混凝土碳化性能分析及影响因素

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发布时间：2021-09-22

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混凝土碳化性能分析及影响因素
情宏
(山西诚达公路勘察设计有限公司，山西太原030006)
摘要：碳化是混凝土耐久性的重要指标之一，从水泥品种、水泥细度、结晶度、碱浓度四个方面对混凝土碳化产生
的影响进行了讨论。
关键词：混凝土；碳化；耐久性
中图分类号：TU377．9 文献标识码：A 文章编号：1003—773X(2013)02-0027—02
0 引言
在混凝土耐久性分析中会提及碳化、冻害、碱一集
料反应和盐害等，其中碳化现象影响较大。混凝土的
碳化指的是混凝土在受空气中二氧化碳(coz)的作用
下其成分、组织、性能发生改变，使得混凝土机能下降
的现象。碳化会影响混凝土结构物的耐久性，减少钢
筋混凝土结构物的使用寿命。文献【1]中提到，在19
世纪中叶，大气中二氧化碳的平均浓度为280x10 ，
W(CO )=0．O28％；到2003年已达到了350x10～，W(co )=
0．035％；预计到2100年有可能会上升到540x l0～。
1992年观测表明，空气中二氧化碳浓度，室外环境为
300x10 ，室内环境为1 O00x10～。此外，工厂排泄的废
渣、废液等有害排放物也使河流、地下水中的CO 、SO：的
浓度有所增加，混凝土的碳化现象应引起足够的重视。
通过对相关文献的总结归纳，本文重点阐述了混
凝土碳化因素中，不同水泥品种、水泥细度对碳化深
度、C／S和结晶度、不同碱浓度条件的影响。
1 水泥品种对混凝土碳化性能的影响
混凝土材料参数中水泥的化学成分变化会对混凝
土碳化、干湿循环破坏、氯离子侵蚀等耐久陛指标产生
影响。朱琪等人研究表明 1，水泥品种对混凝土碳化
性能有很大影响，单位体积混凝土中可碳化物质含量
是影响碳化速度主要因素之一。杨静[41采用快速碳化
方法研究了水泥品种对混凝土碳化性能的影响，指出
试验中的三种水泥碳化速度依次为：矿渣水泥>普通
硅酸盐水泥>早强水泥。文献[5】认为由于水泥品种的
不同氯离子扩散速度会有所区别，文中指出高于c，A
含量水泥中氯离子扩散速度较快。文献[6]中比较了
复合水泥基混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土的耐久性
性能，复合水泥基混凝土在强度上与普通硅酸盐混凝
土较为接近，但复合水泥基混凝土的抗氯离子渗透性
能明显优于普通硅酸盐水泥基混凝土。赵晖等人通
过试验比较了水泥品种在湿循环条件下的破坏影响，
指出胶凝材料用量、水胶比及混凝土拌合物的坍落度
均相同时，外加剂掺量大小依次为：纯硅酸盐水泥>普
硅水泥>矿渣水泥>粉煤灰水泥，混凝土强度(7d)方
面：纯硅酸盐水泥>普硅水泥>矿渣水泥>粉煤灰水
泥。混凝土水泥品种不同时，抗氯离子渗透眭能方面依
次为矿渣水泥>普硅水泥>粉煤灰水泥>纯硅酸盐水泥。
2 水泥细度对混凝土碳化性能的影响
水泥的细度指水泥颗粒总体上的粗细程度，它不
仅对水泥的凝结时间、标准稠度用水量、胶砂强度、水
化热等物理力学性能有影响，对混凝土的强度、收缩抗
裂性能及耐久性等也有着重要影响，是水泥性能重要
指标之一。谷昌宇等人[61采用不同水泥细度制备同一
强度的混凝土，在保持用水量不变的前提下，调整外加
剂用量来改变混凝土的工作性能。试验结果表明，随
着碳化龄期的增加，高细度水泥制备的混凝土，越发呈
现出碳化深度逐渐增加的趋势。在相同碳化龄期和相
同强度等级的条件下，随着水泥细度的提高，混凝土碳
化深度逐渐减小；一定的条件下，水泥细度的越高越有
利于混凝土抗碳化性能。
3 C／s和结晶度对水化硅酸钙(C—S—H)的碳化影响
C／S不同会导致C—S—H的结构发生变化进而产生
不同的碳化形式。碱度较低环境下产生的水化物具有
较高的比面积及薄片状结构，硅酸钙水化物在碱度不
同时碳化产物的性质不同。郭斌等认为由于碳化过
程是渐变的连续过程，在某一龄期阶段，C—S—H分别处
于碳化、正在碳化及尚未碳化三种情况下，整个体系的
组成不均匀，是高c／s比至低C／S比，甚至c／s比至零
(只有S—H时)的连续变化过程。试验表明，水化硅酸
钙碳化过程中C—S—H的平均C／S比近似直线地下降。
水化硅酸钙的结晶度与碳化速度也有一定的影
响。水化产物结晶度愈差则比表面积愈大，碳化现象就
越加严重。文献【9]中通过试验得出C—S—H凝胶的比表
面积为78．77 m ／g，结晶好的托贝莫来石为14．3 in ／g，
完全碳化所需的时间，前者只需4 h，而后者则为1 1 52 h。
4 碱浓度对混凝土碳化的影响
混凝土完全碳化前孔隙内部溶液的各种离子浓度
基本保持不变，混凝土pH值主要取决于OH一浓度，浓
度高则pH值大。特定温度下Ca(OH) 的溶度积Ksp，
为一常数，由电平衡原理可知Na 、K 与OH一在数量上
保持着一定的关系，Na 、K 浓度增高亦表现为pH值
增高，孑L隙水中Ca2 会与空气中的CO 反应生成Ca