混凝土碳化試驗箱評估混凝土耐久性測試方法
一、前言：
混凝土作為現代建筑中應用為廣泛的工程材料之一，其耐久性直接關系到建筑結構的使用壽命和安全性。碳化是影響混凝土耐久性的重要因素之一，它會導致混凝土堿性降低，破壞鋼筋表面的鈍化膜，進而引發(fā)鋼筋銹蝕，降低混凝土結構的承載能力和耐久性?；炷撂蓟囼炏涫悄M混凝土碳化環(huán)境、開展碳化試驗的關鍵設備。通過在試驗箱內控制恒定的溫度、濕度和二氧化碳濃度等條件，可加速混凝土的碳化過程，從而快速評估混凝土的抗碳化性能。
二、試驗原理：
混凝土的碳化是指空氣中的二氧化碳在濕度適宜的條件下，與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生化學反應，生成碳酸鈣和水的過程。其化學反應方程式為：CO? + Ca (OH)? → CaCO? + H?O。隨著碳化反應的進行，混凝土的 pH 值逐漸降低，當碳化深度達到鋼筋表面時，鋼筋失去鈍化膜的保護，在潮濕和有氧的條件下容易發(fā)生銹蝕。
混凝土碳化試驗箱通過控制箱內的溫度、濕度和二氧化碳濃度，模擬混凝土在實際環(huán)境中的碳化條件。在恒定的試驗條件下，定期測量混凝土試件的碳化深度，以此來評估混凝土的抗碳化性能。
三、設備要求：
混凝土碳化試驗箱
溫度控制范圍：應能在（20±2）℃范圍內穩(wěn)定控制，溫度波動度不超過 ±1℃。
濕度控制范圍：相對濕度應能控制在（70±5）% 范圍內，濕度波動度不超過 ±5%。
二氧化碳濃度控制范圍：應能控制在（20±3）%（體積分數）范圍內，濃度波動度不超過 ±3%。
箱體尺寸：應能容納足夠數量的混凝土試件，且試件之間應保持一定的間距，以確保箱內氣體流通均勻。
密封性：試驗箱應具有良好的密封性，以防止箱內氣體泄漏和外界空氣進入。
其他設備
碳化深度測量儀：精度不低于 0.1mm。
電子天平：精度不低于 0.1g。
游標卡尺：精度不低于 0.02mm。
鉆芯機：用于鉆取混凝土試件的碳化深度檢測試樣。
四、試驗步驟：
試件制備
混凝土配合比設計：根據試驗要求，設計不同配合比的混凝土，包括水泥品種、骨料種類、水膠比、外加劑等參數。
試件成型：采用邊長為 100mm 的立方體試件，每組試驗至少制備 3 個試件。試件成型后，在標準養(yǎng)護條件下（溫度 20±2℃，相對濕度≥95%）養(yǎng)護 28 天。
試件處理：養(yǎng)護期滿后，將試件取出，用砂紙將試件表面打磨平整，去除表面浮漿。然后，將試件放入（60±5）℃的烘箱中干燥至恒重，稱重并記錄試件的質量。
試驗箱準備
校準試驗箱：在試驗前，對混凝土碳化試驗箱的溫度、濕度和二氧化碳濃度進行校準，確保設備的控制精度符合要求。
調節(jié)試驗箱參數：將試驗箱的溫度設置為 20℃，相對濕度設置為 70%，二氧化碳濃度設置為 20%，并使箱內環(huán)境達到穩(wěn)定狀態(tài)。
試件安裝與試驗
將處理好的混凝土試件放入碳化試驗箱內，試件之間的間距不應小于 50mm，以確保箱內氣體流通均勻。
關閉試驗箱門，開始計時。在試驗過程中，定期記錄試驗箱內的溫度、濕度和二氧化碳濃度，確保試驗條件的穩(wěn)定性。
分別在試驗開始后的 3 天、7 天、14 天、28 天等時間點，取出試件進行碳化深度測量。每次取出試件后，應盡快將試驗箱門關閉，以減少箱內環(huán)境的波動。
碳化深度測量
采用試劑法測量碳化深度。將試件從試驗箱中取出后，在試件的新鮮斷面上噴灑酒精溶液（濃度為 1%~2%）。
觀察試件斷面顏色變化，未碳化的混凝土因呈堿性會變?yōu)榧t色，而碳化部分因 pH 值較低不會變色。用碳化深度測量儀測量從試件表面到紅色邊緣的距離，即為碳化深度。每個試件在不同位置測量 3 次，取平均值作為該試件的碳化深度。
五、碳化深度數據記錄參考：
試驗時間（天） | 試件編號 | 碳化深度（mm） | 平均碳化深度（mm） |
3 | 1 | 1.2 | 1.2 |
2 | 1.1 | ||
3 | 1.3 | ||
7 | 1 | 2.0 | 2.0 |
2 | 1.9 | ||
3 | 2.1 | ||
14 | 1 | 3.5 | 3.4 |
2 | 3.4 | ||
3 | 3.3 | ||
28 | 1 | 5.2 | 5.1 |
2 | 5.0 | ||
3 | 5.1 |
碳化深度發(fā)展規(guī)律分析
以試驗時間為橫坐標，平均碳化深度為縱坐標，繪制碳化深度隨時間變化的曲線（圖略）。從數據可知，該混凝土試件在 0~7 天內碳化速率較快（平均每天增長 0.4mm），7~14 天速率稍有下降（平均每天增長 0.28mm），14~28 天趨于穩(wěn)定（平均每天增長 0.12mm），符合混凝土碳化初期反應活躍、后期受密實度影響速率放緩的一般規(guī)律。
