1、研究的意義
高性能混凝土在工程中應用達到了空前的規模，混凝土中的某些原材料在供應上存在了問題，質量波動較大，甚至出現不合格現象。在配合比設計時原材料的過分理想化，忽視施工過程中材料質量的波動情況，導致施工配合比與理論配合比產生過大的差異。再加上部分混凝土現場施工人員固有的錯誤操作理念與方法，以及管理人員混凝土知識的欠缺與質量意識的淡薄等一系列存在的問題在很大程度上影響了高性能混凝土質量。對混凝土構件回彈測強，混凝土碳化深度會達到3～4mm，按照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJT23-2011）測區混凝土強度換算表，強度折減近10MPa，很難滿足設計混凝土強度要求。混凝土持續碳化可能會導致鋼筋銹蝕，鋼筋混凝土構件因受拉強度不足，使工程過早報廢。
為減小混凝土碳化深度，使混凝土真正具有較高的性能，就必須重視全面質量控制，特別是原材料質量控制，認真總結混凝土碳化數據，在工程施工中對諸類問題加以關注，共同努力，讓未來混凝土邁向更高的性能。
2、混凝土碳化的成因分析
2.1、粉煤灰的硫化
摻入合格的粉煤灰主要有兩個作用，一是降低水化熱，提高混凝土耐久性，二是滾珠效應，提高混凝土工作性。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質對鋼筋有良好的保護作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為鈍化膜（堿性氧化膜）。有的進場粉煤灰有一股濃烈的刺鼻氣味，應該是電廠脫硫不凈或者沒有采取脫硫措施，經過吸收、中和、氧化、結晶形成CaSO4·2H2O，再次結晶形成鈣礬石3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，容易致使硬化混凝土硫化深度加大和膨脹破壞。
用酚酞試劑測碳化也是在測堿性，粉煤灰硫化后使混凝土的堿度降低，間接導致碳化深度過大。超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。
2.2、礦物摻和料摻量
粉煤灰為F類I級，磨細礦渣粉為S95級，水膠比為0.38。礦物摻和料摻量、養護齡期對混凝土抗碳化性能影響明顯，礦物摻合料的種類對混凝土抗碳化性能影響不明顯。隨著混凝土的齡期增長，碳化速率變緩。
2.3、機制砂
機制砂顆粒尖銳，多棱角，表面粗糙，細度模數多為3.0以上，與天然河砂相比，機制砂的顆粒級配稍差，大于2.5mm和小于0.08mm的顆粒偏多，導致混凝土的和易性較差，混凝土不密實。空氣中CO2滲透到混凝土內，與其堿性物質發生化學反應后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，其化學反應為：Ca（OH）2＋CO2=CaCO3＋H2O。
2.4減水劑
減水劑行業目前競爭較為激烈，為了中標壓低價格。實際供應中為了利益最大化，成本會不斷的降低。從最早的樣品與早期的材料供應逐漸的降低的減水率，也就是說，可能從早期30%的減水率降至標準規定的25%。材料合格，而對混凝土用水量的影響卻是巨大的，就算增加摻量保證減水率，但保證不了坍落度損失。對某工程C30和C35配合比試拌，記錄見下表，減水劑保坍性極差，半小時后無工作性，這樣的混凝土在施工中和易性差，容易出現混凝土不密實，導致2.3中描述結果。
配合比的設計實際上是比較復雜的，并不是使用樣品原材料，按照某種計算方法，遵循相關規范，滿足設計與標準要求就可以得出的合理的配合比。要使配合比順利的實施就需要充分考慮原材料質量波動的因素，這些因素對混凝土工作性能、力學性能，甚至耐久性造成不同程度影響。否則，再完美的配合比也只能算是室內以供觀賞的展覽品，無法在工程中得到實施。
3、改善混凝土碳化深度的措施
3.1、全面質量控制
認真執行有關規范和有關技術規定，把好原材料質量檢測關，嚴格控制施工的每道工序，以保證混凝土具有良好的勻質性與體積的穩定性，不論混凝土強度高低均應在所使用的環境下是耐久性的。
3.2、控制礦物摻合料摻量
全國各地原材料資源差異較大，邊界地區或旅游城市礦物摻合料很少，且質量不高，但價格較高，對高性能混凝土而言，礦物摻合料不摻又不行，耐久性中的抗滲和電通量指標不能滿足設計要求，所以礦物摻合料摻量多少是個問題。在滿足《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB10424-2010）情況下，根據設計圖紙地質條件的說明，明確環境作用等級，查表使用最低摻量。如遇特殊情況，可以低于表中最低摻量，因表中說明是建議“適宜摻量”，但強制性的指標是混凝土的耐久性指標和長期性能要求，礦物摻合料摻量能滿足混凝土耐久性指標即可。
3.3、控制砂細度模數
同一河流，不同的地段、水流速度、挖掘深度的河砂，細度模數都會不同，其波動范圍可能在2.2～3.2之間，甚至更大，對混凝土的和易性與用水量產生影響。經過多年施工經驗，無論是河砂還是機制砂以控制在2.6～3.0為宜。
3.4、控制減水劑質量
現場的混凝土嚴禁采取加水重塑的方法來提高混凝土的流動性，這樣將大大降低混凝土的力學性能與耐久性。對需要相對較長距離運輸的混凝土、澆筑部位尺寸較大的混凝土配合比，應作減水劑重塑試驗，在配合比試配時，選代表性原材料，配制出混凝土，坍落度經時損失之后滿足施工時所需的坍落度，然后加入減水劑提高混凝土流動性。對不同減水劑摻量的混凝土進行力學性能與耐久性測試，選取兩者均符合設計要求的減水劑摻量，建立減水劑摻量與所提高的流動性關系。施工現場根據實測坍落度情況加入相應的減水劑達到增加混凝土流動性的目的。
3.5、施工配合比的調整
混凝土是由多種材料組合而成的，無論是加工材料或非加工材料性能受各種因素的影響，產品性能也不可能極其穩定，因此混凝土生產時，其配合比也不可能與理論配合比一成不變。為避免或減少混凝土質量下降，應預留一定的安全性系數，且混凝土便于施工，抗干擾性強，生產成本相對較低，強度等級和耐久性也滿足設計要求，以最少的成本換取極大的使用功能和壽命周期。《高性能混凝土的制備方法》發明專利技術與價值混凝土相匹配，過去十年間在黑龍江、北京、河北、山西、貴州、江西等地積累數據并應用，通過配合比成本理論確定膠材比、減膠比、砂率和級配比，再通過體積增量模型將整個配合比設計串聯，形成完整體系，使混凝土具有較高的工作性能，強度和耐久性既滿足設計要求，又與原配合比設計等同，生產成本也達到了最低。
4、結論
必要的原材料質量控制，適當的選擇礦物摻合料摻量。在特殊情況下，以滿足耐久性指標為原則，礦物摻合料低摻量能降低混凝土碳化深度。控制砂細度模數和減水劑質量，使混凝土具有良好的工作性和密實性，阻擋CO2侵入降低混凝土碳化深度。 受氣候和原材料質量波動影響，配合比不是一成不變的，合理的調整施工配合比，利用前人的研究成果并結合實際情況應用。
