唐明述

（南京工业大学，江苏 南京 210009）

1 碳化的物理化学过程

水泥的水化产物是高碱性的。水泥熟料中CaO含量一般为64%，水化生成物均为高碱度的，完全达到平衡之后，还形成多余的20%左右的Ca(OH)2。空气中的CO2溶于水后形成碳酸（在高pH条件下，形成CO2-3），必然与碱性化合物发生反应使其中性化。水泥所有的水化产物均会碳化，其反应如下：

由于水泥水化产物中含有20%Ca(OH)2固相，其溶解度又很大，因此，首先消耗的是Ca(OH)2。其他水化产物在溶液中保持一定的Ca2+浓度与其平衡。碳酸与其反应生成碳酸钙，使其继续溶解，完全碳化后就只有碳酸钙，石膏和氧化硅、氧化铝和氧化铁的水化产物。

空气中CO2浓度仅0.03%，在水中溶解度也不高，为何能继续产生碳化，从理论上讲可使水化产物完全分解。基于化学热力学，碳化反应是自由能降低过程，是自发的化学反应过程。如：

最重要的是形成的CaCO3溶解度非常小，其溶解度积（Solubility Product）也非常小，所以极其稳定（一些对比数据如表1所示）。

表1 溶解度和溶解度积对比数据

这些数据说明，溶解度和溶解度积愈小，则在自然界愈稳定。所以，CaCO3在各地质年代中都是稳定的。维持其生成的Ca2+浓度也非常低，这就是空气中浓度很低的CO2能造成水泥水化产物完全分解的根本原因。在喀斯特溶洞中能见到以地质年代计稳定的石灰华。由于Mg(OH)2溶解度和溶解度积都非常小，在自然界中就有水镁石[Mg(OH)2]矿，市场上也有水镁石纤维出售。

2 碳化的破坏作用

对水泥水化物的碳化作用实际上存在有利的和有害的两个方面。……