混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响及防护措施探讨 (1994年)

混凝土碳化与钢筋锈蚀是土木工程领域的重要问题。混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳（CO2）气体与混凝土内部的碱性物质发生化学反应的过程，这个过程会消耗混凝土中的碱性成分，使得混凝土内部的pH值下降。当混凝土的碱性环境遭到破坏，钢筋表面的钝化膜层就可能会不稳定，进而导致钢筋锈蚀。钢筋锈蚀不仅会降低材料的力学性能，还会引起体积膨胀，从而在结构上产生裂缝，最终可能会导致结构破坏，甚至危及建筑物的安全。 在探讨混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响时，首先要了解混凝土的护筋性机理。水泥水化过程中会产生Ca(OH)2、3CaO•2SiO2•3H2O等碱性物质，这些物质能保持混凝土的pH值在较高水平（约为12.5~13），在这样的高碱环境下，钢筋表面可以形成致密且稳定的钝化膜层（主要成分为r-Fe2O3•nH2O或Fe2O3•nH2O）。然而，当混凝土中的碱性水化产物被溶解或因碳化作用而碱度下降时，钢筋的钝化膜层则可能被破坏，失去对钢筋的保护作用。 影响混凝土碳化的因素主要包括环境中的CO2浓度、温度、湿度以及混凝土自身的材料组成和孔隙结构等。CO2浓度越高，碳化过程越快；同时，当混凝土含有较高水分时，水能促进二氧化碳的扩散，加速碳化进程；而混凝土的孔隙率越大，碳化也会越快，因为毛细管孔隙为CO2提供了进入混凝土内部的通道。 为提高混凝土的护筋性，即保护钢筋免受锈蚀，可以采取一系列防护措施。例如，可以通过增加混凝土的密实度来减少孔隙，这样可以限制二氧化碳的渗透；使用矿物掺合料（如粉煤灰、硅灰等）也可以提高混凝土的密实度；此外，配制混凝土时控制氯化物含量，尤其是氯盐含量应低于水泥重量的1%（按照国标GBJ204-83的规定），以避免氯离子引起的钢筋腐蚀。 在设计时，对于处于大气中的钢筋混凝土结构，还需考虑到混凝土保护层厚度与设计使用寿命的匹配，以确保在设计年限内钢筋不受到碳化层的影响。如果碳化层到达钢筋表面，将会对钢筋产生锈蚀，若锈蚀发展到一定阶段，混凝土保护层可能会出现裂缝，严重时钢筋会露出，影响结构安全。 至于混凝土的碳化速度模型，按照Fick第一扩散定律，混凝土碳化深度与时间平方根成正比关系。因此，碳化是一个缓慢的过程，这为制定防护措施提供了理论基础。通过对碳化速度的控制，可以在一定程度上预测混凝土结构的耐久性，为设计和维护提供科学依据。 混凝土碳化和钢筋锈蚀是相互关联的过程，它们对建筑物的耐久性及安全性具有重大影响。通过科学的材料选择、结构设计和施工技术的综合运用，可以有效减缓碳化进程，确保混凝土结构的长期安全。