混凝土检测中碳化试验的操作步骤及结果计算方法

混凝土碳化是空气中二氧化碳与混凝土中氢氧化钙反应生成碳酸钙的过程，会降低混凝土碱性，削弱对钢筋的保护作用，因此碳化试验是评估混凝土耐久性的核心项目。本文围绕碳化试验的全流程操作（从试样制备到深度测定）及结果计算方法展开，结合实际检测中的细节要求，为试验人员提供可落地的操作指引与数据处理依据。

试样的制备与预处理

混凝土碳化试验的试样分为实验室成型试件与实体结构钻取芯样两类。实验室成型试件通常采用100mm×100mm×100mm或150mm×150mm×150mm的立方体试模，成型后按标准养护条件（温度20±2℃、相对湿度≥95%）养护至规定龄期（如28d、90d或工程要求龄期）。

对于实体结构试样，需用金刚石钻芯机钻取芯样，直径宜为100mm或150mm，高度不小于直径（如100mm×100mm芯样）；取样部位需避开钢筋、裂缝及蜂窝区域，选择梁、柱侧面中部等受力均匀的代表性部位。

试样制备后需预处理：用毛刷清除表面浮浆、灰尘与油污，若有疏松层用砂纸打磨至坚硬基层；然后置于室内干燥环境（20±5℃、50±5%湿度）放置24小时以上，确保表面干燥——潮湿表面会稀释酚酞，导致变色不明显。

若表面有裂缝（宽度＞0.1mm），需用环氧胶泥填补，防止酚酞渗入裂缝干扰结果；预处理后需检查表面：无积水、无松散颗粒、无油污，确保后续试验的准确性。

试验试剂与工具的准备

核心试剂为1%酚酞乙醇溶液：称取1g分析纯酚酞粉末，加入95%乙醇搅拌至溶解，稀释至100mL，倒入棕色瓶密封保存（避光照、火源），有效期3个月。若溶液浑浊或呈淡黄色，说明已失效，需重新配置。

工具包括：碳化深度测定仪（精度0.1mm，每6个月用标准块校准）、金刚石锯片机（锯切芯样/试件）、劈裂夹具（劈裂立方体试件）、喷雾器（雾化均匀，无堵塞）、毛刷、干毛巾、记号笔、钢尺（精度0.5mm）。

喷雾器使用前需用清水试喷，确保喷嘴流畅；测量工具使用后需擦拭干净，避免生锈——锈蚀的钢尺会导致测量值偏差，影响结果。

辅助工具：记号笔用于标记测区，干毛巾用于擦干表面水分，毛刷用于清理暴露面碎屑；所有工具需提前1小时拿出，适应室内温度（避免温度差导致表面结露）。

碳化试样的暴露面处理

试验需观察内部碳化情况，因此需将试样劈开或锯开露出新鲜断面。实验室立方体试件可用压力机劈裂：将试件放入劈裂夹具，压力速率调至0.05-0.1MPa/s，缓慢施压至劈裂，得到平整断裂面；强度高的试件用金刚石锯片机锯切，厚度为边长的1/2（如100mm试件锯成50mm厚）。

实体芯样需先锯成≥50mm厚的圆柱试件（如100mm芯样锯成50mm厚），再劈裂或锯切得到垂直于轴线的断面。锯切时需控制转速（≤3000r/min），避免摩擦生热导致混凝土内部水分蒸发——高温会破坏混凝土碱性，影响酚酞反应。

暴露面处理后，用毛刷清理断面上的碎屑与粉末：若有蜂窝，用细砂纸轻轻打磨（不破坏结构）；若断面不平，用磨石机磨平（磨厚≤2mm）。平整的断面是准确测量的基础——松散或锯齿状断面会导致酚酞渗透不均，测量值偏大。

需检查暴露面质量：无松散颗粒、无裂缝、无钢筋外露（若有钢筋，需在两侧测量）；若断面有油污，需用酒精棉球擦拭干净，避免油污隔绝酚酞与混凝土的接触。

酚酞指示剂的施加与反应观察

酚酞需均匀施加在暴露面上：大面积试样用喷雾器（距离10-15cm，喷雾至表面湿润），小面积用滴管（每平方厘米2-3滴）。避免过量——流淌的酚酞会渗入未碳化区域，导致红色范围扩大，高估碳化深度。

施加后静置30秒至1分钟：未碳化的碱性混凝土（pH≥8.2）会变红，碳化部分（pH≤8.2）无色。若红色较浅（如掺粉煤灰的混凝土），仍可区分分界；若全断面无色，说明混凝土完全碳化（pH<8.2），需记录为“全碳化”。

若变色不明显，需排查原因：①酚酞过期（溶液淡黄色）——重新配置；②表面潮湿——用干毛巾擦干后重喷；③暴露面有浮浆——用砂纸打磨后重喷。

需注意：粉煤灰、矿渣等掺合料会降低混凝土碱性，未碳化区域的红色可能较浅，但不会影响分界判断；若暴露面有水分，酚酞会被稀释，红色会更浅甚至消失，因此必须确保表面干燥。

碳化深度的现场测量操作

测量前用记号笔划分测区：立方体断面（100mm×100mm）划成4个25mm×100mm的小区域（每区测3点）；圆柱芯样断面沿圆周划成4个扇形测区（每区测3点）。测区需避开边缘、裂缝与钢筋，确保代表性。

测量方法：①碳化深度测定仪：将探头对准测区点，调整刻度盘至探头接触碳化与未碳化分界处，读取深度值（精度0.1mm）；②钢尺：一端抵未碳化区（红色）边缘，另一端伸向碳化区（无色），读取交点值（精度0.5mm）。

测量要求：①探头/钢尺必须垂直于暴露面——倾斜会导致测量值偏大（如倾斜10°，深度10mm的点会测成10.15mm）；②避开钢筋（若有钢筋，在两侧各测1点）；③若碳化深度<0.5mm，记录为“<0.5mm”；>10mm则用长钢尺测量，确保数据完整。

数据记录：用笔记本记录每个测区的3个点值（如测区1-1：3.2mm、测区1-2：3.5mm、测区1-3：3.3mm），同时标注试样编号、龄期、取样部位——完整的记录便于后续追溯与分析。

结果计算的步骤与规则

第一步：计算测区平均值。每个测区3个点值相加，除以3（如测区1的3点：3.2+3.5+3.3=10，平均值3.33mm）。若某点与其他两点差值＞1mm（如3.0、3.1、4.5），剔除异常值，用剩余两点计算（如3.0+3.1=6.1，平均值3.05mm）。

第二步：计算试样平均值。将4个测区的平均值相加，除以4（如4个测区平均3.33、3.40、3.25、3.30，总和13.28，平均值3.32mm）。若某测区平均值与其他测区差值＞2mm，需重新测量该测区（检查暴露面是否处理不当）。

第三步：数据修约。结果修约至0.1mm（如3.32→3.3mm，3.35→3.4mm）。注意：实验室100mm试件需乘以0.85的修正系数（小试件比表面积大，碳化快），150mm试件与实体芯样无需修正——修正系数是为了让小试件结果接近实际结构。

举例：100mm试件的测区平均3.33mm，修正后为3.33×0.85≈2.83mm，修约至2.8mm；实体芯样的平均3.32mm，直接修约为3.3mm。

试验中的常见误差控制

误差1：暴露面不平整→测量值偏大。控制：劈裂/锯切时确保断面平整，若有锯齿状用磨石机磨平（≤2mm）；测量时用测定仪探头贴合断面，避免倾斜。

误差2：酚酞失效→变色不明显。控制：定期检查酚酞溶液（无色、无浑浊），若失效立即重新配置；配置时用分析纯试剂，避免杂质影响反应。

误差3：测量倾斜→值偏大。控制：用直角尺检查探头/钢尺是否垂直；测定仪需观察水平泡，确保仪器水平——水平状态下的测量值才准确。

误差4：环境潮湿→表面结露。控制：试验在干燥环境进行（湿度50±5%），若湿度高用除湿机；试样预处理后需放置24小时，确保表面无水分。

误差5：钢筋干扰→结果偏差。控制：暴露面有钢筋时，在钢筋两侧各测1点（距离钢筋≥5mm）；钢筋周围的碱性环境会导致未碳化区扩大，需避开此区域。

通过以上控制措施，可将试验误差控制在0.2mm以内，确保结果的准确性——准确的碳化深度数据是评估混凝土耐久性、预测钢筋锈蚀时间的关键依据。