基于快速碳化试验的结构混凝土抗碳化性能研究

针对某水工混凝土结构实体,对不同部位、不同强度的不带浆层芯样（A类试件）、带自然碳化浆层芯样（B类试件）进行了快速碳化试验,分别建立了A、B类试件在自然碳化环境下的碳化深度预测方程。结果表明：A类试件的早期碳化深度小于B类试件;随着碳化时间的增长,A类试件的碳化深度会超过B类试件;混凝土的抗压强度越大,A、B类试件达到相同碳化深度所需的时间越长;A类试件的碳化速度系数大于0.50,而B类试件的碳化速度系数小于0.50,说明自然碳化浆层能在一定程度上延缓碳化;基于A、B类试件建立的试验室碳化深度预测方程可用于混凝土结构抗碳化性能的合格性判定;基于B类试件建立的自然碳化深度预测方程的精度较高。     

粉煤灰混凝土自然碳化性能初步研究

用粉煤灰混凝土泵送浇筑成型足尺的结构实体试验模型剪力墙与现浇楼板及相应的标准立方体试件,对其进行了为期1年的混凝土自然碳化深度测试,得到相应龄期的剪力墙、现浇楼板及相应立方体试件混凝土的碳化深度数据。研究结果表明:随混凝土强度等级的提高,其碳化深度减小,混凝土抗碳化能力增强;剪力墙与现浇楼板及相应的标准立方体试件碳化深度与时间成自然对数增长规律,立方体试件碳化深度与实体结构混凝土存在差异。研究结果可供工程结构混凝土碳化耐久性能检测与控制参考。     

在役结构混凝土强度与碳化水平的调研分析

基于深圳市部分在役结构的随机取样,分别测试了混凝土芯样的抗压强度和碳化深度并分析了抗压强度、自然碳化深度和服役年限三者之间的相关关系。研究表明:所取混凝土芯样的抗压强度处于25~35 MPa,且抗压强度呈逐年增长趋势;碳化深度的平均值为5.15 mm,而碳化深度值小于10 mm的芯样占比达92%,表明在役结构混凝土的碳化水平不高;抗压强度与碳化系数两者的相关系数仅为0.03,相关性较弱。     

混凝土裂缝处碳化深度计算模型

普通钢筋混凝土结构一般都是带裂缝工作,裂缝的存在会使CO_2更易侵入混凝土内部,加速混凝土的碳化,对结构的耐久性不利。结合已有研究成果,定义了裂缝对混凝土碳化的影响系数γc,通过对预制裂缝的砂浆及混凝土试件进行碳化试验,分析了水灰比、碳化时间、环境相对湿度、裂缝宽度、裂缝深度对γc的影响,得出裂缝处混凝土碳化深度计算模型,并通过实际工程进行了验证。结果表明,裂缝宽度范围为0.06~0.7mm时,模型均适用,且桥梁运营时间对γc影响不显著。     

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。     

偏高岭土混凝土碳化及其力学性能

将偏高岭土以同等质量替代水泥（0、5%、10%、15%）掺入混凝土中,对偏高岭土混凝土进行了不同龄期（0、7、28 d）的碳化试验以及碳化后的抗压和抗折强度试验。研究了不同偏高岭土掺量下混凝土的碳化性能,探讨了混凝土抗压强度、抗折强度、脆性系数随碳化龄期和偏高岭土掺量的变化规律,预测了偏高岭土混凝土碳化深度、抗压和抗折强度的模型。结果显示：偏高岭土可有效提高混凝土的抗碳化性能。随偏高岭土掺量的增多,试件抗压强度、抗折强度及脆性系数均逐渐增大,随碳化龄期的不断增长抗压强度和脆性系数先增大后逐渐减小,抗折强度逐渐降低。     

基于混凝土碳化耐久性的粉煤灰临界掺量

为了得到保证混凝土碳化耐久性前提下,在0.36~0.60范围内各水胶比(mW/mB)混凝土的临界粉煤灰掺量(wFA,c),在CO2体积分数(20±3)%,温度(20±2)℃,相对湿度(70±5)%的条件下进行加速碳化试验,测试了水胶比0.36,0.43,0.50,粉煤灰掺量(wFA)0%,20%,40%,60%以及水胶比0.60,粉煤灰掺量0%的混凝土碳化深度,混凝土试件经7d自然养护,自然养护期间日均气温为12.8℃.定量分析了水胶比与粉煤灰掺量对混凝土碳化性能的影响规律,建立了20mm碳化深度下混凝土临界粉煤灰掺量与水胶比之间关系的数学模型.结果表明:在各水胶比条件下,混凝土碳化深度均随粉煤灰掺量的增加而增大,当粉煤灰掺量超过20%以后,混凝土碳化速率均明显提高;混凝土碳化耐久性随水胶比增大而加速劣化.20mm碳化深度下混凝土临界粉煤灰掺量与水胶比之间关系的数学模型为:wFA,c=174.8-280.9mW/mB.根据该数学模型,在给定的水胶比条件下能计算出确保混凝土碳化耐久性的临界粉煤灰掺量.     

疲劳荷载和碳化联合作用下混凝土损伤特性试验研究

为研究不同疲劳荷载作用后,混凝土试件在快速碳化不同时期力学性能的变化规律,对棱柱体试件的破坏过程及形态变化、相对动弹性模量、碳化深度、相对抗压强度展开分析。研究结果表明:混凝土碳化深度与碳化时间的平方根成正比,且具有一定损伤程度试件的碳化系数k随着损伤度D的增大而增大,两者基本成线性关系。碳化深度较小的棱柱体试件破坏形态与正常情况下试件破坏情况没有明显的区别;当碳化深度较大时,试件表面的混凝土出现大面积的剥离。经历疲劳荷载作用后碳化的试件,每个时期的碳化深度相比未经疲劳作用的混凝土试件明显增大,且随疲劳损伤的增大而增大。前期经历疲劳荷载作用试件的相对抗压强度相比未经历疲劳荷载的试件明显降低,随着碳化的进行相对抗压强度均逐渐增大,到28 d时两者的相对抗压强度相差较小,疲劳荷载引起的试件损伤28 d碳化后基本得到弥补。     

西园隧洞混凝土碳化概率模型研究

多种因素可导致混凝土劣化,钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土结构耐久性变差的主要因素,而在一般大气环境下,混凝土碳化则是混凝土中钢筋锈蚀的前提条件。因此,研究混凝土碳化,建立碳化深度观测模型对混凝土结构耐久性的评估具有重要的实际意义。基于工程实例的实测资料,依据碳化深度预测模型,采用可靠性理论方法对钢筋混凝土结构进行耐久性分析。     

混凝土结构裂缝处的碳化分析

混凝土结构的裂缝，加速了裂缝处混凝土的碳化，对混凝土结构的耐久性造成影响．分析了裂缝处混凝土碳化特点，在讨论影响裂缝处混凝土碳化因素的基础上，给出了裂缝处混凝土碳化深度的经验计算公式，以实测数据为基础，建立了裂缝处混凝土碳化深度的随机过程模型，为以承受静载为主的混凝土结构裂缝处碳化深度的预测提供了一个可靠的方法．     

混凝土结构的碳化环境作用量化与耐久性分析

合理量化碳化环境作用并准确分析混凝土碳化深度,对于碳化环境下混凝土结构的耐久性定量分析与设计具有重要意义。首先基于混凝土碳化分析的多场耦合数值模型,定量分析温度、相对湿度、CO2浓度等环境因素对混凝土碳化深度的影响,并建立混凝土结构的碳化环境作用量化指标;然后通过引入环境修正系数对理论模型进行修正,建立混凝土碳化深度分析的实用预测模型,进而对碳化环境下混凝土结构的服役寿命和耐久性设计参数进行定量分析,并通过试验数据对比验证该方法的有效性和适用性。在此基础上,以碳化速率系数作为耐久性设计参数,可以实现碳化环境下混凝土结构的耐久性定量分析与设计。     

废玻璃粉混凝土的碳化特征

为研究废玻璃粉混凝土抗碳化性能,将粒径不超过75μm的无色废玻璃粉分别以10%、20%、30%与粉煤灰20%的掺量等质量代替水泥制作100 mm×100 mm×400 mm的混凝土棱柱体试块。分别标养3、28、56 d后,采用加速碳化试验法进行碳化试验,然后用酚酞溶液滴定法测定试件的碳化深度,并通过热重-差热分析、压汞法分别测定混凝土养护56 d后的碳化程度与孔隙率。结果表明,当养护时间较短时,废玻璃混凝土的抗碳化性能随废玻璃粉掺量的增加而下降;随着养护时间增长,混凝土中废玻璃粉火山灰效应显著,掺量10%的废玻璃混凝土在标养56d后抗碳化性能与基准组相当。     

沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究

对沈海(沈阳—海口)高速公路辽宁段沿线混凝土桥梁的碳化实测数据进行了统计分析,建立了以混凝土抗压强度和时间为主要参数的不同地区桥梁和单个桥梁混凝土碳化深度的随机过程模型。将混凝土碳化到钢筋表面的状态作为大气环境中的耐久性极限状态,分析了沿线上海湾大桥不同服役时间的耐久性失效概率。结果表明:混凝土碳化深度随混凝土抗压强度的增大而减小,但受多种复杂因素影响,混凝土碳化深度离散性很大;混凝土碳化系数计算模型的不确定性系数服从对数正态分布;海湾大桥混凝土使用到第100年时的耐久性失效概率小于10%。     

预应力混凝土试件碳化试验及碳化深度预测模型研究

进行了碳化环境下预应力混凝土试件弯曲受拉和直接受压的耐久性试验研究,阐述了碳化作用对预应力混凝土结构的损伤机理。引进拉、压应力状态影响函数χσ,以反映碳化深度和应力状态及应力水平的关系。分别假定Fick第Ⅰ定律中的碳化时间指数α为0.50或为变量,由此建立了多因素影响下的预应力混凝土结构碳化深度预测模型,且采用一次可靠性方法(FORM)对碳化深度预测模型进行了分析。研究结果表明,拉、压应力分别可加快和减缓混凝土结构的碳化速度,χσ反映了碳化速率的变化趋势。最优的碳化时间指数α=0.48,若近似取α=0.50,计算结果也是足够准确的,由此印证了Fick第Ⅰ定律的正确性,而且采用FORM计算预应力混凝土结构碳化深度的离散程度是可靠的。     

现代预应力结构耐久性(碳化)模型研究

对 7根快速碳化试件进行了应力分析 ,建立了不同应力状态下的碳化深度预测模型 ,随后从理论上对裂缝状态下的预应力混凝土结构耐久性进行了分析 ;并根据结构可靠度理论 ,提出了碳化环境下PC结构耐久性可靠度的分析方法。     

混凝土碳化机理及预测模型研究进展

混凝土碳化是混凝土耐久性研究极其重要的一个内容,阐述了混凝土的碳化机理,总结了并详细的分析了现有的比较有影响的混凝土碳化深度预测模型。国内外学者从不同角度对混凝土的碳化机理进行研究,所得结论基本一致:混凝土碳化深度与碳化时间的平方根成正比,即:xc=k·t～(1/2)。通过对混凝土碳化系数k的研究形成了不同的碳化模型:基于气体扩散理论的理论模型和基于试验结果的经验模型以及基于扩散理论和试验结果的模型。     

岩石粉类型对混凝土长龄期耐久性能的影响研究

研究了4种岩石粉对不同水胶比混凝土长龄期(1080 d)耐久性能的影响。结果表明,岩石粉混凝土的干燥收缩变形在1～180 d处于快速发展阶段,在180～1080 d处于缓慢发展阶段,90 d收缩率为1080 d收缩率的78%～87%,双指数模型可用于预测岩石粉混凝土干燥收缩变形;岩石粉混凝土的电通量随龄期延长逐渐减小,玄武岩石粉混凝土的抗氯离子渗透性能稍强于其它岩石粉混凝土;加速碳化下岩石粉混凝土的28 d碳化深度和自然碳化下1080 d碳化深度接近;掺石灰石粉有利于提高混凝土150次干湿循环后的抗压强度耐蚀系数。     

运煤栈桥碳化速度及寿命预测研究

运煤栈桥是大型矿场和燃煤电厂的重要运输设施,故对栈桥混凝土结构进行科学的耐久性评估和使用寿命预测有着重要的意义。在自然环境中,混凝土的碳化深度评定运煤栈桥耐久性劣化的重要指标,以陕北地区某运煤栈桥为研究对象,对栈桥支架结构进行室内快速碳化试验及室外自然暴露试验,在分析两者主要区别的基础上,并结合试验结果建立了运煤栈桥的碳化方程,且该模型具有一定的实用性和理论基础,可用于栈桥支架结构的碳化深度预测;同时,根据自然碳化试验,采用了表面阻断剂方法,分析对比了三种不同涂料对碳化速度的影响,从而提出一种降低碳化速度的最优办法。     

长龄期高性能混凝土碳化深度预测的随机计算模型

对12个设计强度等级为C20、C30、C40、C50、C60、C70和C80的高性能混凝土结构实体构件进行了龄期为14 d、28 d、60 d、90 d、740 d和14年的碳化深度试验,分析了混凝土强度和龄期对高性能混凝土碳化深度的影响规律;通过构件碳化深度的直方图绘制和皮尔逊拟合优度检验,得出了碳化深度在显著水平为0. 05时服从正态分布;考虑混凝土立方体抗压强度标准值和环境因子的变异影响,分别给出了碳化深度平均值和碳化深度标准差的计算模型,建立了长龄期高性能混凝土碳化深度预测的随机计算模型。     

基于碳化的既有钢筋混凝土桥梁耐久性的概率分析

分析讨论了混凝土碳化机理及其影响因素，并探讨了混凝土碳化深度的预测数学模型，基于既有钢筋混凝土桥梁的实测数据。对碳化系数和混凝土强度进行回归分析，建立了根据混凝土强度预测碳化深度的数学模型。将混凝土强度，保护层厚度。计算模式不确定性系数作为随机变量，以混凝土的碳化深度作为一个随时问变化的随机过程，建立了混凝土碳化到钢筋表面的时变概率随机模型．并以一座实际桥梁为例。给出了在不同使用年限时混凝土碳化到钢筋表面的预测值。结果表明，该模型可用于大气环境下基于碳化的钢筋混凝土桥梁结构耐久性评估。