钢筋腐蚀一直是导致混凝土结构提前失效的首要原因，但一项利用二氧化碳（CO₂）的新方法正在改变这一局面。发表在《npj Materials Degradation》期刊上的最新研究深入探讨了CO₂养护对水泥基材料中钢筋钝化膜性能的影响，揭示了其在提升耐久性与可持续性方面的巨大潜力。
CO₂养护是一种前沿技术，通过在混凝土早期养护阶段暴露于高浓度CO₂环境中，促进二氧化碳与水泥浆体中的氢氧化钙发生碳化反应，生成碳酸钙。这一过程不仅优化了混凝土的微观结构，还显著提升了其强度和耐久性。与传统的保湿或蒸汽养护相比，CO₂养护能有效降低孔隙率，增强抵抗氯离子渗透的能力，从而为内部钢筋创造更优越的保护环境。
研究指出，CO₂养护加速钝化膜形成的机制在于早期碳化过程中钢筋周围氧分压的增加，这促进了保护膜的快速生成。尽管传统碳化可能导致混凝土碱度下降从而增加腐蚀风险，但早期阶段的CO₂养护允许pH值在养护后恢复，维持对钢筋的保护性环境。此外，该技术通过利用本会排放到大气中的碳，为低碳建筑过程提供了有力支持。
在实验评估中，研究人员在受控条件下对比了CO₂养护砂浆与标准养护试件。通过开路电位（OCP）、电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化（PDP）等电化学技术，结合扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）等微观分析手段，全面评估了钝化膜的形成与稳定性。实验还模拟了严苛的氯盐干湿循环环境，以验证其在恶劣条件下的表现。
关键数据显示，CO₂养护显著加速了钝化过程，将钝化期从标准养护的21-22天缩短至约10天，且电化学电位更早达到稳定。虽然CO₂养护形成的钝化膜厚度略薄（4.06纳米对比4.73纳米），但其电化学稳定性更高，电荷转移电阻提升至458.54 kΩ·cm²（标准养护为384.49 kΩ·cm²）。这种性能提升归因于更致密的微观结构、早期充足的氧气供应以及更有利的Fe²⁺/Fe³⁺比例（0.90对比0.63）。
在氯盐暴露测试中，CO₂养护表现出更强的抗去钝化能力。标准养护试件在18次干湿循环后开始去钝化，而CO₂养护试件在30次循环后仍保持保护状态。这一结果突显了该技术在海工结构及除冰基础设施等氯盐丰富环境中提升耐久性的有效性，有望延长结构寿命并降低维护成本。
未来研究将聚焦于优化养护条件、评估不同环境下的长期性能以及推动大规模工程应用。对于中国建材行业而言，随着“双碳”目标的深入推进，CO₂养护技术不仅契合绿色建材发展趋势，更为解决沿海及高寒地区基础设施的防腐难题提供了极具参考价值的技术路径。