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【摘要】钢筋砼结构中钢筋保护层厚度的设计，除应保证钢筋与砼的共同工作，更需满足结构耐久性的要求，使其在设计的使用年限内不致因受到各种因素影响，如风化、化学侵蚀、冻融、碳化等，造成砼破坏或钢筋严重锈蚀而降低结构的安全度。本文根据工程施工实践和现场砼碳化深度检测的结论谈谈对砼碳化的认识。
【关键词】混凝土碳化；钢筋锈蚀；抗渗性能；表面涂层；认识
1、综述
根据多年来的工程施工和检测试验而知，砼碳化及对钢筋的影响：在一般正常使用条件下的钢筋混凝土结构工程的耐久性，主要取决于保护层的砼质量（抗渗性和碱度）、厚度、使用环境、原材料和施工质量。处于室内较干燥环境中的结构，虽碳化较快，但钢筋不易锈蚀，处于室外或室内潮湿环境的结构，钢筋锈蚀较快。影响结构耐久性主要因素是砼碳化所需的时间，及钢筋保护层的厚度。另外梁柱结构构件棱角处碳化较快，也容易开裂，其保护层厚度应相应增加。
2、砼碳化对钢筋锈蚀的影响
砼中钢筋的锈蚀是电化学反应的过程，施工成型后砼初始碱度较高（pH>12），此时钢筋在这种高碱度液相介质中，表面形成一层氧化铁钝化膜，它有效地阻隔电化学反应，防止钢筋的锈蚀。只有钝化膜破坏处于活化状态，同时与钢筋接触的砼中存在足够的水和氧的条件下，钢筋发生锈蚀。钝化膜破坏主要是因砼液相碱度较低（pH<11.5），而碱度的降低还是由于砼的碳化。碳化会改变砼的孔隙结构、重量、强度和收缩等性能。实测结果表明完全碳化后的砼碱度pH<10。
因此砼保护层被完全碳化导致的碱度降低是钢筋锈蚀的诱因。如果所处环境缺乏足够的水和氧，钢筋不易锈蚀，而在室外或干湿交替的环境中，保护层的碳化尚未達到钢筋，一般不锈蚀；若已达到，则产生不同程度的普通性锈蚀。综上所述，砼的抗碳化性能，决定了它对钢筋的保护性能，是影响钢筋砼耐久性的主要因素，也是决定钢筋砼保护层厚度的重要参数。
3、影响混凝土碳化的主要因素
3.1碳化深度与碳化时间
大量试验研究表明，砼碳化深度将随着碳化时间的延续而增加，而碳化速度（单位时间内的碳化量）则是逐渐降低的，可简化为下式表示：
x=α
式中：x—碳化深度，mm；
t—碳化时间，快速时单位为天，自然碳化时单位取年；
α—碳化速度系数。
因原材料配合比、施工质量和气候条件等的差异，砼自然碳化深度的离散性较大，但就平均碳化深度与使用年限的关系，符合上式规律。式中α值仅取决于砼本身品质中的抗渗性能和碱度储备，它综合地反映了水灰比、原材料质量、砼施工质量等内因对砼抗碳化能力的影响程度。
3.2主要影响因素
（1）水灰比：强度等级高的砼，水灰比小，抗渗性能高，水泥用量的增加也提高了碱度，故碳化慢，试验结果表明，正常水泥用量的条件下，水灰比是影响碳化速度的主要参数。为近似线性的关系。因此降低水灰比是提高砼抗碳化能力的主要措施。
（2）水泥品种：不同品种的水泥，从熟料到掺和料的理化性质和数量，都有各种的差异。掺合料多的水泥，尤其当前大多以粉煤灰为主，成型后收缩性大，抗渗性较低，碳化速度相对较快。试验表明，水灰比相同时矿渣水泥的砼比普通水泥的砼，碳化速度快10-20%。室外暴露条件下，其碳化速度比普通水泥砼快一倍左右。
（3）骨料：当水灰比相同时，在相同的试验条件下，碎石粒径大的单粒径砼，比粒径小的碳化块10-20%；山砂配制的砼比河沙（配置的砼）碳化速度加快30%。连续粒径粗骨料砼，抗渗性能高，碳化速度较慢。
（4）减水剂：快速碳化试验结果表明：保持水泥用量不变的条件下，掺入0.25%的M剂或3.5%的NC剂后，碳化速度可减缓10-30%，掺入减水剂提高砼的密实性，是提高抗碳化能力的有效途径。
（5）施工质量：同一砼，在施工中振捣和养护的质量是影响砼密实度的重要因素。由于振捣的质量影响，在工程实践中发现，同一构件，不同部位的碳化速度可有成倍差别，特别是构件的棱角部位，容易产生缺陷，碳化速度一般快30%。
砼的抗渗性能还与水泥的水化程度有关，水化程度高的砼，抗渗性能就高；水化不充分，将使砼的抗渗性能降低，加快碳化。因此施工中振捣密实加强养护是保证砼抗渗和抗碳化能力的关键。
（6）表面涂层：为防水而设在结构表面的涂层或卷材，在一定程度上可以阻滞空气的渗透，减缓砼碳化速度。它取决于涂层本身的抗渗性和耐久性。实测结果表明水泥砂浆的抗碳化能力不低于相应配比的砼。由此可见，在结构表面施加涂层或水泥砂浆面层，可以用来弥补砼保护层抗碳化能力的不足。
（7）环境条件：砼的透气性除与孔隙结构有关外，还与孔隙的充水程度即湿度有关。含饱和水的砼和完全干燥的砼不可能碳化。试验结果表明当相对湿度为90%、70%、50%时，砼碳化速度的平均比率为0.6：1.0：1.4，环境湿度相同时，CO2含量越高，碳化速度越快。
结论：
综上所述，钢筋砼结构中砼碳化引起的钢筋锈蚀，对确定和保证建筑物的合理使用年限至关重要，也是保证结构安全性的主要因素之一。控制砼碳化深度和速度的要点是：1.综合试验确定，保证钢筋处于碱性环境的钢筋砼各种类型构件的砼保护层厚度；2.优化设计，改善建筑物的使用环境，延缓砼碳化；3.加强优化砼配合比的试验研究，普及推广使用高性能砼；4.重视和规范砂、石、掺合料、外加剂等地方材料的质量控制，严格按国家标准规定限制水泥和砼中粉煤灰的掺量；5.加强施工质量的实控，提高砼的密实度、抗渗性能，延缓砼碳化；6.重要建筑中影响安全性的主要构件，可设计增加砼表面涂层，延缓砼碳化，增加耐久性。
参考文献：
[1]钟桂文，吴海波.混凝土碳化防护研究[J].山西建筑，2013（07）：113-114.
[2]武俊曦，王艳.混凝土碳化研究现状[J].四川建筑科学研究，2011（06）：202-204.
【关键词】混凝土碳化；钢筋锈蚀；抗渗性能；表面涂层；认识
1、综述
根据多年来的工程施工和检测试验而知，砼碳化及对钢筋的影响：在一般正常使用条件下的钢筋混凝土结构工程的耐久性，主要取决于保护层的砼质量（抗渗性和碱度）、厚度、使用环境、原材料和施工质量。处于室内较干燥环境中的结构，虽碳化较快，但钢筋不易锈蚀，处于室外或室内潮湿环境的结构，钢筋锈蚀较快。影响结构耐久性主要因素是砼碳化所需的时间，及钢筋保护层的厚度。另外梁柱结构构件棱角处碳化较快，也容易开裂，其保护层厚度应相应增加。
2、砼碳化对钢筋锈蚀的影响
砼中钢筋的锈蚀是电化学反应的过程，施工成型后砼初始碱度较高（pH>12），此时钢筋在这种高碱度液相介质中，表面形成一层氧化铁钝化膜，它有效地阻隔电化学反应，防止钢筋的锈蚀。只有钝化膜破坏处于活化状态，同时与钢筋接触的砼中存在足够的水和氧的条件下，钢筋发生锈蚀。钝化膜破坏主要是因砼液相碱度较低（pH<11.5），而碱度的降低还是由于砼的碳化。碳化会改变砼的孔隙结构、重量、强度和收缩等性能。实测结果表明完全碳化后的砼碱度pH<10。
因此砼保护层被完全碳化导致的碱度降低是钢筋锈蚀的诱因。如果所处环境缺乏足够的水和氧，钢筋不易锈蚀，而在室外或干湿交替的环境中，保护层的碳化尚未達到钢筋，一般不锈蚀；若已达到，则产生不同程度的普通性锈蚀。综上所述，砼的抗碳化性能，决定了它对钢筋的保护性能，是影响钢筋砼耐久性的主要因素，也是决定钢筋砼保护层厚度的重要参数。
3、影响混凝土碳化的主要因素
3.1碳化深度与碳化时间
大量试验研究表明，砼碳化深度将随着碳化时间的延续而增加，而碳化速度（单位时间内的碳化量）则是逐渐降低的，可简化为下式表示：
x=α
式中：x—碳化深度，mm；
t—碳化时间，快速时单位为天，自然碳化时单位取年；
α—碳化速度系数。
因原材料配合比、施工质量和气候条件等的差异，砼自然碳化深度的离散性较大，但就平均碳化深度与使用年限的关系，符合上式规律。式中α值仅取决于砼本身品质中的抗渗性能和碱度储备，它综合地反映了水灰比、原材料质量、砼施工质量等内因对砼抗碳化能力的影响程度。
3.2主要影响因素
（1）水灰比：强度等级高的砼，水灰比小，抗渗性能高，水泥用量的增加也提高了碱度，故碳化慢，试验结果表明，正常水泥用量的条件下，水灰比是影响碳化速度的主要参数。为近似线性的关系。因此降低水灰比是提高砼抗碳化能力的主要措施。
（2）水泥品种：不同品种的水泥，从熟料到掺和料的理化性质和数量，都有各种的差异。掺合料多的水泥，尤其当前大多以粉煤灰为主，成型后收缩性大，抗渗性较低，碳化速度相对较快。试验表明，水灰比相同时矿渣水泥的砼比普通水泥的砼，碳化速度快10-20%。室外暴露条件下，其碳化速度比普通水泥砼快一倍左右。
（3）骨料：当水灰比相同时，在相同的试验条件下，碎石粒径大的单粒径砼，比粒径小的碳化块10-20%；山砂配制的砼比河沙（配置的砼）碳化速度加快30%。连续粒径粗骨料砼，抗渗性能高，碳化速度较慢。
（4）减水剂：快速碳化试验结果表明：保持水泥用量不变的条件下，掺入0.25%的M剂或3.5%的NC剂后，碳化速度可减缓10-30%，掺入减水剂提高砼的密实性，是提高抗碳化能力的有效途径。
（5）施工质量：同一砼，在施工中振捣和养护的质量是影响砼密实度的重要因素。由于振捣的质量影响，在工程实践中发现，同一构件，不同部位的碳化速度可有成倍差别，特别是构件的棱角部位，容易产生缺陷，碳化速度一般快30%。
砼的抗渗性能还与水泥的水化程度有关，水化程度高的砼，抗渗性能就高；水化不充分，将使砼的抗渗性能降低，加快碳化。因此施工中振捣密实加强养护是保证砼抗渗和抗碳化能力的关键。
（6）表面涂层：为防水而设在结构表面的涂层或卷材，在一定程度上可以阻滞空气的渗透，减缓砼碳化速度。它取决于涂层本身的抗渗性和耐久性。实测结果表明水泥砂浆的抗碳化能力不低于相应配比的砼。由此可见，在结构表面施加涂层或水泥砂浆面层，可以用来弥补砼保护层抗碳化能力的不足。
（7）环境条件：砼的透气性除与孔隙结构有关外，还与孔隙的充水程度即湿度有关。含饱和水的砼和完全干燥的砼不可能碳化。试验结果表明当相对湿度为90%、70%、50%时，砼碳化速度的平均比率为0.6：1.0：1.4，环境湿度相同时，CO2含量越高，碳化速度越快。
结论：
综上所述，钢筋砼结构中砼碳化引起的钢筋锈蚀，对确定和保证建筑物的合理使用年限至关重要，也是保证结构安全性的主要因素之一。控制砼碳化深度和速度的要点是：1.综合试验确定，保证钢筋处于碱性环境的钢筋砼各种类型构件的砼保护层厚度；2.优化设计，改善建筑物的使用环境，延缓砼碳化；3.加强优化砼配合比的试验研究，普及推广使用高性能砼；4.重视和规范砂、石、掺合料、外加剂等地方材料的质量控制，严格按国家标准规定限制水泥和砼中粉煤灰的掺量；5.加强施工质量的实控，提高砼的密实度、抗渗性能，延缓砼碳化；6.重要建筑中影响安全性的主要构件，可设计增加砼表面涂层，延缓砼碳化，增加耐久性。
参考文献：
[1]钟桂文，吴海波.混凝土碳化防护研究[J].山西建筑，2013（07）：113-114.
[2]武俊曦，王艳.混凝土碳化研究现状[J].四川建筑科学研究，2011（06）：202-204.