基于多元非线性分析的粉煤灰混凝土碳化模型研究

随着粉煤灰混凝土技术的不断推广,对粉煤灰混凝土耐久性的研究也在不断的深入。为了研究粉煤灰混凝土自然碳化与快速碳化之间的数学关系,基于混凝土碳化试验,对影响粉煤灰混凝土碳化的主要因素水灰比、混凝土抗压强度、粉煤灰掺量、CO2浓度、温度、湿度和碳化时间进行了多元非线性分析,分别建立了粉煤灰混凝土快速碳化条件下和自然碳化条件下的多元非线性模型,并对模型准确性进行了检验。根据所建碳化模型,建立了在粉煤灰掺量和水灰比相同的条件下,混凝土自然碳化与快速碳化之间关于碳化时间的数学模型。研究结果和方法可对混凝土碳化预测提供借鉴。     

紫外照射对混凝土性能的影响研究

通过设计环境模拟试验,根据不同温度、湿度以及紫外照射模拟了6种混凝土养护条件,对混凝土在不同环境中力学性能及抗碳化性能进行了研究分析。结果表明:紫外照射对混凝土抗压强度无提高或负面作用,但能促进混凝土碳化进程,从而间接影响混凝土强度,在CO2浓度为20%条件下,混凝土强度提高效果显著;紫外照射对混凝土抗碳化能力具有较强的削弱作用。     

基于COMSOL的混凝土碳化影响因素分析

根据混凝土碳化化学反应机理,结合CO2质量运输方程,定义了反应消耗的CO2浓度方程,提出一种新的研究混凝土碳化规律的数值模拟方法。运用COMSOL软件,进行CO2浓度、反应消耗的CO2浓度的多物理场耦合,并参照相关文献的试验结果对数值模型进行了可信性验证;运用该数值模型分析不同水灰比、水泥用量、环境温度、相对湿度对混凝土碳化的影响,并拟合其影响曲线。结果表明:该数值模型有很高的可信性;水灰比与混凝土碳化深度近似成正比,水泥用量与混凝土碳化深度近似成反比,环境温度对碳化深度的影响较小,相对湿度与混凝土碳化深度成二次抛物线关系。     

预测混凝土碳化深度的随机模型

从碳化理论模型出发,利用大量工程实测结果和气象调查资料,建立了以混凝土立方体抗压强度标准值为主要参数,考虑环境影响(环境温湿度)和CO2浓度影响的平均碳化深度预测模型,进一步考虑碳化过程的随机性,提出了预测混凝土碳化深度的随机模型。最后,用工程实测数据对模型进行了验证分析。     

酚酞试液质量浓度对碳化测试结果的影响研究

现行标准中对混凝土碳化深度测试所用的酚酞试液质量浓度有1%和1%~2%两种,为了验证不同质量浓度的酚酞试液对混凝土碳化深度测试结果的影响,选取了某些实桥结构进行了碳化深度测试。测试时,采用F检验和t检验方法对2组平行试验数据进行对比分析,发现2组平行试验结果之间没有明显差异,即使用1%和2%质量浓度酚酞试液对混凝土碳化深度的测试结果没有影响。该结果可为以后使用酚酞指示剂法测试混凝土碳化深度提供有益的借鉴。     

碳化作用下玻化微珠保温混凝土碳化深度及强度变化试验研究

为研究玻化微珠保温混凝土的碳化性能,进行了不同碳化龄期的室内快速碳化试验。在保温混凝土优化配合比的基础上选定三种不同的水灰比设计试验,测定不同龄期的碳化深度和立方体抗压强度,并选定同等条件下的普通混凝土进行了对比。试验结果表明,保温混凝土的抗碳化性能较好,运用回归分析法建立了保温混凝土的碳化深度预测模型,确定了抗压强度与碳化龄期之间的定量关系表达式。     

大掺量Ⅲ级粉煤灰混凝土耐久性研究

研究了大掺量Ⅲ级粉煤灰混凝土的碳化、抗钢筋锈蚀和抗侵蚀性能以及试验采用的CO2浓度对评价大掺量低质粉煤灰混凝土抗碳化性能的影响．结果表明，掺激发剂的大掺量Ⅲ级粉煤灰混凝土具有良好的抗碳化和抗钢筋锈蚀性能，大掺量Ⅲ级粉煤灰混凝土的抗侵蚀性能优于普通对比混凝土，碳化试验采用的CO2浓度对评价大掺量Ⅲ级粉煤灰混凝土抗碳化性能具有较大影响．     

中等强度自密实混凝土的碳化性能

采用快速碳化试验方法,研究了水胶比、粗骨料体积含量以及砂浆稠度等因素对中等强度自密实混凝土碳化性能的影响,分析了自密实混凝土碳化深度与其抗压强度之间的关系,并对自密实混凝土碳化寿命进行了理论预测.结果表明,水胶比、粗骨料体积含量以及砂浆稠度均对自密实混凝土的碳化性能存在不同程度的影响,自密实混凝土的碳化深度与其抗压强度之间存在显著的线性相关性,自密实混凝土碳化性能与普通混凝土相似.在合理设计和养护条件下,自密实混凝土具有足够的碳化寿命.     

混凝土气体渗透性的评价方法研究

采用多孔介质扩散机制推导出混凝土的气体渗透系数,并比较了CO2和O2两种气体在混凝土中扩散能力。通过加速碳化试验研究了气体渗透系数与碳化深度的关系。试验结果发现CO2气体在粉煤灰混凝土中的扩散能力较O2气体差,并且混凝土试件的28d碳化深度随着粉煤灰掺量的增加均呈现减小的趋势。采用多孔介质扩散机制推导出来的气体扩散系数不能完全表征混凝土的碳化性能。     

干湿循环作用下碳酸盐对混凝土腐蚀规律的试验研究及建议

试验研究了干湿循环机制下碳酸盐对混凝土的腐蚀规律试验,通过分析碳化深度、抗压强度及混凝土质量的变化,讨论了碳酸盐对混凝土碳化的腐蚀影响,并对混凝土碳化程度评定提出了建议。研究结果表明,混凝土的碳化速度在NaHCO_3溶液的作用下加快。随着干湿循环次数的增加,NaHCO_3溶液浓度从0.3%增加到0.5%时,混凝土碳化深度明显增加;混凝土的抗压强度在NaHCO_3溶液的作用下影响较大。结合在失效干湿循环次数时,混凝土试块的质量损失率的统计,其平均质量损失率为6.24%,可以参照混凝土试块的质量损失率对混凝土试块是否失效进行初步的判断。     

粉煤灰混凝土二维和三维碳化研究

本文首先建立了2D和3D碳化测试方法,在此基础上系统研究了粉煤灰混凝土在加速碳化试验中2D和3D碳化深度的依时变化规律,探讨了粉煤灰掺量(0%、10%、20%、40%、60%)、粉煤灰种类(Ⅰ级、Ⅱ级)、水胶质量比(0.3,0.35,0.4)、胶凝材料用量(458,380kg/m3)、养护龄期(28,90d)5个重要因素对粉煤灰混凝土2D和3D碳化深度的影响规律。另外,还将2D和3D碳化试验结果与同条件下1D碳化进行了定量比较,发现2D和3D碳化明显存在交互作用,为量化该交互作用提出了2D和3D碳化交互系数概念,并给出了2D和3D碳化交互系数随时间变化的数学表达式。以期为准确预测实际混凝土结构在真实状态下碳化寿命提供科学依据。     

混凝土碳化研究与进展（2）—二碳化速度的影响因素及碳化对混凝土品质的影响

混凝土碳化速度决定于孔结构和CO2气体与孔溶液成分的反应性。孔结构决定CO2和H2O的渗透能力，孔隙不含水时CO2的扩散能力强，而无法完成CO2与水化产物的碳化反应，因此混凝土孔结构是影响碳化速度的主要因素。混凝土中的碱含量、NaCl含量及孔隙水的迁移等对碳化速度的影响也非常大。碳化减少碳化区和未碳化区孔径和孔隙率的同时也影响混凝土质量、强度和碱度等其它性能。     

基于数值模拟的混凝土碳化过程分析

混凝土碳化是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一,CO2在混凝土结构中的扩散是混凝土碳化反应过程的真实写照。碳化反应过程中CO2在混凝土中的扩散与热传导过程中热量的传递极为相似,利用大型通用有限元分析软件ANSYS的热分析模块对挡土墙的混凝土碳化过程进行了数值模拟,结合快速碳化实验得到碳化锋面CO2浓度与混凝土碳化深度拟合关系式。     

Effects of climate variations and global warming on the durability of RC structures subjected to carbonation

Carbonation affects the performance, serviceability and safety of reinforced concrete (RC) structures when they are placed in environments with important CO ₂ concentrations. Since the kinetics of carbonation depends on parameters that could be affected by climate change (temperature, atmospheric CO ₂ pressure and relative humidity (RH)), this study aims at quantifying the effect of climate change on the durability of RC structures subjected to carbonation risks. This work couples a carbonation finite element model with a comprehensive reliability approach to consider the uncertainties inherent to the deterioration process. The proposed methodology is applied to the probabilistic assessment of carbonation effects for several cities in France under various climate change scenarios. It was found that climate change and local RH have a significant impact on corrosion initiation risks.     

冻融对混凝土碳化的影响

为研究冻融对混凝土碳化的影响,对4种不同配合比混凝土先后进行冻融循环和加速碳化,测定其CaCO3含量,并采用Boltzmann函数拟合碳化深度值.结果表明,冻融作为混凝土损伤的动力源,加速碳化进程,循环次数越多,碳化后CaCO3含量和相应的碳化深度越大;在冻融和高浓度CO2环境下,粉煤灰的掺入增加混凝土碳化量,对混凝土结构不利.     

基于应力状态下钢筋混凝土开始锈蚀的时间预测模型

选取混凝土强度等级、环境温度、环境相对湿度、二氧化碳浓度、结构受力状态5个参数为主要影响混凝土碳化深度系数的因素.通过研究各因素与混凝土碳化速度的关系,建立了碳化深度影响系数公式,考虑混凝土碳化残量与钢筋锈蚀的关系,最后,建立了混凝土中钢筋开始锈蚀的时间预测模型.     

基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模型

基于混凝土碳化机理，建立了水灰比、水泥用量等混凝土碳化主要影响因素与理论模型中有效扩散系数Ｄｃｅ及单位体积混凝土的ＣＯ２吸收量ｍ０之间的定量关系，推导得出一个有充分理论基础的混凝土碳化深度实用数学模型。经用试验结果验证表明，数学模型合理、准确、实用。     

混凝土碳化区物质含量变化规律的数值分析

在Papadakis碳化模型的基础上,通过数值方法,分析了混凝土碳化区内CO2浓度、Ca（OH）2浓度以及pH值的变化规律,并对推导碳化理论模型时的两个基本假定进行了讨论。     

冻融前后混凝土碳化性能试验研究

通过对四种不同配合比的混凝土先后进行冻融循环试验(0、50、150次)和加速碳化试验(0、1、2周),研究冻融前后混凝土碳化性能变化情况.结果表明:冻融循环增大了混凝土孔隙率,加速了碳化进程,循环次数越多,加速作用越大;在冻融和高浓度CO2环境下,粉煤灰的掺入增加了混凝土碳化量,并造成较大强度损失,对混凝土结构不利;碳化使混凝土抗压强度略有提高,但不足以弥补冻融造成的强度损失,水灰比越大,强度损失越大.对混凝土结构进行耐久性设计和使用寿命预测时,必须考虑冻融、碳化及其它因素的复合作用.     

广州地铁混凝土的碳化试验研究及抗碳化耐久寿命预测

针对广州地铁隧道内空气中存在较高浓度 CO2对混凝土的侵蚀,采用实际工程混凝土试件进行了标准碳化试验,并应用相似理论对混凝土抗碳化耐久寿命进行预测.结果表明:8家搅拌站供给广州地铁工程使用的C30P8混凝土的28 d碳化深度从10 mm 到 25 mm不等,离散性较大;广州地铁混凝土保护层为 35 mm,CO2浓度为0.05%时,混凝土的抗碳化耐久寿命基本上都超过了100a的设计使用年限,但也存在低于100a的个例.