大气二氧化碳浓度升高对混凝土碳化的影响
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２００７ 年 第 ４ 期（ 总 第 ２１０ 期 ） Ｎｕｍｂｅｒ ４ ｉｎ ２００７（ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２１０）
混
凝
土
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ
理论研究 ＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
大气二氧化碳浓度升高对混凝土碳化的影响
高全全 １， 张虎元 ２ （ １． 兰州大学 资源环境学院， 甘肃 兰州 ７３００００； ２． 兰州大学 土木工程与力学学院， 甘肃 兰州 ７３００００）
摘 要： 基于 Ｆｉｃｋ 第一定律建立的混凝土碳化理论模型在实际预测中广泛应用。分析了该模型的可靠性， 并从理论的角度探讨了大气
污染引起的大气 Ｃ Ｏ ２ 浓度升高对混凝土碳化深度的影响。分析发现， 随着大气中 Ｃ Ｏ ２ 浓度的升高， 混凝土碳化速度系数不再是一个恒定的
量， 而是随时间延长不断增大， 表明大气污染会加剧混凝土的碳化。该结果应当引起混凝土长期耐久性设计方面的关注。
ｍ０·ｄｘｃ＝ＮＣＯ·２ ｄｔ
（ ２）
经 推 导 可 得 混 凝 土 碳 化 深 度 的 理 论 模 型 ［４］为 ：
! ｘｃ＝
２Ｄｃ［ＣＯ２］ ｍ０
!ｔ
（ ３）
式中： Ｄｃ—ＣＯ２ 扩散系数（ ｍ２／ｓ） ；
收稿日期： ２００６－ １２－ ３１ 基金项目： 教育部留学回国人员科研启动基金资助项目； 兰州大学金川公司预研基金资助项目
但 在 ２０２５￣２０７５ 年 之 间 的 ５０ 年 ， 混 凝 土 碳 化 深 度 相 对 增 大 量 为 １０．８５％， 即大气污染的影响不容忽视。对于 １００ 年的预测区 间而言， 除 １８７５￣１９７５ 年之间混凝土碳化预测 深 度 相 对 增 大 量 ＜５％以外， 在 １９２５－２０７５ 年之间的 １００ 年预测区间， 混凝土碳化 预测深度相 对 增 大 量 在 ７．００％￣１１．９５％之 间 ， 对 实 际 工 程 的 影 响是不容忽视的。以上结果显示， 随着人类造成的大气污染加 剧， 大气中 ＣＯ２ 浓度升高显著促进混凝土结构碳化， 对于 ５０ 年 抗老化设计的一般工程而言， 将在 ２１ 世纪早期显 现 出 来 ； 对 于 需要 １００ 年抗老化设计的重要工程而言， 在 ２０ 世 纪 早 中 期 实 际上就已经到了不容忽视的程度。
２ＣａＯ·ＳｉＯ２·４Ｈ２Ｏ＋２Ｈ２ＣＯ３→２ＣａＣＯ３＋ＳｉＯ２＋６Ｈ２Ｏ 小林一辅［３］将混凝土碳化过程描述为图 １ 所示的进展模式。
２ 混凝土碳化的理论模型
ＣＯ２ 在混凝土孔隙中的扩散遵守 Ｆｉｃｋ 第一扩散定律， 即
ＮＣＯ２＝Ｄｃ
ｄ［ＣＯ２］ ｄｘ
（ １）
式中： ＮＣＯ２—ＣＯ２ 扩散速度（ ｍｏｌ（／ ｍ２·ｓ） ） ； Ｄｃ—ＣＯ２ 在已碳化混凝土孔隙中的有效扩散系数（ ｍ２／ｓ） ； ［ＣＯ２］—ＣＯ２ 的浓度（ ｍｏｌ／ｍ３） ； ｘ—混凝土碳化深度（ ｍ） 。
０ 引言
混 凝 土 碳 化 主 要 是 指 空 气 中 的 ＣＯ２ 通 过 水 介 质 向 混 凝 土 内部扩散并与混凝土中的水泥水化产物发生化学反应， 生成碳 酸盐的过程。混凝土碳化严重影响混凝土的耐久性， 威胁混凝 土 结 构 的 安 全 性 。 关 于 ＣＯ２ 对 混 凝 土 碳 化 趋 势 的 影 响 ， 基 于 Ｆｉｃｋ 第一定律推导的理论模型得到了广泛的应用。利用这一模 型预测混凝土的碳化深度时， 对于特定环境条件下的混凝土， 通常通过经验确定碳化速度系数， 且认为在预测期内碳化速度 系数是一个常数。实际上， 碳化速度系数与 ＣＯ２ 浓度相关。随着 人类活动造成的大气污染的日益加剧， 大气中 ＣＯ２ 的浓度在逐 年升高。据测定， 从 １９８０ 年到 １９９６ 年， 大气中的 ＣＯ２ 浓度已经 从 ０．０２８％增至 ０．０３５％， 估计到 ２１００ 年 ， ＣＯ２ 在 大 气 中 的 浓 度 将增加两倍左右［１］。因此， 大气中 ＣＯ２ 浓度的变化对混凝土碳化 的影响值得关注。
表 １ “考虑”ＣＯ２ 浓度升高时碳化深度的预测结果
起始年 终止年 预测区间 ｔ１ 年的污染 ｔ１－ ｔ２ 区间污染系数 （ ｂ２－ ｂ１） ／ｂ１
ｔ１
ｔ２
ｔ１－ ｔ２
系数 ｂ１
的平均值 ｂ２
／％
１８７５ １９２５ ５０
１
１．０１６ ３
１．６３
１９２５ １９７５ ５０
１．０３２ ８
１．０６８ ０
图 ６ 污染系数 ｂ 的相对变化趋势
４．２ 大气Ｃ Ｏ ２ 浓度升高对混凝土碳化的影响
按照“一般工程”和“重要工程”两种情况， 分别选择 ５０ 和 １００ 年两个时间长度作为预测区间， 对比“考虑”和“不考虑”ＣＯ２ 浓度 升高对混凝土碳化预测深度的影响。从图 ６ 选取预测区间起始年 ｔ１ 对应的污染系数 ｂ１， 计算预测区间 ｔ１ 至 ｔ２ 之间的平均污染系数 ｂ（２ 几何平均值） ， 共同列于表 １。对于给定的唯一情况而言， 根据式 （ ５） 可知， 表 １ 中的（ ｂ２－ ｂ１） ／ｂ１ 实际上是考虑了大气污染引起 ＣＯ２ 浓度升高的情况下， 混凝土碳化预测深度的相对增大百分比。
４ 大气 Ｃ Ｏ ２ 浓度升高对混凝土碳化速度系数 的贡献以及对碳化的影响
４．１ 大气 Ｃ Ｏ ２ 浓度升高对混凝土碳化速度系数的贡献
为 了 分 析 大 气 中 ＣＯ２ 浓 度 升 高 对 混 凝 土 碳 化 速 度 系 数 的
! 贡献， 对式（ ３） ， 令 ａ＝
２Ｄｃ ｍ０
， ｂ＝ !［ＣＯ２］ ， 得到
关键词： 混凝土； 碳化； 理论模型； 大气污染； 二氧化碳
中图分类号： ＴＵ５２８．０１
文献标志码： Ａ
文章编号： １００２－３５５０－（ ２００７） ０４－００１７－０３
Ｅ ｆｆｅｃｔ ｏ ｎ ｃｏ ｎ ｃｒｅｔｅ ｃａｒｂ ｏ ｎ ｉｚａｔｉｏ ｎ ｂ ｙ ｅｌｅｖａｔｉｎ ｇ ｔｈ ｅ ｃｏ ｎ ｃｅｎ ｔｒａｔｉｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ Ｏ ２
ＧＡＯ Ｑｕａｎ－ｑｕａｎ１， ＺＨＡＮＧ Ｈｕ－ｙｕａｎ２ （ １． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００， Ｃｈｉｎａ；
２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３０Ｄｃ 和 ｍ０ 是分别与 ＣＯ２ 和混 凝 土 自 身 性 质 有 关 的 量 ，
图 ５ 大气 ＣＯ２ 浓度变化趋势 在特定条件下可以将其视为常数， 因此， 系数 ｂ 实际上反映了 ＣＯ２ 浓度变化对混凝土 碳 化 深 度 的 贡 献 ， 称 之 为 污 染 系 数 。 将 １８７５ 年 ＣＯ２ 浓 度 水 平 作 为 人 类 未 污 染 基 准 ， 取 为 初 始 值 ， 即 ｂ０＝１， 结 合 图 ５ 的 数 据 ， 可 以 得 出 随 着 大 气 污 染 造 成 的 ＣＯ２ 浓 度升高， 污染系数 ｂ 的相对变化趋势（ 如图 ６ 所示） 。
·１７·
图 １ 混凝土的碳化进展模式 式（ ４） 可以看出， 随着大气中 ＣＯ２ 浓度的变化， 至少从理论而言 ｋ 应该是一个随时间而变化的量。刘兴远等［９］的研究结果也指出 了这一点。 由 式（ ３） 可 以 看 出 ， 碳 化 深 度 ｘ 与 大 气 中 ＣＯ２ 浓 度 的 平 方 根 成 正 比 ， 即 随 着 大 气 中 ＣＯ２ 浓 度 的 增 加 ， 混 凝 土 的 碳 化 速 度 越快。这一点也可以通过杨静［１０］用普通水泥， 在水灰比为 ０．５０、 含水量为 ２０％、压力为 ０ＭＰａ 的 条 件 下 所 做 的 试 验 结 果 得 以 证 实（ 如图 ４ 所示） 。由此可见， 利用 Ｆｉｃｋ 定律推导出的混凝土碳 化 理 论 模 型 分 析 大 气 ＣＯ２ 浓 度 对 混 凝 土 碳 化 深 度 的 影 响 是 可 能的。
Ａ ｂ ｓｔｒａｃｔ： Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅ ｏｎ Ｆｉｃｋ＇ｓ Ｆｉｒｓｔ Ｌａｗ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｂｒｏａｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ． Ｂｙ ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔ－ ｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｔｅｓｔ ｄａｔａ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＣＯ２ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｄｕｅ ｔｏ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗｉｌｌ ｎｏｔ ｂｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｂｕｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ． Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔｓ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏ ｒｄ ｓ： ｃｏｎｃｒｅｔｅ； ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ； ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ； ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ； ＣＯ２
图 ２ 假定的 ＣＯ２ 浓度分布
图 ３ 碳化界面的划分
［ＣＯ２］—大气中 ＣＯ２ 浓度（ ｍｏｌ／ｍ３） ； ｍ０—单位体积混凝土吸收 ＣＯ２ 能力的系数（ ｍｏｌ／ｍ３） ； ｔ—碳化时间（ ｓ） ； ｘｃ—完全碳化的深度（ ｍ） 。 式（ ３） 表明， 混凝土碳化深度与时间的平方根 成 正 比 ， 这 一 点已经被许多研究所证明［５￣８］。鉴于式（ ３） 中 Ｄｃ 和 ｍ０ 难以测定， 实际应用中通常将混凝土碳化的理论模型进一步简化， 表示为：
混
凝
土
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ
理论研究 ＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
大气二氧化碳浓度升高对混凝土碳化的影响
高全全 １， 张虎元 ２ （ １． 兰州大学 资源环境学院， 甘肃 兰州 ７３００００； ２． 兰州大学 土木工程与力学学院， 甘肃 兰州 ７３００００）
摘 要： 基于 Ｆｉｃｋ 第一定律建立的混凝土碳化理论模型在实际预测中广泛应用。分析了该模型的可靠性， 并从理论的角度探讨了大气
污染引起的大气 Ｃ Ｏ ２ 浓度升高对混凝土碳化深度的影响。分析发现， 随着大气中 Ｃ Ｏ ２ 浓度的升高， 混凝土碳化速度系数不再是一个恒定的
量， 而是随时间延长不断增大， 表明大气污染会加剧混凝土的碳化。该结果应当引起混凝土长期耐久性设计方面的关注。
ｍ０·ｄｘｃ＝ＮＣＯ·２ ｄｔ
（ ２）
经 推 导 可 得 混 凝 土 碳 化 深 度 的 理 论 模 型 ［４］为 ：
! ｘｃ＝
２Ｄｃ［ＣＯ２］ ｍ０
!ｔ
（ ３）
式中： Ｄｃ—ＣＯ２ 扩散系数（ ｍ２／ｓ） ；
收稿日期： ２００６－ １２－ ３１ 基金项目： 教育部留学回国人员科研启动基金资助项目； 兰州大学金川公司预研基金资助项目
但 在 ２０２５￣２０７５ 年 之 间 的 ５０ 年 ， 混 凝 土 碳 化 深 度 相 对 增 大 量 为 １０．８５％， 即大气污染的影响不容忽视。对于 １００ 年的预测区 间而言， 除 １８７５￣１９７５ 年之间混凝土碳化预测 深 度 相 对 增 大 量 ＜５％以外， 在 １９２５－２０７５ 年之间的 １００ 年预测区间， 混凝土碳化 预测深度相 对 增 大 量 在 ７．００％￣１１．９５％之 间 ， 对 实 际 工 程 的 影 响是不容忽视的。以上结果显示， 随着人类造成的大气污染加 剧， 大气中 ＣＯ２ 浓度升高显著促进混凝土结构碳化， 对于 ５０ 年 抗老化设计的一般工程而言， 将在 ２１ 世纪早期显 现 出 来 ； 对 于 需要 １００ 年抗老化设计的重要工程而言， 在 ２０ 世 纪 早 中 期 实 际上就已经到了不容忽视的程度。
２ＣａＯ·ＳｉＯ２·４Ｈ２Ｏ＋２Ｈ２ＣＯ３→２ＣａＣＯ３＋ＳｉＯ２＋６Ｈ２Ｏ 小林一辅［３］将混凝土碳化过程描述为图 １ 所示的进展模式。
２ 混凝土碳化的理论模型
ＣＯ２ 在混凝土孔隙中的扩散遵守 Ｆｉｃｋ 第一扩散定律， 即
ＮＣＯ２＝Ｄｃ
ｄ［ＣＯ２］ ｄｘ
（ １）
式中： ＮＣＯ２—ＣＯ２ 扩散速度（ ｍｏｌ（／ ｍ２·ｓ） ） ； Ｄｃ—ＣＯ２ 在已碳化混凝土孔隙中的有效扩散系数（ ｍ２／ｓ） ； ［ＣＯ２］—ＣＯ２ 的浓度（ ｍｏｌ／ｍ３） ； ｘ—混凝土碳化深度（ ｍ） 。
０ 引言
混 凝 土 碳 化 主 要 是 指 空 气 中 的 ＣＯ２ 通 过 水 介 质 向 混 凝 土 内部扩散并与混凝土中的水泥水化产物发生化学反应， 生成碳 酸盐的过程。混凝土碳化严重影响混凝土的耐久性， 威胁混凝 土 结 构 的 安 全 性 。 关 于 ＣＯ２ 对 混 凝 土 碳 化 趋 势 的 影 响 ， 基 于 Ｆｉｃｋ 第一定律推导的理论模型得到了广泛的应用。利用这一模 型预测混凝土的碳化深度时， 对于特定环境条件下的混凝土， 通常通过经验确定碳化速度系数， 且认为在预测期内碳化速度 系数是一个常数。实际上， 碳化速度系数与 ＣＯ２ 浓度相关。随着 人类活动造成的大气污染的日益加剧， 大气中 ＣＯ２ 的浓度在逐 年升高。据测定， 从 １９８０ 年到 １９９６ 年， 大气中的 ＣＯ２ 浓度已经 从 ０．０２８％增至 ０．０３５％， 估计到 ２１００ 年 ， ＣＯ２ 在 大 气 中 的 浓 度 将增加两倍左右［１］。因此， 大气中 ＣＯ２ 浓度的变化对混凝土碳化 的影响值得关注。
表 １ “考虑”ＣＯ２ 浓度升高时碳化深度的预测结果
起始年 终止年 预测区间 ｔ１ 年的污染 ｔ１－ ｔ２ 区间污染系数 （ ｂ２－ ｂ１） ／ｂ１
ｔ１
ｔ２
ｔ１－ ｔ２
系数 ｂ１
的平均值 ｂ２
／％
１８７５ １９２５ ５０
１
１．０１６ ３
１．６３
１９２５ １９７５ ５０
１．０３２ ８
１．０６８ ０
图 ６ 污染系数 ｂ 的相对变化趋势
４．２ 大气Ｃ Ｏ ２ 浓度升高对混凝土碳化的影响
按照“一般工程”和“重要工程”两种情况， 分别选择 ５０ 和 １００ 年两个时间长度作为预测区间， 对比“考虑”和“不考虑”ＣＯ２ 浓度 升高对混凝土碳化预测深度的影响。从图 ６ 选取预测区间起始年 ｔ１ 对应的污染系数 ｂ１， 计算预测区间 ｔ１ 至 ｔ２ 之间的平均污染系数 ｂ（２ 几何平均值） ， 共同列于表 １。对于给定的唯一情况而言， 根据式 （ ５） 可知， 表 １ 中的（ ｂ２－ ｂ１） ／ｂ１ 实际上是考虑了大气污染引起 ＣＯ２ 浓度升高的情况下， 混凝土碳化预测深度的相对增大百分比。
４ 大气 Ｃ Ｏ ２ 浓度升高对混凝土碳化速度系数 的贡献以及对碳化的影响
４．１ 大气 Ｃ Ｏ ２ 浓度升高对混凝土碳化速度系数的贡献
为 了 分 析 大 气 中 ＣＯ２ 浓 度 升 高 对 混 凝 土 碳 化 速 度 系 数 的
! 贡献， 对式（ ３） ， 令 ａ＝
２Ｄｃ ｍ０
， ｂ＝ !［ＣＯ２］ ， 得到
关键词： 混凝土； 碳化； 理论模型； 大气污染； 二氧化碳
中图分类号： ＴＵ５２８．０１
文献标志码： Ａ
文章编号： １００２－３５５０－（ ２００７） ０４－００１７－０３
Ｅ ｆｆｅｃｔ ｏ ｎ ｃｏ ｎ ｃｒｅｔｅ ｃａｒｂ ｏ ｎ ｉｚａｔｉｏ ｎ ｂ ｙ ｅｌｅｖａｔｉｎ ｇ ｔｈ ｅ ｃｏ ｎ ｃｅｎ ｔｒａｔｉｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ Ｏ ２
ＧＡＯ Ｑｕａｎ－ｑｕａｎ１， ＺＨＡＮＧ Ｈｕ－ｙｕａｎ２ （ １． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００， Ｃｈｉｎａ；
２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３０Ｄｃ 和 ｍ０ 是分别与 ＣＯ２ 和混 凝 土 自 身 性 质 有 关 的 量 ，
图 ５ 大气 ＣＯ２ 浓度变化趋势 在特定条件下可以将其视为常数， 因此， 系数 ｂ 实际上反映了 ＣＯ２ 浓度变化对混凝土 碳 化 深 度 的 贡 献 ， 称 之 为 污 染 系 数 。 将 １８７５ 年 ＣＯ２ 浓 度 水 平 作 为 人 类 未 污 染 基 准 ， 取 为 初 始 值 ， 即 ｂ０＝１， 结 合 图 ５ 的 数 据 ， 可 以 得 出 随 着 大 气 污 染 造 成 的 ＣＯ２ 浓 度升高， 污染系数 ｂ 的相对变化趋势（ 如图 ６ 所示） 。
·１７·
图 １ 混凝土的碳化进展模式 式（ ４） 可以看出， 随着大气中 ＣＯ２ 浓度的变化， 至少从理论而言 ｋ 应该是一个随时间而变化的量。刘兴远等［９］的研究结果也指出 了这一点。 由 式（ ３） 可 以 看 出 ， 碳 化 深 度 ｘ 与 大 气 中 ＣＯ２ 浓 度 的 平 方 根 成 正 比 ， 即 随 着 大 气 中 ＣＯ２ 浓 度 的 增 加 ， 混 凝 土 的 碳 化 速 度 越快。这一点也可以通过杨静［１０］用普通水泥， 在水灰比为 ０．５０、 含水量为 ２０％、压力为 ０ＭＰａ 的 条 件 下 所 做 的 试 验 结 果 得 以 证 实（ 如图 ４ 所示） 。由此可见， 利用 Ｆｉｃｋ 定律推导出的混凝土碳 化 理 论 模 型 分 析 大 气 ＣＯ２ 浓 度 对 混 凝 土 碳 化 深 度 的 影 响 是 可 能的。
Ａ ｂ ｓｔｒａｃｔ： Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅ ｏｎ Ｆｉｃｋ＇ｓ Ｆｉｒｓｔ Ｌａｗ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｂｒｏａｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ． Ｂｙ ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔ－ ｉｃａｌ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｔｅｓｔ ｄａｔａ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＣＯ２ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｄｕｅ ｔｏ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗｉｌｌ ｎｏｔ ｂｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｂｕｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ． Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔｓ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏ ｒｄ ｓ： ｃｏｎｃｒｅｔｅ； ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ； ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ； ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ； ＣＯ２
图 ２ 假定的 ＣＯ２ 浓度分布
图 ３ 碳化界面的划分
［ＣＯ２］—大气中 ＣＯ２ 浓度（ ｍｏｌ／ｍ３） ； ｍ０—单位体积混凝土吸收 ＣＯ２ 能力的系数（ ｍｏｌ／ｍ３） ； ｔ—碳化时间（ ｓ） ； ｘｃ—完全碳化的深度（ ｍ） 。 式（ ３） 表明， 混凝土碳化深度与时间的平方根 成 正 比 ， 这 一 点已经被许多研究所证明［５￣８］。鉴于式（ ３） 中 Ｄｃ 和 ｍ０ 难以测定， 实际应用中通常将混凝土碳化的理论模型进一步简化， 表示为：
