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世界各地存在有大量天然CO2儲層，由于天然的泄漏通道，天然儲層中的CO2可由地層深度泄漏并富集于淺層地下空間中。當在儲層地區進行隧道開挖或樁基建設時，工程建設誘發的人為擾動可能造成高濃度CO2由淺層CO2富集空間向外泄漏，并對地下鋼筋混凝土構筑物產生長期高濃度CO2碳化影響。而CO2濃度的提高會增強CO2滲透能力，使混凝土碳化過程成倍加速的同時降低混凝土對鋼筋的保護能力，產生與常規混凝土自然碳化截然不同的結果。因此，探究不同碳化條件高濃度CO2對混凝土化學組成、孔隙結構與力學強度的影響，并闡明碳化誘發混凝土性能變化的內在機理，是保障儲層地區地下鋼筋混凝土結構穩定性的基礎，具有重要的工程價值與研究意義。
本研究利用高壓CO2對混凝土進行不同碳化環境研究，利用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）與微米CT（μ-CT）進行分析表征，獲得了混凝土碳化前后的物相組成與孔隙結構的變化，并在此基礎上對混凝土碳化前后的抗壓強度進行研究。由微米CT表征結果可知，不論是何種碳化環境，由于碳化產物在孔隙中堆積，碳化后混凝土的孔隙度有較為顯著的降低，且孔隙越密集區域孔隙的減小量越大。而物相分析與SEM結果發現碳化環境對碳化產物結晶過程產生影響，水的存在增強了混凝土碳化，促使碳化產物除方解石外還有大量文石產生。低濃度CO2碳化增強混凝土強度，而在水的作用下高濃度CO2誘發混凝土過度碳化，造成混凝土內部微裂縫的產生與擴展，其強度隨碳化時間先增大后減小，并于碳化28天后強度低于未碳化混凝土。
本研究成果已發表于水泥和混凝土材料研究頂級期刊Construction and Building Materials（一區TOP，最新影響因子7.693），第一作者為薛泉博士，通訊作者為張力為研究員。研究成果主要由國家重點研發計劃（2019YFE0100100）、國家自然科學基金（42172315）、內蒙古自治區科技重大專項（2021ZD0034）資助。
論文題目：Evolution of structural and mechanical properties of concrete exposed to high concentration CO2
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0950061822017421
圖1 100kPa干燥CO2環境中混凝土碳化28天微觀結構圖
圖2 100kPa純水CO2環境中混凝土碳化28天微觀結構圖
圖3 干燥環境（A1）和純水環境（B1）100kPaCO2碳化前后混凝土孔隙及沿樣品高度方向孔隙體積分數變化圖
圖4 高濃度CO2作用下混凝土碳化機理圖