长沙地铁混凝土抗碳化性能及使用寿命预测研究

研究多种因素对长沙地铁混凝土的抗碳化性能的影响,试验结果表明混凝土抗碳化性能随混凝土强度等级增加而增强;采用聚羧酸减水剂混凝土的抗碳化性能优于采用萘系减水剂的混凝土的抗碳化性能。依据Fick第二定律及相似理论,建立了长沙地铁混凝土抗碳化耐久性预测方法。混凝土抗碳化耐久性预测结果表明所设计的不同强度等级的长沙地铁混凝土抗碳化耐久寿命均超过了100年的设计使用寿命。     

工程预拌混凝土抗碳化能力的试验研究

采用快速碳化试验,对工程预拌混凝土抗碳化能力随早期保湿养护时间的变化规律进行了试验研究。结果表明,混凝土碳化系数随混凝土强度等级的提高而降低,存在着一定的线性关系。碳化系数随早期保湿养护时间的提高而降低,并存在着相关性较好的乘幂函数关系。在空气中CO2浓度为0.04%和早期保湿养护时间为28 d的条件下,C45、C40、C35、C30和C25工程预拌混凝土自然碳化达到保护层厚度(25 mm)所需的时间分别为172、111、90、71和44 a。而C25混凝土的抗碳化能力已达不到年限50 a的要求。混凝土抗碳化能力随着早期保湿养护时间的减少而呈明显的降低现象。     

预防碳化提高钢筋混凝土的耐久性

碳化是影响混凝土耐久性的一个重要因素,将加速混凝土中钢筋的腐蚀,从而缩短工程寿命。目前碳化破坏引起更加特别的重视,因全球关心的气候变化过程实质上就是空气中CO2浓度增加的过程。其次是因为使用高掺量混合材加剧了水泥的碳化破坏。加以高速发展新的基础设施,其中地下工程、地铁、火车站、城市中心等地的微气候中CO2的浓度显著增加。在施工过程中若养护不够,表面层空隙率增加,将更加加重CO2的腐蚀程度。本文将详细叙述这些因素,并提出解决碳化问题应采取的措施。     

水泥强度等级对混凝土碳化耐久性的影响

基于水泥强度等级对混凝土碳化耐久性的影响,采用快速碳化试验对由42.5或52.5级普通水泥配制的C35混凝土的抗碳化性能进行了研究。试验结果表明:在抗压强度相当的条件下,由42.5级水泥配制的C35混凝土具有更好的碳化耐久性。例如,在空气中CO2体积分数为0.04%和矿渣掺量为50%的条件下,用42.5或52.5级水泥配制的C35混凝土完全自然碳化所需时间分别为53.3a和44.7a,可见,用52.5级水泥配制的混凝土碳化年限更短,且达不到50 a的设计使用年限。因此,在工程上宜优先选用42.5级水泥配制C35混凝土。     

海洋环境下混凝土的碳化与钙的溶出

从暴露26 a和21 a的实际混凝土工程中钻取了一批直径为100 mm的混凝土芯样,利用干磨技术和化学分析方法测量了其Cl-,CaCO3和Ca(OH)2含量.结果表明,在潮湿环境下混凝土碳化进展缓慢,混凝土碳化深度最终趋于一个极限值.对比CaCO3和Ca(OH)2的含量,发现与海水长期接触的混凝土存在Ca(OH)2的溶出和C-S-H的进一步脱钙,这会加剧Cl-对其的侵蚀作用.当存在Ca(OH)2的溶出时,以CaCO3含量来评价混凝土碳化的方法将变得不可靠.     

碳化作用下钢纤维混凝土力学性能的试验研究

通过对50组150个100mm×100mm×100mm和25组75个100mm×100mm×400mm的混凝土试件进行试验研究,以钢纤维体积率、混凝土强度等级和碳化龄期为变量,研究了不同体积率、不同强度等级的钢纤维混凝土在不同碳化龄期下抗压强度、劈拉强度以及抗折强度的变化规律,探讨了碳化钢纤维混凝土中钢纤维的增强机理,为钢纤维混凝土耐久性设计和分析提供试验依据,以完善和发展钢纤维混凝土理论,促进钢纤维混凝土这种高性能复合材料的工程应用。     

预拌混凝土抗碳化能力随早期保湿养护时间的变化规律

采用快速碳化试验对工程预拌混凝土抗碳化能力随早期保湿养护时间的变化规律进行了试验研究。试验结果表明:混凝土抗碳化能力随着早期保湿养护时间的减少而呈明显的降低现象。在(早期)保湿养护时间分别为28、14、7、3、2、1 d,再干养护到28 d龄期的条件下,C30混凝土的28 d快速碳化深度依次为16.5、19.0、19.9、22.5、32.5、36.5 mm,由此可推算得到自然碳化(空气中CO2浓度以0.04%计)达到保护层厚度(25 mm)所需时间分别为88、67、60、47、23、18 a。因此,对于工程预拌混凝土早期7～14d保湿养护是必要的。     

混凝土碳化深度限值的安全寿命评估

对于普通使用环境下工作的钢筋混凝土结构，外部介质对结构的影响主要表现为CO2气体引起的钢筋混凝土保护层混凝土的碳化。一般情况下．可以认为只有在非碳化的混凝土保护层厚度存在时．结构可正常工作．而在规定时间内保护层混凝土的碳化深度达到或超过其安全使用界限时，即认为对结构的耐久性能构成了威胁．结构的耐久度相应地有所降低，故可     

混凝土碳化因素敏感性研究

混凝土构筑物产生碳化现象后,会对其强度、适用性和耐久性能等产生不同程度影响。采用快速碳化实验方法,分析了水胶比(W/B)、CO2气体浓度以及粉煤灰掺入量等不同因素对混凝土碳化作用的影响,并提出了降低发生混凝土碳化的技术手段。     

混凝土碳化因素敏感性研究

混凝土构筑物产生碳化现象后,会对其强度、适用性和耐久性能等产生不同程度影响。采用快速碳化实验方法,分析了水胶比(W/B)、CO2气体浓度以及粉煤灰掺入量等不同因素对混凝土碳化作用的影响,并提出了降低发生混凝土碳化的技术手段。     

Carbonation resistance of one industrial mortar used as a concrete coating

In aggressive environments, concrete itself may not be enough to protect the reinforcement against carbon dioxide penetration. This gas reacts with the portlandite of the concrete to form calcium carbonate. This process leads to a pH reduction and, therefore, promotes the depassivation of the steel reinforcement in reinforced concretes. Therefore, a supplementary protection method such as coating with a mortar, as carbonation barrier can be used to provide adequate durability. Experimental data are presented to illustrate the effect of three different testing levels of CO₂ on an industrial mortar applied to a concrete base in order to evaluate its performance as an anti-carbonation barrier. The results from the coated concrete are compared with the carbonation resistance of the uncoated plain concrete. The carbonation depth was determined using a phenolphthalein pH-indicator. A clear reduction in carbonation was observed when the mortar was applied. The validity of the accelerated testing method, which consists of placing the mortar in a high carbon dioxide concentration chamber for a controlled time, and carbonation coefficients to assess coating effectiveness are discussed. The use of 100% carbon dioxide is highly questionable for accelerated carbonation testing.     

水泥细度对混凝土碳化性能的影响

碳化性能是混凝土的重要耐久性指标之一,而水泥细度对混凝土的碳化性能有重要的影响。本文主要研究了水泥细度对混凝土抗碳化性能的影响。试验结果表明:水泥细度的提高有利于混凝土抗碳化性能的提高,并探讨了水泥细度对混凝土碳化性能影响的作用机理。     

粉煤灰对混凝土碳化的影响

混凝土的碳化会引起钢筋锈蚀,影响混凝土的耐久性。在混凝土中掺加矿物掺合料会改变混凝土的结构,增加混凝土拌合物的流动度,但会降低混凝土的抗碳化能力,国内外对粉煤灰影响混凝土碳化能力的研究很多,本文通过对其总结分析,为进一步研究混凝土碳化提供理论依据。     

荷载作用下粉煤灰混凝土一维、二维碳化研究

对不同粉煤灰掺量(0%,20%,40%,60%)、不同应力比(0.20,0.35,0.50,0.65,0.80)下高性能混凝土一维和二维碳化规律展开研究;建立了荷载作用下二维碳化测试方法;定义了二维碳化交互系数;研究了不同应力比对交互系数的影响规律。试验表明:一维、二维碳化深度随着应力比的提高而增加,碳化28 d时(相当于自然碳化50 a),应力比为0.8时的一维、二维碳化深度分别是应力比为0时的1.61倍、1.39倍;同时,碳化深度服从应力比的指数函数关系;混凝土二维碳化具有显著的交互作用,荷载作用下的二维交互系数明显小于不受力时的交互系数,并且随着应力比的增加,其数值有变小的趋势。混凝土加载状态下的一维和二维碳化研究对混凝土结构耐久性和寿命预测具有现实意义。     

Carbonation of concrete in the tropical environment of Singapore

The experimental investigation was performed to study the influence of unit cement content and w/c ratio on the rate of carbonation under natural exposure in the tropical environment of Singapore together with laboratory accelerated carbonation test. To represent concrete of lean to rich mixes, the cement content in a total of 21 mixtures was varied from 250 to 450 kg/m³, while the w/c ratios ranged between 0.40 and 0.70 with an increment of 0.05. After 14 years of natural exposure, the 28-day compressive strength (f₂₈) and w/c ratio (w/c) were identified as reliable parameters for estimating the depth of carbonation. However, within the range of values studied, there is no significant effect of the cement content on the carbonation behaviour. The relationship between the 14-year natural exposure and the samples from the 7% CO₂ concentration accelerated test were also correlated. Tentative recommendations on the use of the findings in durability design against carbonation for required service life in a tropical environment are proposed.     

冻融循环作用下粉煤灰混凝土碳化规律研究

研究不同粉煤灰掺量(0%、20%、40%、60%)下高性能混凝土经快速冻融试验后的碳化现象;定义冻融循环作用下混凝土碳化判定新准则;采用图像处理技术定量分析不同粉煤灰掺量、不同冻融破坏程度对碳化的影响规律。试验表明:经冻融破坏后混凝土碳化现象和传统碳化现象有所不同,碳化深度测试法已不能表征其新特征,而碳化面积法能较好阐述混凝土冻融破坏后的碳化规律;冻融破坏后的碳化面积与粉煤灰掺量呈二次抛物线关系;碳化面积与冻融破坏程度服呈线性相关;混凝土冻融循环作用下的碳化研究对冻融地区混凝土结构耐久性和寿命预测具有现实意义。     

拉应力对低水胶比混凝土抗碳化性能的影响

为了更准确预测承载混凝土结构碳化耐久性,采用拉应力-碳化耦合加载装置及空气渗透测定仪研究了不同拉应力水平对90d龄期低水胶比混凝土碳化性能的影响规律.结果表明:材料层次和构件层次低水胶比混凝土碳化速度均随拉应力水平提高呈EXP指数增加,材料层次碳化速度明显高于构件层次混凝土碳化速度,随着拉应力水平的提高,材料层次与构件层次的碳化速度差值越来越大;低水胶比混凝土空气渗透系数与拉应力水平之间也呈EXP指数关系,这可从机理上解释不同拉应力水平对低水胶比混凝土碳化性能的影响规律.     

Carbonation of concrete in the tropical environment of Singapore

The experimental investigation was performed to study the influence of unit cement content and w/c ratio on the rate of carbonation under natural exposure in the tropical environment of Singapore together with laboratory accelerated carbonation test. To represent concrete of lean to rich mixes, the cement content in a total of 21 mixtures was varied from 250 to 450 kg/m³, while the w/c ratios ranged between 0.40 and 0.70 with an increment of 0.05. After 14 years of natural exposure, the 28-day compressive strength (f ₂₈) and w/c ratio (w/c) were identified as reliable parameters for estimating the depth of carbonation. However, within the range of values studied, there is no significant effect of the cement content on the carbonation behaviour. The relationship between the 14-year natural exposure and the samples from the 7% CO₂ concentration accelerated test were also correlated. Tentative recommendations on the use of the findings in durability design against carbonation for required service life in a tropical environment are proposed.     

碳化作用下基于可靠度的混凝土结构耐久性设计方法研究

对碳化作用下基于可靠度的混凝土结构耐久性设计方法进行了研究。首先确定碳化作用对应的结构耐久性极限状态和可靠指标,然后选择碳化深度预测模型,以设计使用寿命模式建立失效概率方程,最后在满足结构设计使用年限的条件下综合确定结构与材料的耐久性指标,并给出不同环境条件下的计算实例。