碳化是混凝土中性化最常见的一种形式，在某些条件下，混凝土的碳化会增加其密实性，提高混凝土的强度，但随着碳化深度的增加，会加速钢筋的锈蚀，降低混凝土的耐久性。
1混凝土碳化原理
拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的pH值为12.5～13.5。空气中的二氧化碳气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2进行中和反应。反应产物为CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉积于毛细孔中。该反应式为：
Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O
反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的二氧化碳反应，一直到孔隙液的pH值降为8.5～9.0时，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。
2影响混凝土碳化的因素
2.1内部因素
2.1.1材料
（1）水泥品种和用量
不同的水泥，其矿物组成、混合材量、生料化学成分不同，其抗碳化能力也会有所差异。水泥中CaO的含量高，混凝土中的氢氧化钙就高，其吸收二氧化碳的能力就越大，也就需要更多的二氧化碳来中和混凝土的碱性，因此其抗碳化能力就越强。如矿渣水泥、普通硅酸盐水泥、早强水泥，这三种水泥的CaO含量依次增加，相应混凝土的抗碳化能力就依次增强[1]。
水泥用量直接影响混凝土吸收二氧化碳的量，增加水泥用量一方面可以改变混凝土的和易性，提高混凝土的密实性；另一方面可以增加混凝土的碱性储备。因此，水泥用量越大，混凝土强度越高，其碳化速度就越慢。
（2）集料品种和级配
集料的品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响混凝土的密实性。轻集料混凝土与普通混凝土相比，由于集料的孔隙多，对二氧化碳和水分的渗透性大，碳化进行也比普通混凝土快。同样都是普通混凝土，材质致密坚实，级配较好的集料的混凝土，其碳化的速度较慢。
（3）掺合料的品种
①粉煤灰和矿粉
不同掺合料对混凝土抗碳化能力的影响是不一样的，优质的粉煤灰或矿粉，颗粒组成更细，它的微集料填充效果更好，可以充分改善水泥石中的孔隙结构，增强混凝土的抗渗性，阻止酸性气体的侵入，因而抗碳化能力较高。
②外加剂
不同品种的外加剂对混凝土的抗碳化能力有不同的作用。一般情况下，混凝土外加剂都兼有减水和引气的作用，减水作用降低了水灰比，增加了混凝土的抗碳化能力；引气作用会增加混凝土的孔隙含量，加剧了二氧化碳气体向混凝土内部的扩散，导致碳化速度加快。因此，引气含量要严格控制在标准范围以内。
2.1.2水灰比
水灰比越小，水用于水化反应的比例高，蒸发排出混凝土的水分少，因而混凝土中遗留的微空隙量小，混凝土比较密实，二氧化碳向混凝土内扩散受到的阻力增加，延缓了混凝土的碳化速度，混凝土的抗碳化能力较高。水灰比控制着混凝土的渗透性。在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，碳化速度加快。
2.1.3施工质量
密实的混凝土表层孔隙很小，易从潮湿的空气中吸取水分而充满水，所以不易碳化；不密实的混凝土表层空隙内无水，二氧化碳可以扩散到毛细孔内进行碳化。混凝土浇筑时不规范，振捣不密实，造成混凝土强度低，蜂窝、麻面、空洞多，为大气中的二氧化碳和水分的渗入创造了有利条件，加速了混凝土的碳化。
2.1.4养护质量
在混凝土的水化、凝结、硬化过程中，混凝土的外部湿度和内外温度对混凝土的成型后质量的优劣起着重要作用。加强混凝土的养护，保证混凝土在浇筑后的一定时间内保持适当的温湿度，尽可能减少由于混凝土硬化和收缩引起的裂缝或其它病害，使混凝土满足设计强度要求和耐久性指标等。养护好的混凝土具有强度高、密实性好、抗侵蚀能力强，能阻止空气中二氧化碳和水分侵入其内，延缓碳化速度；反之，如果养护方法不当或养护时间不足，会造成混凝土内部毛细孔道粗大且相互连通，严重时出现裂缝，使水、空气、侵蚀性物质沿着毛细孔道或裂缝进入混凝土内部，从而加速了混凝土的碳化。
2.2外部因素
2.2.1光照和温度
碳化作为一种化学反应过程与一般的化学反应有相似之处，温度升高将加速二氧化碳气体向混凝土中的扩散，提高反应速度，加速碳化。因此阳面混凝土受阳光的直接照射会加速混凝土的碳化。
2.2.2相对湿度和二氧化碳浓度
二氧化碳气体和水结合形成碳酸是混凝土碳化的一个前提条件。因此，相对湿度30％以下非常干燥的环境下，碳化进行的非常缓慢[2]。在空气相对湿度60％～80％的时候，不密实的混凝土最容易碳化。二氧化碳浓度的增大也会加剧混凝土结构的碳化，对混凝土结构的耐久性带来更为不利的影响。
3混凝土碳化的危害与作用
混凝土的碳化作用分为有利和有害两个方面。形成的CaCO3可减少孔隙率，阻断孔道之间连通，并且使强度有所增加，这是有利的一面。碳化的不利影响主要是降低孔隙液中的pH值，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，导致混凝土中钢筋锈蚀。同时，混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩，从而产生裂缝，导致结构的破坏，造成耐久性严重下降，缩短工程寿命。
4防止混凝土碳化的措施
4.1控制水灰比
水灰比的大小不仅影响混凝土的强度和密实性，而且也影响着混凝土的抗渗性、抗冻性、抗蚀性和抗碳化性能。水灰比小的混凝土水泥浆的组织密实，透气性小，即有较好的抗渗性，因而碳化速度慢。所以在拌制用水量，增加密实度，提高混凝土的抗渗性。
4.2采用活性掺合料和减水剂
掺加优质的掺合料，不仅可以节约水泥，改善和易性，并且反应生成的水化硅酸钙凝胶体封堵毛细孔，从而提高对钢筋的防护性能；另掺引气型的高效减水剂，一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通的微小气泡，阻止了二氧化碳的渗透，另一方面也大大减少了混凝土的用水量，增加了混凝土的密实度，提高了抗渗性。
4.3加强养护
施工质量与养护对混凝土的耐久性的影响超过其他因素。仅凭试验室确定的配合比和预期性能，不能代表现场构筑物的真实情况。从大量混凝土工程出现的碳化看，多出现在施工质量与养护上，因此，严格标准要求，严格操作规程、严格控制施工质量，是十分必要的。
5工程实例
苏商大厦工程混凝土强度等级为C60，因拆模较晚，后来在工程验收期间，检测混凝土的碳化深度基本都为0.5mm，有的甚至为0mm。延迟拆模时间，一定程度上保护了二氧化碳的入侵，减慢了混凝土的碳化速度。
6结语
混凝土是不断发展的动态过程，要建筑物长寿命不完全是技术问题。降低水灰比，加强施工质量与养护，使混凝土达到最佳的密实度是防碳化的关键措施。
