0前言
众所周知，钢筋混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料。然而，在使用荷载和环境等因素作用下，钢筋混凝土仍然存在材料老化、腐蚀，以及由此引起的结构性能劣化等问题。在一般大气环境条件下，混凝土碳化并引起埋置其中的钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土耐久性的最主要因素。
混凝土是一种强碱性材料（pH12.5），钢筋在这种环境下产生钝化膜而不会锈蚀。一旦暴露在大气中，大气中的二氧化碳浸入混凝土并中和混凝土中的氢氧化钙，使其碱性下降，从而使钢筋钝化膜破坏并导致锈蚀。因此，混凝土碳化是钢筋锈蚀的重要前提。钢筋不断地锈蚀促使混凝土保护层开裂，产生沿筋裂缝和剥落，进而导致粘结力减小，钢筋受力面积减小，结构耐久性和承载力降低等一系列不良后果。
本文从混凝土矿物掺合料掺加比例、水胶比、胶材用量等方面对影响混凝土碳化因素进行分析，找出这些因素对混凝土碳化的关系。
1试验材料及主要设备
（1）原材料。水泥（成安金隅粉磨站P-.5）；矿渣粉（邯郸建材S95）；粉煤灰（邯峰电厂）；天然砂、人工砂、碎石（成安商栓）；外加剂（金隅科技）。
（2）实验主要设备：混凝土碳化试验箱、HJW-60型搅拌机。
2试验方案
粉煤灰单掺，在胶材总量不变的情况下，粉煤灰单掺（0%、15%、25%、35%、50%），矿渣粉单掺（0%、15%、25%、35%、50%），以及复掺粉煤灰与矿渣粉（掺量均为25%）对碳化深度影响实验混凝土配合比见表1，2，3；同一胶材总量下，不同水胶比对碳化深度影响实验混凝土配合比见表4。
3试验数据及分析
3.1粉煤灰单掺
粉煤灰单掺实验结果见表5，图1。
由表5和图1可以看出，在胶材总量不变的情况下，粉煤灰混凝土各龄期碳化深度随着粉煤灰掺量的增加而增大，即随着粉煤灰掺入量的增加，混凝土抗碳化能力变弱。粉煤灰掺量为25%时较15%时各龄期的碳化深度相差不多，而掺量35%时各龄期的碳化深度明显增大。分析原因，粉煤灰是一种具有潜在活性的火山灰掺合料，含有大量的玻璃体，这种玻璃体主要由具有化学活性的Si2和Al2O3组成。这些活性物质被水泥熟料水化生成的Ca(OH)2激活，并与之发生反应，生成水化产物。主要的反应是Si2与Ca(OH)2结合形成CSH。这些水化产物(主要是水化硅酸钙、水化铝酸钙和钙矶石)的形成，填充了一部分混凝土成型留下的各种孔隙和毛细管，使混凝土的总孔隙率下降，密实性增加。它阻碍了CO2等气体的渗透进入，使混凝土的抗碳化性能有所提高，当粉煤灰掺入量过大则会使混凝土颗粒结构分布不合理，使孔隙率增大，密实度下降。由此可以看出，粉煤灰大量掺入到混凝土中去，一方面会造成混凝土碱含量和吸收CO2的能力大幅度下降；另一方面，粉煤灰的火山灰反应会在一定程度上改善混凝土的孔结构，提高混凝土的密实度。因此，粉煤灰应有一个最佳掺量既可以改变混凝土和易性也不会使抗碳化能力下降厉害，但总体是粉煤灰加入总会降低混凝土抗碳化能力。
3.2矿渣粉单掺
在胶材总量不变的情况下矿渣粉单掺碳化试验，数据见表6和图2。
由表6和图2可以看出，矿渣粉掺量为15%时，混凝土3d、7d碳化深度最小；矿渣粉掺量25%时，混凝土14d、28d、56d碳化深度较其它掺量时最小，且56d碳化深度基本与全水泥接近；矿渣粉掺量50%时，混凝土各龄期碳化深度较大。这是由于矿渣粉颗粒较细，早期水化活性较高，可以使混凝土更加致密，提高其抗碳化的能力，随着矿渣粉掺量的增加，早期强度的不断降低与颗粒级配不合理使其抗碳化能力不断下降。
综上考虑，矿渣相对于粉煤灰单掺作为掺合料时混凝土抗碳化的性能更佳。
3.3粉煤灰、矿渣粉各掺25%
粉煤灰和矿渣复掺实验数据见表7和图3。
由表7和图3数据可以看出，粉煤灰矿渣粉各掺25%时，碳化深度数据较粉煤灰单掺25%要好，较矿渣粉25%时要差一些，但比粉煤灰单掺50%、矿渣粉单掺50%时各龄期的碳化深度均好。由此可以得出，当粉煤灰矿渣粉各掺25%时，相对于实际配合比来说更加适用。
3.4水胶比、胶材总量
配合比以成安金隅商栓公司实际生产为基准，矿渣粉与粉煤灰比例基本为各25%。
(1)同一胶材总量下选择不同水胶比，对比各龄期的碳化深度的试验数据见表8。
胶材总量kg/m3水胶比分别为0.44，0.47，0.60时，得到的各龄期的碳化深度见图4。
由图4可以看出，水胶比增大各龄期的碳化深度也增大，水胶比0.47，龄期7d时，碳化深度为0.6，较水胶比0.60时的碳化深度大，但其他龄期均符合上面规律，可能因试块为人工制作，成型时砂浆较多或较少都会出现误差。胶材总量kg/m3，选择水胶比分别为0.43、0.40，0.46，得到各龄期的碳化深度见图5。
由图5可以看出，虽然水胶比0.43与0.40在7d、14d时有异常值，但差异较小，在试件的制作与密封方面出现了轻微误差，但总体趋势是随着水胶比增大，各龄期碳化深度也随之增大。胶材总量kg/m3：选择水胶比分别为0.43、0.40、0.46，得到各龄期的碳化深度见图6。
由图6可以看出，在胶材总量kg/m3时，碳化深度与水胶比有着很明显的规律性，碳化深度随着水胶比的增加不断增大。
通过选择三种胶材总量，对比不同水胶比混凝土各龄期的碳化深度，均符合水胶比增大各龄期碳化深度增大，因此，生产钢筋混凝土时，降低水胶比可以提高混凝土的抗碳化能力。分析原因，水胶比越大，混凝土内部的孔隙率就越大，由于气体的扩散是在混凝土内部的孔隙中进行，因此水胶比在一定程度上决定了CO2在混凝土中的扩散速度，水灰比越大，混凝土碳化速度就越快。
（2）同一水胶比，不同胶材总量对混凝土碳化深度的影响试验数据见表9。
由表9可看出，混凝土7d碳化深度胶材总量kg/m3时最低，混凝土14d、28d碳化深度，随着胶材总量的增大而增大，即胶材总量增多抗碳化能力减弱，分析原因，胶材总量增多，砂浆层变厚，同一水胶比下，混凝土强度相差不大，而浆体过多内部的孔隙或干缩的微裂纹就越多，更易于CO2的扩散，因此在生产混凝土时，满足泵送要求和强度的前提下应尽量降低胶材总量。
4结论
（1）混凝土中，粉煤灰掺量增大碳化深度增大，混凝土抗碳化能力减弱。
（2）矿渣粉掺量25%时，混凝土抗碳化能力较其它掺量好。
（3）当粉煤灰、矿渣粉各掺25%时，混凝土抗碳化能力比单掺50%效果更好，相对于实际配合比来说更加适用。
（4）同一胶材总量下，水胶比越大碳化深度越大，抗碳化能力越弱。
（5）同一水胶比下，增大胶材总量碳化深度增大，抗碳化能力减弱。
对于实际生产中复掺粉煤灰与矿渣粉时，各掺入25%较为合理，再根据工程情况尽量对水胶比与胶材总量调整，达到最佳的抗碳化能力。（来源：《水泥工程》.05）