0 ·引言
近几年，水库、水闸除险加固，常常遇到混凝土碳化问题。比如内蒙古三盛公水利枢纽和海日苏水利枢纽的除险加固工程均包括混凝土碳化的处理。
混凝土碳化是混凝土的自然现象，是混凝土在含有CO2介质中发生的一个必然过程，可能过程比较漫长，但却对混凝土的耐久性是个致命问题，建筑上常以混凝土碳化达到钢筋部位所需的时间，作为混凝土的耐用年限。可见混凝土碳化问题应予重视，无论在工程设计还是在施工中都应予以考虑，使钢筋混凝土结构的耐用年限达到或超过预计的要求。
1· 混凝土碳化原理
混凝土主要是以水泥为胶结材料。水泥是一种水硬性胶凝材料，与一定比例的砂石、水搅拌，浇筑成型，经一定龄期养护，形成混凝土。
水泥熟料主要由Ca3S( 硅酸三钙) 、Ca2S( 硅酸二钙) 、Ca3A( 铝酸三钙) 、C4AF( 铁铝酸四钙) 4 种矿物成分组成、其中Ca3S 占50% 左右，是水泥的主要成分，Ca3S 经水化作用，反应如下:
3CaO·SiO2 + nH2O =2CaO·SiO2( n － 1) H2O + Ca( OH)2
3CaO·SiO2水化后生成Ca( OH)2，使混凝土具有碱性，但Ca( OH)2能溶于水，在空气中能与空气中的CO2化合生成CaCO3，使混凝土逐渐失去碱性。混凝土失去碱性的现象即称为碳化。
2 ·混凝土碳化的危害
由于混凝土呈碱性，所以钢筋包裹在混凝土中不生锈，一旦失去碱性，钢筋就有锈蚀的危险，尤其已碳化的混凝土中如产生碳酸，就会加速钢筋的锈蚀。
混凝土碳化后体积有所收缩，而钢筋生锈体积就会膨胀，两者作用会使混凝土保护层出现顺钢筋方向的裂缝，严重了可使混凝土保护层剥落，造成钢筋混凝土结构的破坏，危及工程安全。所以，在设计和施工中必须重视混凝土的耐用年限和如何减小混凝土碳化速度的问题，尤其是钢筋混凝土结构。
3· 影响混凝土碳化速度的因素
( 1) 水泥品种。根据水泥矿物成分组成的不同、施工及结构的不同要求，产生多种特性的水泥，Ca3S 所占比例的不同、掺合料品种及掺量的不同，对碳化速度都有较大影响。
前述水泥4 种矿物成分中，Ca3S 水化生成物Ca( OH)2使混凝土具有碱性，且混凝土硬化快，水化热大，强度增长快，硬化后强度高，其他3 种矿物成分C2S、C3A、C4AF，虽在混凝土硬化过程中作用各不相同，但水化生成物均不含碱性，可见这3 种矿物成分不具备抗碳化能力。建筑上常用的水泥，是以经煅烧生成的前述4 种矿物成分熟料，加入适量石膏进行磨细制成水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。如除加入适量石膏，再加入适量其他混合材料、高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰等磨细制成水硬性胶凝材料，分别称为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥。由于各种水泥Ca3S 含量的差别，其碳化速度有很大差别，碳化速度由慢到快排序为: 早强硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥( 简称粉煤灰水泥) 。
( 2) 混凝土的配合比和标号。水泥用量大、标号高、水灰比小，碳化速度慢，反之碳化速度快。
( 3) 外加剂。引气剂及减水剂可以改善混凝土的和易性，减小水灰比，增加混凝土的密实度，从而提高混凝土的抗碳化能力。
( 4) 骨料的性质。轻骨料为多孔质，透气性强，CO2可以透过骨料，因此，轻骨料配制的混凝土碳化速度快于普通混凝土。
( 5) 施工质量。混凝土振捣不实、养护不足等施工质量缺欠，使混凝土密实性降低，以及混凝土蜂窝、麻面、裂缝等都会加快混凝土的碳化速度。
4· 设计和施工应重视混凝土碳化问题
内蒙古红山水库下游1 km 有一座交通桥，为20世纪60 年代建库期间设计和施工的桥梁，20 世纪90年代末报废。报废原因是个别梁和桩柱混凝土顺钢筋方向开裂，从裂口看保护层不足2 cm，钢筋裸露，有的混凝土脱落，完全符合混凝土碳化破坏的特征。从原施工人员了解到，当时为计划经济时代，水泥是计划调拨物质，红山水库使用的水泥基本都是锦西( 现已更名为葫芦岛) 矿渣硅酸盐水泥。
钢筋保护层是设计图纸给定，因此设计确定钢筋保护层时，应考虑到工程的使用年限，注意混凝土碳化问题。实际上，增加1cm 保护层，混凝土耐用年限就会有很大变化。有资料介绍，混凝土碳化深度可采用下式表示:
假设，某种混凝土碳化深度1 cm，时间为10 个单位时间，依上式，碳化深度2 cm 时则需22 × 10 个单位时间，即40 个单位时间。所以，钢筋保护层厚度和钢筋混凝土结构的使用年限有很大关系，设计应予重视。该桥之所以个别梁、桩柱破坏，应该还牵扯施工质量问题，钢筋保护层控制不严或混凝土局部有缺欠。
施工单位选用水泥也应考虑混凝土碳化问题，轻型钢筋混凝土结构( 如板、梁、柱) 应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，尽量不用掺料多的水泥，还要考虑到上述影响混凝土碳化速度的诸多其他因素。
