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钢筋混凝土以优越的性价比广泛运用在建筑业的各个方面,成为现代土木工程建筑必不可少的材料。但是, 钢筋混凝土的碳化效应是不可忽视的。钢筋混凝土使用年限越长,碳化效应给结构物带来的危害就越大，严重影响了建筑物的实用性。混凝土的碳化效应已经成为 2 1世纪工程界的重大课题之一。对这一现象进行详细研究和分析，从以下两个方面简述钢筋混凝土碳化影响产生的原因及影响因素。
一、混凝土碳化原理
钢筋混凝土碳化是一个化学反应过程。钢筋混凝土长期暴露在自然坏境下，再加上适当的温度、湿度，空气中的CO₂浸入到硬化的水泥浆细孔中，与混凝土中Ca(OH)2反应形成CaCO3，使得混凝土碱度降低。碳化就是CO₂从混凝土表面浸入到混凝土内部的过程。碳化不仅降低了混凝土碱度，而且减弱了对钢筋的保护作用，使钢筋更加容易锈蚀。水泥中大约75%都是硅酸三钙和硅酸二钙，水泥完全水化后，生成的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%，氢氧化钙约占25%。水化硅酸钙决定水泥石的强度，在混凝土中水泥石的含量占总体积的25%。
混凝土的结构呈现毛细管——孔隙状，而这些毛细管——孔隙不仅包括混凝土成型时残留在其中的气泡，水泥石中的毛细孔和凝胶孔，以及水泥石和集料接触处的孔穴；而且其中还可能有因水泥石的干燥收缩和温度变形而形成的微裂痕的存在。就普通混凝土而言，孔隙率一般不会超过8-10%。这时，大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，接着遇到毛细孔中的水分而溶解，与在水泥水化过程中产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，直接生成碳酸钙等产物。所以，混凝土中存在着的孔隙，以及水分和空气，是混凝土碳化的主要原因。
虽然混凝土碳化增加了混凝土强度，减少了渗透性。这可能是因为碳化过程中放出的水分，使得水泥水化;另外，碳酸钙沉淀缩小了水泥石的孔隙;然而，混凝土碳化后，使其碱性降低，加快了钢筋腐蚀。
二、影响混凝土碳化的因素
建筑物混凝土碳化的影响因素多样化，既有有内在因素，也有外界因素。
1、内在因素
首先，水泥品种因素会在一定程度上影响碳化速度。不同的水泥由于其有着不同的矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学，这对水泥的活性和混凝土的碱度有所影响，碳化速度也受其影响。一般来说，水泥熟料越多，则混凝土的碳化速度就越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般对抗渗性都有积极影响，使得碳化速度减弱。早强剂则会严重影响钢筋锈蚀，使其锈蚀速度加快，应对其用量严格控制。
其次，集料品种和级配因素也对碳化速度有所影响。集料品种和级配影响着内部孔隙结构差别，直接影响混凝土的密实性。混凝土的材质越致密坚实，级配越好，其碳化的速度就越慢。
再次，磨细矿物掺料的品种和数量因素和碳化速度也有着密不可分的关系。具有活性水硬性材料的掺料能使其不能自行硬化，但能与在水泥水化中产生的氢氧化钙或者与加入的石灰相互作用而形成强而稳定的胶结物质，降低混凝土碱度。在水灰比不变采用等量代换的条件下，掺料量取代水泥量越多，混凝土的碳化速度就越快。
最后，水泥用量也会影响碳化速度。 增加水泥用量的作用体现在两个方面：一方面，可以改变混凝土的和易性，增强混凝土的密实性；另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，增强其抗碳化性能，最终使得碳化速度减慢。
2、外界因素
首先，酸性介质因素极大程度上影响了混凝土碳化。渗入到混凝土孔隙中的酸性气体（如CO₂）溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，使得水泥石逐渐变质，降低混凝土的碱度，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究指出，混凝土的碳化速度与二氧化碳的浓度的平方成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。混凝土中钢筋锈蚀的另一个重要原因是由于氯离子（CL-）的作用。氯离氯化钙的高吸湿性特点，使其濃度及湿度较高，剧烈地破坏钢筋的钝化膜，这时钢筋发生溃烂性锈蚀。
其次，温度和光照也决定着混凝土的碳化过程的快慢。 如果混凝土温度骤降，其表面收缩就会产生拉力。一旦超过混凝土的抗拉强度，就会导致混凝土表面开裂，形成裂缝或逐渐脱落，给二氧化碳和水分的渗入创造了条件，使得混凝土碳化加快。混凝土温度在向阳面比背面高，这时二氧化碳在空气中的扩散系数较大，给其与氢氧化钙反应创造了有利条件。阳光的直接照射，促使其化学反应和碳化速度加快。
再次，含水量和相对湿度对碳化过程的有着不小的影响。 周围介质的相对湿度直接对混凝土含水率和碳化速度系数的大小造成影响。过高的湿度（如100%），使混凝土孔隙充满水，阻碍二氧化碳扩散到水泥石中；而过低的湿度（如25%），则使孔隙中没有足够的水为二氧化碳生成碳酸创造条件，抑制碳化作用。当周围介质的相对湿度为50-70%时，混凝土碳化速度达到最快。因而，混凝土的含水量及周围介质的相对湿度决定了混凝土碳化速度。实际工程中湿度明显影响混凝土结构上下部的碳化程度轻重。
最后，冻融和渗漏也影响着碳化过程。在混凝土浸水饱和或水位变化部位，温度交替的变化，使混凝土内部孔隙冻结膨胀和融解松弛交替进行，造成大面积混凝土疏松剥落或产生裂纹，导致混凝土碳化。水渗透会使加速混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面形成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，最终其结果是严重降低混凝土强度和碱度，导致钢筋锈蚀。
实践证明，钢筋混凝土碳化的影响因素是多样的。既有诸如水泥品种、集料品种和级配因素、磨细矿物掺料的品种和数量等内部因素；也有像酸性介质因素、温度和光照等外界因素。如果混凝土结构损坏得不到及时处理，损坏就会日益严重，极易诱发各种危险事故。
因此，应及时分析碳化处理、碳化的影响因素、碳化对钢筋混凝土结构物的损坏原因，并针对碳化引起水工建筑物的缺陷采取治理措施。
参考文献：
[1] 袁群：《混凝土碳化理论与研究》ISBN：9787807345190黄河水利出版社2009年版.
一、混凝土碳化原理
钢筋混凝土碳化是一个化学反应过程。钢筋混凝土长期暴露在自然坏境下，再加上适当的温度、湿度，空气中的CO₂浸入到硬化的水泥浆细孔中，与混凝土中Ca(OH)2反应形成CaCO3，使得混凝土碱度降低。碳化就是CO₂从混凝土表面浸入到混凝土内部的过程。碳化不仅降低了混凝土碱度，而且减弱了对钢筋的保护作用，使钢筋更加容易锈蚀。水泥中大约75%都是硅酸三钙和硅酸二钙，水泥完全水化后，生成的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%，氢氧化钙约占25%。水化硅酸钙决定水泥石的强度，在混凝土中水泥石的含量占总体积的25%。
混凝土的结构呈现毛细管——孔隙状，而这些毛细管——孔隙不仅包括混凝土成型时残留在其中的气泡，水泥石中的毛细孔和凝胶孔，以及水泥石和集料接触处的孔穴；而且其中还可能有因水泥石的干燥收缩和温度变形而形成的微裂痕的存在。就普通混凝土而言，孔隙率一般不会超过8-10%。这时，大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，接着遇到毛细孔中的水分而溶解，与在水泥水化过程中产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，直接生成碳酸钙等产物。所以，混凝土中存在着的孔隙，以及水分和空气，是混凝土碳化的主要原因。
虽然混凝土碳化增加了混凝土强度，减少了渗透性。这可能是因为碳化过程中放出的水分，使得水泥水化;另外，碳酸钙沉淀缩小了水泥石的孔隙;然而，混凝土碳化后，使其碱性降低，加快了钢筋腐蚀。
二、影响混凝土碳化的因素
建筑物混凝土碳化的影响因素多样化，既有有内在因素，也有外界因素。
1、内在因素
首先，水泥品种因素会在一定程度上影响碳化速度。不同的水泥由于其有着不同的矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学，这对水泥的活性和混凝土的碱度有所影响，碳化速度也受其影响。一般来说，水泥熟料越多，则混凝土的碳化速度就越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般对抗渗性都有积极影响，使得碳化速度减弱。早强剂则会严重影响钢筋锈蚀，使其锈蚀速度加快，应对其用量严格控制。
其次，集料品种和级配因素也对碳化速度有所影响。集料品种和级配影响着内部孔隙结构差别，直接影响混凝土的密实性。混凝土的材质越致密坚实，级配越好，其碳化的速度就越慢。
再次，磨细矿物掺料的品种和数量因素和碳化速度也有着密不可分的关系。具有活性水硬性材料的掺料能使其不能自行硬化，但能与在水泥水化中产生的氢氧化钙或者与加入的石灰相互作用而形成强而稳定的胶结物质，降低混凝土碱度。在水灰比不变采用等量代换的条件下，掺料量取代水泥量越多，混凝土的碳化速度就越快。
最后，水泥用量也会影响碳化速度。 增加水泥用量的作用体现在两个方面：一方面，可以改变混凝土的和易性，增强混凝土的密实性；另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，增强其抗碳化性能，最终使得碳化速度减慢。
2、外界因素
首先，酸性介质因素极大程度上影响了混凝土碳化。渗入到混凝土孔隙中的酸性气体（如CO₂）溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，使得水泥石逐渐变质，降低混凝土的碱度，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究指出，混凝土的碳化速度与二氧化碳的浓度的平方成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。混凝土中钢筋锈蚀的另一个重要原因是由于氯离子（CL-）的作用。氯离氯化钙的高吸湿性特点，使其濃度及湿度较高，剧烈地破坏钢筋的钝化膜，这时钢筋发生溃烂性锈蚀。
其次，温度和光照也决定着混凝土的碳化过程的快慢。 如果混凝土温度骤降，其表面收缩就会产生拉力。一旦超过混凝土的抗拉强度，就会导致混凝土表面开裂，形成裂缝或逐渐脱落，给二氧化碳和水分的渗入创造了条件，使得混凝土碳化加快。混凝土温度在向阳面比背面高，这时二氧化碳在空气中的扩散系数较大，给其与氢氧化钙反应创造了有利条件。阳光的直接照射，促使其化学反应和碳化速度加快。
再次，含水量和相对湿度对碳化过程的有着不小的影响。 周围介质的相对湿度直接对混凝土含水率和碳化速度系数的大小造成影响。过高的湿度（如100%），使混凝土孔隙充满水，阻碍二氧化碳扩散到水泥石中；而过低的湿度（如25%），则使孔隙中没有足够的水为二氧化碳生成碳酸创造条件，抑制碳化作用。当周围介质的相对湿度为50-70%时，混凝土碳化速度达到最快。因而，混凝土的含水量及周围介质的相对湿度决定了混凝土碳化速度。实际工程中湿度明显影响混凝土结构上下部的碳化程度轻重。
最后，冻融和渗漏也影响着碳化过程。在混凝土浸水饱和或水位变化部位，温度交替的变化，使混凝土内部孔隙冻结膨胀和融解松弛交替进行，造成大面积混凝土疏松剥落或产生裂纹，导致混凝土碳化。水渗透会使加速混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面形成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，最终其结果是严重降低混凝土强度和碱度，导致钢筋锈蚀。
实践证明，钢筋混凝土碳化的影响因素是多样的。既有诸如水泥品种、集料品种和级配因素、磨细矿物掺料的品种和数量等内部因素；也有像酸性介质因素、温度和光照等外界因素。如果混凝土结构损坏得不到及时处理，损坏就会日益严重，极易诱发各种危险事故。
因此，应及时分析碳化处理、碳化的影响因素、碳化对钢筋混凝土结构物的损坏原因，并针对碳化引起水工建筑物的缺陷采取治理措施。
参考文献：
[1] 袁群：《混凝土碳化理论与研究》ISBN：9787807345190黄河水利出版社2009年版.