混凝土碳化-腐蚀专题

专题资料：: 大连理工大学; 北京科技大学
专题制作：: 国家材料环境腐蚀平台

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混凝土碳化

混凝土碳化是指混凝土中的氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳或其它酸性气体发生化学反应的过程。混凝土碳化可用下列化学式表示：

碳化的实质是混凝土的中性化。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，是混凝土内部的孔隙充满了饱和氢氧化钙溶液，其pH值为12-13、在这样高的碱性环境中埋置的钢筋容易发生钝化作用，使钢筋表面生成一层难溶的三氧化二铁和四氧化三铁，通常称为钝化膜，能够阻止混凝土中钢筋的腐蚀。当有二氧化碳和水气从表面通过空隙进入混凝土内部时，和混凝土中的碱性物质中和，会导致混合体的pH值降低。当pH值小于9时，埋置于混凝土中的钢筋表面的钝化膜被逐渐破坏，在水分和其他有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生腐蚀。

在大气环境下，CO2与混凝土中的碱性物质的反应是一个很复杂的物理化学过程。水泥水化后的产物为氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等，其稳定存在的pH值分别为:12.23、10.4、11.43、10.17.混凝土的孔隙水为氢氧化钙饱和液，其pH值约为12~13,呈强碱性。

在水泥水化过程中，由于化学收缩，自由水蒸发等诸多原因，在混凝土内部形成了许多大小各异的孔隙，大气中的二氧化碳便通过这些孔隙向混凝土内部扩散，并在水的参与下形成碳酸。碳酸与水泥水化过程中产生的可碳化物质发生反应，生成碳酸钙和其他物质。

由于碳化作用，氢氧化钙变成了碳酸钙，水泥石的原有强碱性逐渐降低，pH值降至8.5左右，称这种现象为中性化。国内外研究表明,对于混凝土中的钢筋，存在两个临界pH值，其一是pH=9.88,这时钢筋表面的钝化膜开始生成，或者说低于此临界值时钢筋表面不可能有钝化膜的存在，即完全处于活化状态；其二是pH=9.88,这时钢筋表面才能形成完整的钝化膜，或者说低于此临界值时钢筋表面的钝化膜仍是不稳定的。因此，要使混凝土中的钢筋不锈蚀，则混凝土的pH值必须大于11.5.