混凝土碳化试验箱评估混凝土耐久性测试方法

一、前言：

混凝土作为现代建筑中应用为广泛的工程材料之一，其耐久性直接关系到建筑结构的使用寿命和安全性。碳化是影响混凝土耐久性的重要因素之一，它会导致混凝土碱性降低，破坏钢筋表面的钝化膜，进而引发钢筋锈蚀，降低混凝土结构的承载能力和耐久性。混凝土碳化试验箱是模拟混凝土碳化环境、开展碳化试验的关键设备。通过在试验箱内控制恒定的温度、湿度和二氧化碳浓度等条件，可加速混凝土的碳化过程，从而快速评估混凝土的抗碳化性能。

二、试验原理：

混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳在湿度适宜的条件下，与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应，生成碳酸钙和水的过程。其化学反应方程式为：CO₂ + Ca (OH)₂ → CaCO₃ + H₂O。随着碳化反应的进行，混凝土的 pH 值逐渐降低，当碳化深度达到钢筋表面时，钢筋失去钝化膜的保护，在潮湿和有氧的条件下容易发生锈蚀。

混凝土碳化试验箱通过控制箱内的温度、湿度和二氧化碳浓度，模拟混凝土在实际环境中的碳化条件。在恒定的试验条件下，定期测量混凝土试件的碳化深度，以此来评估混凝土的抗碳化性能。

三、设备要求：

混凝土碳化试验箱

温度控制范围：应能在（20±2）℃范围内稳定控制，温度波动度不超过 ±1℃。

湿度控制范围：相对湿度应能控制在（70±5）% 范围内，湿度波动度不超过 ±5%。

二氧化碳浓度控制范围：应能控制在（20±3）%（体积分数）范围内，浓度波动度不超过 ±3%。

箱体尺寸：应能容纳足够数量的混凝土试件，且试件之间应保持一定的间距，以确保箱内气体流通均匀。

密封性：试验箱应具有良好的密封性，以防止箱内气体泄漏和外界空气进入。

其他设备

碳化深度测量仪：精度不低于 0.1mm。

电子天平：精度不低于 0.1g。

游标卡尺：精度不低于 0.02mm。

钻芯机：用于钻取混凝土试件的碳化深度检测试样。

四、试验步骤：

试件制备

混凝土配合比设计：根据试验要求，设计不同配合比的混凝土，包括水泥品种、骨料种类、水胶比、外加剂等参数。

试件成型：采用边长为 100mm 的立方体试件，每组试验至少制备 3 个试件。试件成型后，在标准养护条件下（温度 20±2℃，相对湿度≥95%）养护 28 天。

试件处理：养护期满后，将试件取出，用砂纸将试件表面打磨平整，去除表面浮浆。然后，将试件放入（60±5）℃的烘箱中干燥至恒重，称重并记录试件的质量。

试验箱准备

校准试验箱：在试验前，对混凝土碳化试验箱的温度、湿度和二氧化碳浓度进行校准，确保设备的控制精度符合要求。

调节试验箱参数：将试验箱的温度设置为 20℃，相对湿度设置为 70%，二氧化碳浓度设置为 20%，并使箱内环境达到稳定状态。

试件安装与试验

将处理好的混凝土试件放入碳化试验箱内，试件之间的间距不应小于 50mm，以确保箱内气体流通均匀。

关闭试验箱门，开始计时。在试验过程中，定期记录试验箱内的温度、湿度和二氧化碳浓度，确保试验条件的稳定性。

分别在试验开始后的 3 天、7 天、14 天、28 天等时间点，取出试件进行碳化深度测量。每次取出试件后，应尽快将试验箱门关闭，以减少箱内环境的波动。

碳化深度测量

采用试剂法测量碳化深度。将试件从试验箱中取出后，在试件的新鲜断面上喷洒酒精溶液（浓度为 1%~2%）。

观察试件断面颜色变化，未碳化的混凝土因呈碱性会变为红色，而碳化部分因 pH 值较低不会变色。用碳化深度测量仪测量从试件表面到红色边缘的距离，即为碳化深度。每个试件在不同位置测量 3 次，取平均值作为该试件的碳化深度。

五、碳化深度数据记录参考：

碳化深度发展规律分析

以试验时间为横坐标，平均碳化深度为纵坐标，绘制碳化深度随时间变化的曲线（图略）。从数据可知，该混凝土试件在 0~7 天内碳化速率较快（平均每天增长 0.4mm），7~14 天速率稍有下降（平均每天增长 0.28mm），14~28 天趋于稳定（平均每天增长 0.12mm），符合混凝土碳化初期反应活跃、后期受密实度影响速率放缓的一般规律。