验数据为细度模数2.6%，含泥量2.8%，泥块含量0.2%，坚固性指标5.4%，氯离子含量0.006%，碱集料反应-14d膨胀率0.08%。

碎石：采用河北涞水顺合建材有限公司5～25mm碎石；试验数据为颗粒级配（5～25mm）连续粒级合格，含泥量0.5%，泥块含量0.2%，针、片状含量5%，压碎指标7.6%，氯离子含量0.002%，碱集料反应-14d膨胀率0.05%。

外加剂：采用河北合众建材有限公司HZ-2聚羧酸高性能减水剂；试验数据为减水率27%，含固量13.1%，7d抗压强度比207%、28d抗压强度比186%，密度1.038g/cm³，pH值4.62。

2.2混凝土试件成型方法

采用表1中的配合比拌制混凝土，对每一个配合比的混凝土，试验采用如下两种成型方案。

方案A：依据标准采用振动台振实成型抗压试件5组（100mm×100mm×100mm），同时成型150mm×150mm×150mm试件6组，用于观察混凝土的碳化深度。

方案B：不振捣成型抗压试件5组（100mm×100mm×100mm），同时成型150mm×150mm×150mm试件6组，用于观察混凝土的碳化深度。

2.3混凝土试件养护方法

采用表1的配合比拌制混凝土，对每一个配合比的混凝土，采用如下3种养护方案进行试验。

方案一(A1/B1)：放置标养室养护28d，转入温度（20±2）℃、湿度30%～50%的室内环境下裸放2d（A30）；之后转入室外环境中裸放30d（B60）；之后继续在室外环境裸放30d（C90）。

方案二(A2/B2)：放置标养室养护14d，转入温度（20±2）℃、湿度30%～50%的室内环境下裸放16d（A30）；之后转入室外环境中裸放30d（B60）；之后继续在室外环境裸放30d（C90）。

方案三(A3/B3)：脱模后不养护，直接转入温度（20±2）℃、湿度30%～50%的室内环境下裸放30d（A30）；之后转入室外环境中裸放30d（B60）；之后继续在室外环境裸放30d（C90）。

2.4试验结果及分析

碳化及抗压强度的试验结果见表2、表3。

从表2的试验数据可以发现如下规律：混凝土碳化深度随着粉煤灰掺量的增加而增大。同时加入矿粉后，矿粉的掺量对碳化深度没有明显影响，多数数据甚至略低于同掺量粉煤灰单掺。原因可能是因为在水泥、矿粉、粉煤灰组成的胶凝体系中，颗粒分布更合理，从而使胶凝结构更致密，增加CO₂等有害气体侵入混凝土内部的难度，混凝土抗碳化能力提高。

2019SP-20配合比中粉煤灰掺量达到了规范中规定的最大量。标养14d的试件碳化深度明显高于其他配合比的试件，但标养30d的试件碳化深度与其它配合比试件相近。说明大掺量粉煤灰的混凝土对湿润养护要求的时间比较长，不得少于14d。

在养护方案中，由于方案一（A1/B1）、方案二（A2/B2）、方案三（A3/B3）的早期养护条件由好变差，30d的碳化深度A1/B1与A2/B2差异较小，A3/B3明显变深，而后期碳化深度也因早期养护的情况有了明显变化。A3/B3早期因无保湿养护，致使表面失水，胶凝材料不能充分水化，混凝土表层强度、密实度下降，导致混凝土碳化过快，所以混凝土的早期养护是混凝土碳化的主要影响因素。

混凝土振捣方式对其密实性有影响，从试验结果看出混凝土不振捣或振捣不密实会影响其抗碳化能力，但不是主要影响因素。无论从混凝土碳化试验还是从混凝土抗压强度力学性能试验的角度分析，2019SP-21配合比是最优化的配合比。

3工程应用中混凝土结构实体碳化深度

在大量的工程实体回弹检测中发现，一般C45的柱子在拆模后及时缠裹一层塑料薄膜，进行保湿保温养护一个月后，其30d碳化深度一般在0.6mm左右，而没有采取任何措施的柱子30d碳化深度一般在1.5mm左右；结构上的C30墙体在拆模后保湿保温养护14d后，30d的碳化深度一般为0.6～1.3mm之间，而没有任何养护措施的墙体，30d的碳化深度一般为3～5mm之间，经打磨处理后测其碳化深度为1.5mm，60d的碳化深度高达5.0mm以上。

另外，木模板混凝土墙面密实度较好，碳化深度较钢模板墙体好的多；结构上C25顶板的底模一般带模时间比较长，表面光滑密实，碳化比较小，30d碳化深度一般在0.5mm左右。混凝土碳化过快，碳化深度过大，不仅严重影响混凝土对钢筋的保护作用，降低了混凝土的耐久性，也使采用回弹法检测混凝土强度的准确性、真实性大大降低了。混凝土结构实体碳化深度如图1所示。

4混凝土碳化解决方案和建议

混凝土的碳化不仅影响工程验收，而且破坏混凝土对钢筋的保护作用，降低结构的耐久性。在建筑设计和施工过程中，必须采取切实可行的技术方案和管理措施，有效控制混凝土的碳化。混凝土中，粉煤灰的掺量增加，混凝土抗碳化能力降低；磨细矿粉的掺量增加，不影响混凝土抗碳化能力；如果需要增加矿物掺合料的总量，应优先考虑同时掺加粉煤灰和磨细矿粉。

混凝土表面及结构的致密性对其抗碳化能力有一定影响，在施工过程中应采用合理的浇筑和振捣方式，并加强施工管理，以确保混凝土结构致密，以提高混凝土抗碳化能力。

混凝土早期养护对其抗碳化能力影响最大。在施工过程中，应适当延长拆模时间以防止混凝土裸露失水，应尽早包裹、覆盖混凝土表面或采取其他技术措施以避免混凝土失水。混凝土采用大掺量矿物掺和料时，尤其应加强早期保温保湿养护，养护时间不少于14d。

混凝土碳化是一个复杂的过程，应综合考虑掺和料掺量、混凝土致密性、早期养护、施工条件、环境天气等多因素及其相互作用，因地制宜，针对具体的工程，制定相应的科学有效的技术方案和管理规程，确保有效控制混凝土碳化。

结语

通过科学试验和生产实践得知，混凝土的碳化是有规律可循的、是可控的，并能够通过采取一系列科学的方案和施工管理达到有效控制。混凝土生产和施工单位在混凝土施工过程中，应综合考虑碳化问题，优化混凝土配合比，采取适当的成型和振捣工艺，延迟拆模，及时保温保湿，并保持足够的时间，通过一系列的技术方案和管理措施，有效控制混凝土的碳化，以实现钢筋混凝土结构的耐久性。

混凝土的碳化直接关系到钢筋混凝土结构的耐久性，将会引起越来越多的重视。随着对石灰比进一步的研究和探索，通过采取更加切实有效的科学技术方案和管理规程，解决混凝土碳化的问题，保证结构的安全性和耐久性。