一、混凝土碳化和冻融破坏机理分析
1.混凝土的冻融。混凝土的抗冻性是混凝土物理作用(干湿变化、温度变化、冻融变化等)的一个方面。)，是反映混凝土耐久性的重要指标之一。目前，对混凝土冻融破坏机理的认识并不完全一致。根据美国学者T.C.Powerse提出的广为认可的膨胀压力和渗透压理论，饱水混凝土在其冻融过程中的破坏应力主要由两部分组成。一是混凝土中的毛细水在一定的负温下发生状态变化时，由水变成冰，体积膨胀9%，由于毛细壁的约束形成膨胀压力，从而在孔洞周围的微结构中产生拉应力；二是毛细水冻结时，过冷水在混凝土微结构中的凝胶孔隙中迁移和再分布引起的渗流管压力。由于表面张力，混凝土毛细孔中水的冰点随着孔径的减小而降低。形成冰核的凝胶水温度在-78℃以下，因此冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水的盐浓度差引起水迁移，形成渗透压。
2.混凝土碳化。混凝土碳化是混凝土的化学腐蚀。空气体中的CO2气体渗透到混凝土中，与其碱性物质反应生成碳酸盐和水。降低混凝土碱度的过程叫混凝土碳化，也叫中和。其化学反应为:Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。水泥水化过程中生成大量氢氧化钙，用饱和氢氧化钙溶液填充混凝土空空隙。其碱性介质对钢筋有很好的保护作用，使不溶性的Fe2O3和Fe3O4在钢筋表面形成，称为净化膜。碳化后，混凝土的碱度降低。当碳化超过混凝土的保护层时，在水和空气体的存在下，混凝土将失去对钢筋的保护作用，钢筋开始锈蚀。可见，混凝土的碳化一般不会直接引起其性能的劣化。对于素混凝土来说，碳化也能提高混凝土的耐久性，但对于钢筋混凝土来说，碳化会降低混凝土的碱度，同时增加混凝土孔隙溶液中的氢离子数量，从而削弱混凝土对钢筋的保护作用。
二。混凝土碳化和冻融破坏的影响及预防
1.混凝土冻融破坏的影响因素及预防
混凝土冻融破坏的影响因素。影响混凝土冻融损伤的因素很多。一个是混凝土主要材料性能的影响，如:水泥的品种和水泥中不同的矿物成分对混凝土的耐久性有很大的影响，如骨料的影响。除了骨料质量对混凝土抗冻性的影响外，骨料的渗透性和吸湿性对混凝土的抗冻性也有决定性的影响。由于湿度和强度的变化，含针岩石的体积会发生变化，对硬化的水泥砂浆和混凝土表面产生损伤，骨料的化学性质也会对混凝土的耐久性产生一定的影响。二、外加剂的影响，混凝土施工过程中加入引气剂或减水剂，可以改善混凝土内部结构，改善混凝土内部孔隙结构，起到缓冲冻胀的作用，大大降低冻胀应力，提高混凝土的抗冻性；第三，施工工艺的影响。混凝土的配合比、施工和硬化条件与混凝土的耐久性密切相关。同时，混凝土中的单位用水量是影响混凝土抗冻性的重要因素。此外，混凝土的表面、边角和工作缝处于最不利的工作状态，因此混凝土模板的种类、性能和表面处理以及工作缝的处理对混凝土的耐久性也有很大的影响。第四，防止水位变化的影响，在寒冷季节会造成混凝土严重的冻融破坏。应该采取有效措施来防止它。第五，严格控制施工质量。混凝土施工质量会影响其抗冻性。所以要把好质量关。不允许有蜂窝、麻面，混凝土应密实、光滑。
2.混凝土冻融破坏的预防
为预防和处理混凝土的冻融破坏，结合我们的施工实践，总结出以下几点:
(1)预防措施。一是在混凝土施工中，应根据不同情况选择不同矿物成分、不同性能的水泥、骨料和外加剂，从材料方面保证混凝土的耐久性；第二，混凝土生产的配合比必须严格。根据结构类型和环境条件，关键参数必须通过试验确定，主要是降低混凝土的水灰比。水泥水化所需的水仅为其重量的25%左右。如果水量增加，多余的水分会析出，产生孔隙，饱和后容易被冻胀破坏。另外，掺加引气剂是提高混凝土抗冻性最有效的方法之一。第三，人为优化建筑物混凝土构件周围的环境条件，以减少或改善引起混凝土冻融的各种不利因素。
(2)治理措施。(1)水泥砂浆修补，适用于轻微表面损伤；(2)预缩砂浆修补，所谓预缩砂浆，是指搅拌均匀后，再堆积30 ~ 90 MIH才使用的干硬性砂浆。该方法适用于高速水流区混凝土表面的损伤；(3)喷射混凝土修补，多用于混凝土冻融破坏严重的部位；喷射混凝土修补是指施加高压后，将混凝土混合料高速注入修补部位。其密实性和抗渗性优于普通混凝土，具有快速、高效的特点。④环氧材料修补一般包括环氧基液、环氧砂浆、环氧混凝土等。这种材料强度高，耐腐蚀抗渗，与混凝土粘结力强，但价格昂贵，施工工艺复杂，对材料配比要求严格。此法可配合其他修复方法使用，效果更佳。
3.混凝土碳化的影响因素。影响混凝土碳化速度的因素很多。首先，水泥类型影响很大，因为不同水泥所含的硅酸钙和铝酸钙的碱度不同；其次，混凝土碳化的影响主要与周围介质中CO2的浓度和湿度有关。在干燥和饱和水的条件下，碳化反应几乎停止，所以这除了水泥品种的影响因素外，也是一个很重要的原因。再次，在渗透过水的混凝土时，石灰的溶解速度也会取决于水中是否存在影响Ca(OH)2溶解度的物质。例如，当水中含有Na2SO4和少量Mg2+时，石灰的溶解度会增加。比如水中含有Ca(HCO3)2的Mg(HCO3)2，就非常有利于抵抗溶解侵蚀。因为它们在混凝土表面形成碳化保护层。
4.混凝土碳化损伤的预防与控制。一是在施工中，要根据建筑物的地理位置和周围环境，选择合适的水泥品种；水位变化地区、干湿交替地区或寒冷地区应选用抗硫酸盐普通水泥；冲刷部分应选用高强度水泥；二是分析骨料的性质，如耐酸骨料与水和水泥的作用可以延缓混凝土的碳化。三是选择合适的配合比、适量的添加剂、优质的原材料、科学的拌合运输、及时的养护等严格的技术手段，减少渗水等有害物质的侵蚀；还有，如果建筑的混凝土碳化了，最好用环氧材料修补。如果碳化深度较大，可以凿除混凝土的疏松部分，将进入其中的有害物质冲洗掉，凿除混凝土的结合面，用环氧砂浆或细石混凝土填充，最后用环氧基液进行涂层保护。
