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摘要：如何在混凝土应用大掺量掺合料和再生骨料在前提下保证混凝土寿命，保证强度，降低碳化已成为建筑工程的焦点。本文主要对混凝土碳化及影响因素做了简单论述，即使是掺合料较多，在混凝土水灰比低，密实性好情况下，碳化深度低。混凝土原材料质量、配合比设计理念将是决定混凝土碳化的决定方面，混凝土强度及掺合料用量并不是主要因素。
关键词：碳化深度；耐久性；密实性；掺合料
0引言
但笔者从事混凝土设计及检测多年，发现现在混凝土碳化越来越大，时间越来越短。28天C30混凝土到现场检测，碳化达到8mm。这与近几年所采用的原材料有关，环境条件养护条件有关，更与配合比设计理念有关。一般工程人员将碳化深度归根为掺合料（粉煤灰、矿粉）过多，即水泥生产过程中掺合料掺的多，达到30%以上，混凝土生产中再次加入过量的掺合料，达到40%。笔者刚开始也有相同的认识，但经过大量的工程实例，及试验后，认为这个认识是偏面的。通过各种工程实例及试验得出即使相同的原材料，掺加更多的掺合料达到50%以上，采用较低水胶比、也可以增加混凝土密实性，实现较低碳化，60天碳化控制在1.5mm，即使掺合料增大，也能控制住碳化深度。
1碳化机理
混凝土的碳化程度与对混凝土的破坏作用与寿命成正比。
混凝土的碳化机理：新鲜混凝土由于水泥水化作用,生成有Ca( OH) 2 等水化产物,呈现明显的碱性, pH 值达12—13。混凝土的碳化是指混凝土中的 Ca( OH) 2与大气中渗透进混凝土中的 CO2等酸性气体发生化学反应的过程。
由于混凝土是一个多孔体，在其内部存在大小不同的毛细管、孔隙、气泡、甚至缺陷，空气中的 CO2 气体渗透到混凝土的孔隙中，与孔隙中的可碳化物质发生化学反应。
混凝土的碳化可以用下列化学方程式表示:
Ca (OH) 2 + H2O + CO2→CaCO3 + 2 H2O
3CaO ·2SiO2·3H2O + 3 CO2→
3 CaCO3 ·2SiO2 .3H2O
3 CaO ·SiO2 + 3 CO2 +γH2O →
3 CaCO3 + SiO2 · γH2O
2 CaO ·SiO2 + 2 CO2 +γH2O →
2 CaCO3 + SiO2 · γH2O
混凝土的碳化速度取决于CO2气体的扩散速度及CO2与混凝土成分的反应性。而CO2气体的扩散速度又受混凝土本身的组织密实性、CO2气体的浓度、环境温度、湿度等因素影响，所以碳化反应受混凝土内孔隙溶液的组成、水化产物的形态等因素的影响。
2碳化深度是混凝土的重要质量指标。
由于混凝土加大了掺合料和再生骨料的使用，使用混凝土极易产生碳化，所以混凝土原材料采用、质量控制，配比设计都要将减少碳化做为一项重要工作。
根据混凝土生产及工地实际检测反映情况，增强抗碳化能力，具体有以下方面：
2.1水泥影响。不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有重要影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。
2.2骨料的品种及级配。骨料的压碎值越低，骨料越密实，内部的空隙越少，形成混凝土时带入的CO2量越少。骨料的级配不同，其内部空隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性，良好的级配有助于减小混凝土内部空隙。再生骨料石粉含量高，含泥量达不到标准，级配也不好，造成混凝土的流动性及和易性差，坍落度损失快，不利于泵送。工地为了增强泵送性，就会往混凝土内加水，这样就增大水胶比，在混凝土中留下更多无用的游离水，混凝土在硬化后，因为水的蒸发将会产生更多的水通道，减小了密实性，渗透性增大，使更多的CO2等酸性气体侵入混凝土内部使之碳化加深，降低PH值，使钢筋钝化膜消失，失去保护钢筋的作用，使钢筋锈蚀，降低耐久性。
2.3矿物掺合料的品种及数量。具有活性水硬性材料的掺合料，其不能自行硬化，但能与水泥水化析出的氢氧化钙相互作用而形成较强较稳定的胶结物质，使混凝土碱度降低。在水胶比不变采用等量取代的条件下，掺料量取代水泥量越多，混凝土的碳化速度就越快。但是由于矿粉颗粒比水泥小，有效填充了水泥之间的空隙，并能参与水泥的二次水化，减小了低密度Ca(OH)2的含量。
在同样水胶比的情况下，大掺量单掺粉煤灰会降低混凝土的密实性，并使水泥石的PH值降低，例如在胶凝材料470kg/m3，水胶比0.32，粉煤灰单掺30%，会使混凝土的钢筋锈蚀率比基准混凝土增加8.63%。粉煤灰的掺量越高，混凝土的早期强度越低，密实性也越差，碳化深度越大。
2.4外加剂。外加剂能有效地改善混凝土的性能，而且具有良好的经济效益。在大掺量矿物掺合料的前提下，使用高减水率的外加剂，能有效降低用水量，减少碳化。从使用种类说，聚羧酸外加剂要比萘系、脂肪族效果好。高效能减水剂的使用，水泥粒子能得到充分的分散，用水量大大减少，水泥潜能得到充分发挥，使水泥石较为致密，孔结构和界面区微结构得到很好的改善，从而使得混凝土的物理力学性能有了很大的提高，无论是不透水性，还是氯离子扩散、碳化、抗硫酸盐侵蚀以及抗冲、耐磨性能等各方面均优于其他混凝土，不仅提高了强度，改善和易性，还提高混凝土的耐久性。
2.5水胶比与用水量。水胶比越高，混凝土含游离水越多，混凝土内部孔隙率越大，在硬化后由于水的蒸发留下更多的孔道，给CO2等酸性有害气体的侵入创造了有利条件，极大降低了混凝土内部PH值，使钢筋钝化膜消失，产生锈蚀。通过试验，在水胶比0.48，胶凝材料380kg/m3，用水量182 kg/m3，粉煤灰和矿粉双掺45%、25%、15%，采用再生骨料，分别制作十五组试块（150*150*150），,在同条件养护28天平均值分别为：7mm、5mm、3mm。同配比，采用聚羧酸外加剂，用水量为165 kg/m3，水胶比0.43，在同条件养护28天平均值分别为：1.5mm、1mm、0.5mm。水胶比越低，用水量越低，混凝土越密实，空隙率越低，抗碳化能力越强。
2.6优化配合比设计。混凝土抗碳化最重要的一步，优化配合比，及所采用的原材料。在搅拌站一般情况下，水泥等主材是一定的，我们就需要在此前提下进行材料及配比优化。
配合比优化分两种：一种为非泵送混凝土，一种为泵送混凝土，其优化的程度不尽相同。
非泵送混凝土一般为流放及塔吊混凝土。其特点流动性要求小，坍落度150mm左右即可。其优化措施为降低砂率3-6%，提高石子用量100-200kg/m3,外加剂用量不变，或提高0.5-1.0%掺量，使用水量下降20kg/m3,但最低不宜低于155 kg/m3，以防止粘性过大，造成发货时电流过大，施工比较困难。相同的胶材用量，在采取措施后，28天同条件试块碳化深度能从8mm降到2mm,混凝土颜色由以前配比的白色变为变更配比的青色，强度提高5-10MPa,可以节省水泥60 kg/m3。达到同样的强度能够降低水泥用量，胶材用量，使单方成本10-20元/m3。但此调整要注意混凝土发货操作工的质量控制，不能随意调整坍落度，坍落度过大时，易产生离析抓底现象，造成不必要的质量隐患。在砂的选用上选用细度模数小的中砂，切忌选用高模数砂及粗砂，造成混凝土质量失控。
泵送混凝土难度比非泵送大，首先要保证可泵送性，在此基础上保证控制用水量，提高石子用量。其特点和易性要求好，出机坍落度180mm左右即可，采用此措施后，坍损一般较低。其优化措施为降低砂率2-4%，提高石子用量60-150kg/m3,外加剂用量不变，或提高0.5-1.0%掺量，使用水量下降15kg/m3,但最低不宜低于160 kg/m3，要防止石子过多，粘性过大，造成泵送困难。
对泵送混凝土应减少由于泵压及气温、长时间运输造成的坍损。试验时以观察混凝土3小时坍损为宜。混凝土出机时不能产生离析，过大的现象。在此配比下，大掺量粉煤灰和矿粉，在现场同条件养护下，28天碳化深度不大于1.5mm。
3结语
（1）通过优化配比，降低用水量，合理砂率，合适的矿物掺合料用量，可以保证低碳化深度，保证混凝土的耐久性,保证建筑的使用寿命。
（2）通过优化配在比保证低碳化深度，保证混凝土的耐久性前提下能够达到混凝土经济合理，水泥用量低，环保。
（3）优化配比要注意原材料变化及之间配比数量，以工地能够施工泵送为前提，加强试验、操作控制人员培训，为混凝土质量达到优良提供保证。
混凝土碳化是一个复杂的系统工程。它涉及结构设计、配合比设计、材料、施工、以及使用维护等多方面、多学科,很少由于某一孤立的原因造成的，因此采用合理的配合比，减少用水量，使胶凝材料与骨料相互有效填充穿插，增强密实性，控制好原材料的质量、出厂质量及施工质量，定期养护是减小碳化深度增强耐久性的有效措施。
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