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(qū)進行隧道開挖或樁基建設時，工程建設誘發(fā)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(gòu)筑物產(chǎn)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(chǎn)生與常規(guī)混凝土自然碳化截然不同的結(jié)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(jié)構(gòu)與力學強度的影響，并闡明碳化誘發(fā)混凝土性能變化的內(nèi)在機理，是保障儲層地區(qū)地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(huán)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(jié)構(gòu)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(jié)果可知，不論是何種碳化環(huán)境，由于碳化產(chǎn)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(qū)域孔隙的減小量越大。而物相分析與SEM結(jié)果發(fā)現(xiàn)碳化環(huán)境對碳化產(chǎn)物結(jié)晶過程產(chǎn)生影響，水的存在增強了混凝土碳化，促使碳化產(chǎn)物除方解石外還有大量文石產(chǎn)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(fā)混凝土過度碳化，造成混凝土內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)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(fā)表于水泥和混凝土材料研究頂級期刊Construction and Building Materials（一區(qū)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(fā)計劃（2019YFE0100100）、國家自然科學基金（42172315）、內(nèi)蒙古自治區(qū)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(huán)境中混凝土碳化28天微觀結(jié)構(gòu)圖　　

圖2 100kPa純水CO₂環(huán)境中混凝土碳化28天微觀結(jié)構(gòu)圖　　 

圖3 干燥環(huán)境（A1）和純水環(huán)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(shù)變化圖　

圖4 高濃度CO₂作用下混凝土碳化機理圖