庄诗雨1 周予启2 王 强1
1.清华大学土木工程系 北京 100084； 2.中建一局集团建设发展有限公司 北京 100102
摘 要：综述了地下水中侵蚀性CO2对混凝土的侵蚀机理、实验室和现场试验的代表性结果及混凝土抗地下水中CO2侵蚀性能的影响因素。选择合适的矿物掺合料并控制掺量、适当降低水胶比和增大浆骨比、选择合适的外加剂，有利于提高混凝土抗地下水中CO2侵蚀性能。
关键词：地下水；侵蚀性CO2；混凝土；作用机理；影响因素
前言
近年来，我国城市地下空间开发利用进程快速推进，涌现出了大量地下混凝土结构。由于地下环境的不确定性和复杂性较强，与地上结构相比，地下混凝土结构会遭受一系列更加复杂的物理化学侵蚀作用,因此地下混凝土结构的耐久性问题引发了越来越多的关注。
工程实际中发现,导致地下混凝土结构出现耐久性问题的关键因素之一是地下水中CO2侵蚀。地下水中之所以存在侵蚀性CO2，主要有以下几个原因：首先，由于全球温室效应加剧，地下咸水层封存CO2作为一种节能减排技术被广泛采用，在通过高压将CO2注入到地下岩层的过程中，部分CO2会溶解在地下水中；其次，随着工业的发展，地下深井排污等污水废液处理方式应用广泛，在废液被压入地质深层隔绝的过程中，部分CO2会泄漏到地下水中；此外，地下油田开发伴生的CO2也可能会溶解在地下水中，这些都会导致地下水中存在较高浓度的CO2，对地下混凝土结构或构件产生侵蚀作用，并最终导致地下混凝土结构或构件破坏。
第三，与地上结构或构件不同，地下结构具有造价高、使用周期长等特点，一旦发生破坏带来的损失将远高于地上结构；地下构件如桩基础等往往对结构的安全性起决定性作用，一旦破坏后果将十分严重。此外，受独特的环境限制，处于地下环境中的结构或构件通常难以进行外防护，很容易遭受侵蚀破坏，且一旦遭到破坏也很难修复。因此，有针对性地对混凝土进行抗地下水中CO2侵蚀的耐久性设计和配合比设计至关重要。了解地下水中CO2对混凝土的侵蚀过程、机理、影响侵蚀速率和程度的因素，能为合理地进行混凝土的耐久性设计和配合比设计提供理论依据。
1 侵蚀机理
与空气碳化和流动水溶蚀不同，地下水中侵蚀性CO2对混凝土的侵蚀作用既涉及化学反应又伴随着物理浸析[1]。含侵蚀性CO2的地下水直接扩散传质，首先溶解水泥基材料表面已经被碳化的部分，随后与水泥基材料中的CH反应生成CaCO3，同时水化产物如水化硅酸钙和水化铝酸钙等不断分解脱钙，向孔溶液中补充钙离子。CaCO3进一步反应生成可溶解的Ca(HCO3)2，被水带走，使得孔溶液pH值降低、孔隙率增大，从而改变了材料的组成和结构，导致材料强度下降、收缩开裂、钢筋锈蚀、抗渗性变差，耐久性明显降低[2,3]。
…………
点击下载全文：地下水中侵蚀性CO2对混凝土的侵蚀作用研究进展
