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一、引言

近幾十年來(lái)，鋼筋混凝土已成為各類工程的首選體系，其服役壽命卻日益受到耐久性拷問(wèn)，其中“能否抵御碳化”尤為關(guān)鍵。碳化深度即使相同，不同配合比、不同環(huán)境的混凝土表現(xiàn)出的剩余壽命也會(huì)天差地別。早期設(shè)計(jì)與施工往往忽視碳化，結(jié)果大批建筑提前老化；而全球 CO? 濃度持續(xù)攀升，更把這一問(wèn)題推向前臺(tái)。碳化前鋒一旦抵達(dá)鋼筋，鈍化膜失穩(wěn)→銹蝕→膨脹→開(kāi)裂→剝落，最終結(jié)構(gòu)性能斷崖式下跌。美國(guó) 1975 年腐蝕損失 700 億美元中，鋼筋銹蝕占了四成；我國(guó)“七五”期間，維修資金已占基建總投資的 54%?？梢?jiàn)，碳化-銹蝕鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是鋼筋混凝土提前退役的主因之一，系統(tǒng)研究刻不容緩。

二、碳化破壞機(jī)理

（一）碳化進(jìn)程

1. 反應(yīng)方程

水泥石中的水化產(chǎn)物（主要為 Ca(OH)?、C-S-H 等）與擴(kuò)散進(jìn)入的 CO? 反應(yīng)：

CO? + H?O → H?CO?

Ca(OH)? + H?CO? → CaCO? + 2H?O

C-S-H + H?CO? → CaCO? + SiO?·nH?O

上述多相反應(yīng)發(fā)生在固-液-氣三相界面，是一個(gè)持續(xù)進(jìn)行的物理化學(xué)耦合過(guò)程。

2. 離子遷移路徑

孔溶液中 Na?、K? 濃度高，Ca2? 濃度低。CO? 溶于孔液生成 H? 與 CO?2?，H? 與固相 Ca(OH)? 釋放的 OH? 中和，CO?2? 與少量 Ca2? 迅速沉淀為 CaCO?。

（二）鋼筋銹蝕機(jī)制

鋼筋在高堿環(huán)境中（pH≈12.5~13）形成 γ-Fe?O?/Fe?O? 復(fù)合鈍化膜。碳化前鋒到達(dá)后，孔液 pH 降至 9 以下，鈍化膜失穩(wěn)，鋼筋進(jìn)入活化腐蝕階段。腐蝕產(chǎn)物體積膨脹 2~6 倍，導(dǎo)致混凝土順筋開(kāi)裂、剝落。除 CO? 外，Cl?、SO? 等也會(huì)破壞鈍化膜，且破壞更劇烈，故需綜合評(píng)估多因素耦合效應(yīng)。

三、碳化速度的影響因子

碳化是 CO?“擴(kuò)散-溶解-反應(yīng)”三部曲，速度受材料、環(huán)境、荷載等多因子耦合控制。

（一）材料自身因素

1. 水泥用量

水泥量越大，可碳化物質(zhì)越多，同時(shí)漿體更密實(shí)，碳化發(fā)展越慢。

2. 水泥品種

活性高、堿儲(chǔ)備大的早強(qiáng)水泥抗碳化最優(yōu)，普通硅酸鹽水泥次之，礦渣水泥再次。

3. 水灰比

水灰比降低 → 密實(shí)度提升 → CO? 擴(kuò)散阻力增大 → 碳化速率減??；反之亦然。

4. 強(qiáng)度等級(jí)

強(qiáng)度綜合反映水灰比、骨料品質(zhì)、施工養(yǎng)護(hù)水平，強(qiáng)度越高，抗碳化越強(qiáng)。

5. 骨料

連續(xù)級(jí)配、表面潔凈的粗骨料可降低孔隙率；輕骨料混凝土因孔隙率高，碳化更快。

6. 施工與養(yǎng)護(hù)

振搗不密實(shí)、早期失水養(yǎng)護(hù)不足，會(huì)顯著增大表層滲透系數(shù)，加速碳化。蒸汽養(yǎng)護(hù)若控制不當(dāng)，也會(huì)使后期碳化速度提高約 1.5 倍。

（二）外部環(huán)境因素

1. 溫度

升溫加速 CO? 擴(kuò)散與化學(xué)反應(yīng)，直射陽(yáng)光更使表面溫度驟升，碳化顯著加快。

2. 相對(duì)濕度

50%~70% RH 時(shí)孔液既不過(guò)干也不過(guò)飽，碳化最快；過(guò)干 CO? 無(wú)法溶解，過(guò)濕產(chǎn)物水難以逸出。

3. CO? 濃度

基于 Fick 第一定律，碳化深度與 √CO? 濃度成正比，工業(yè)廠房、隧道等 CO? 富集區(qū)需重點(diǎn)設(shè)防。

4. 氯離子

Cl? 與 Ca(OH)? 生成 CaCl?，吸濕性強(qiáng)，可快速瓦解鈍化膜，形成“點(diǎn)蝕”，與碳化協(xié)同加劇銹蝕。

（三）其他因素

1. 應(yīng)力狀態(tài)

壓應(yīng)力閉合微裂縫，減慢碳化；拉應(yīng)力擴(kuò)展裂縫，加速碳化；過(guò)高壓應(yīng)力也可能誘發(fā)微裂縫。

2. 裂縫

裂縫成為 CO?、Cl? 等入侵的高速通道，裂縫處碳化深度可達(dá)無(wú)裂縫區(qū)的 2~3 倍。

3. 施工缺陷

蜂窩、麻面、冷縫等均會(huì)顯著提高滲透系數(shù)，是碳化-銹蝕的“溫床”。

4. 養(yǎng)護(hù)制度

養(yǎng)護(hù)期越長(zhǎng)，水泥水化越充分，微觀結(jié)構(gòu)越密實(shí)，碳化系數(shù)隨齡期增加而降低。

四、碳化防控技術(shù)體系

（一）材料與配合比

按環(huán)境等級(jí)選用早強(qiáng)或抗硫酸鹽水泥；

采用連續(xù)級(jí)配、潔凈骨料；

低水灰比、高膠材體系，摻減水劑、礦物摻合料（粉煤灰、硅灰）提高密實(shí)度。

（二）施工與養(yǎng)護(hù)

避開(kāi)極端天氣施工，分層澆筑、均勻振搗；

拆模強(qiáng)度≥設(shè)計(jì)強(qiáng)度 50%，且與內(nèi)外溫差＜20 ℃；

初凝后立即覆蓋保濕，養(yǎng)護(hù)期≥7 d（大體積混凝土 14 d）。

（三）表面防護(hù)

環(huán)氧厚漿、呋喃改性環(huán)氧、丙烯酸等封閉涂層；

水下變形縫采用 SBS 改性瀝青灌縫，水上部分用 SR 嵌縫膏封閉；

必要時(shí)增設(shè)≥50 mm 保護(hù)層或陰極保護(hù)系統(tǒng)。

五、結(jié)論與展望

碳化是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最常見(jiàn)的耐久性病害之一。通過(guò)“材料-結(jié)構(gòu)-環(huán)境-荷載”多維度控制：

材料：低水膠比、高活性摻合料、抗蝕骨料；

施工：全過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控、精細(xì)化養(yǎng)護(hù)；

防護(hù)：表面封閉、陰極保護(hù)、增厚保護(hù)層；

可顯著延緩碳化前鋒推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)免大修”的目標(biāo)。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展碳化-氯離子-荷載-凍融多因素耦合模型研究，并建立快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的智能化平臺(tái)，為既有建筑延壽及新建工程全壽命設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說(shuō)明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

【會(huì)議培訓(xùn)】

2025全國(guó)混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會(huì)

第十屆全國(guó)建筑固廢和尾礦泥漿處理及資源化利用大會(huì)暨中國(guó)砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)年會(huì)

2025第二十一屆全國(guó)商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國(guó)商品混凝土年會(huì)

預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓(xùn)

混凝土（砂漿）試驗(yàn)檢測(cè)方法實(shí)操教學(xué)線上培訓(xùn)

【咨詢服務(wù)】

科技成果評(píng)價(jià)

預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術(shù)咨詢

課題研究

研發(fā)中心建設(shè)

產(chǎn)品檢測(cè)

綠色建材產(chǎn)品認(rèn)證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自保溫技術(shù)體系》推廣等

【建材“雙碳”業(yè)務(wù)】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復(fù)合摻合料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應(yīng)用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見(jiàn)預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡(jiǎn)稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國(guó)內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動(dòng)態(tài)，為全國(guó)混凝土行業(yè)開(kāi)展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會(huì)議、承擔(dān)行業(yè)培訓(xùn)、從事認(rèn)證評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)研究等，中心是建材情報(bào)所主要業(yè)務(wù)部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會(huì)分支機(jī)構(gòu)包括中國(guó)散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)混凝土專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺(tái)有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺(tái)、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)、中國(guó)商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會(huì)（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來(lái)工程技術(shù)研究院（會(huì)員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開(kāi)展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

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