考虑冻融和应力影响的混凝土构件碳化试验研究

为分析冻融循环和应力水平对混凝土结构碳化深度的影响,设计并实施了不同应力钢筋混凝土试件纯碳化试验和冻融-碳化交替试验.以Papadakis的经典碳化理论模型为基础,结合冻融和应力对混凝土CO2扩散性能的影响,以混凝土中可碳化物质在碳化过程中各物质质量平衡为条件建立微分方程,使用COMSOL Multiphysics建立考虑冻融和弯压应力的钢筋混凝土试件碳化深度模型,比较数值模拟结果与试验结果.结果 表明,压应力和冻融分别会提高和降低混凝土的抗碳化能力;当混凝土受力状态由受压变为受拉时,应力-冻融耦合对混凝土的碳化由抑制转换为促进作用,确定不同冻融条件及混凝土类型下的冻融临界应力,有助于对冻融环境下混凝土碳化进行有效防护;基于COMSOL Multiphysics的有限元分析结果和实测结果吻合较好,可为冻融和应力下混凝土构件碳化深度预测分析提供依据.     

掺粉煤灰建筑混凝土在冻融-干湿循环作用下的碳化性能研究

为了探究复杂环境下粉煤灰混凝土的碳化性能,对掺0、10%、20%以及30%粉煤灰混凝土进行了基准碳化、冻融-碳化、干湿-碳化和冻融-干湿-碳化耦合损伤试验。研究结果表明:动弹性模量随循环次数的增加逐渐减小,相同环境和循环次数下,20%粉煤灰掺量时的动弹性模量最大;干湿循环对粉煤灰动弹性模量的影响大于冻融循环对动弹性模量的影响;掺加粉煤灰的混凝土抗碳化性能减弱,掺量越大,碳化深度越大;粉煤灰掺量和龄期一定时,冻融-干湿-碳化深度冻融-碳化深度干湿-碳化深度基准碳化深度,冻融损伤对粉煤灰混凝土碳化性能的影响大于干湿作用;基于研究成果,建立起考虑多因素共同作用的粉煤灰混凝土碳化模型,可以较好地模拟不同环境条件下粉煤灰的碳化深度,可为相关工程实践提供借鉴。     

粉煤灰混凝土的碳化-冻融特性研究

为了分析粉煤灰混凝土的碳化-冻融特性,制备了不同粉煤灰掺量的混凝土样品,利用室内试验方法对混凝土样品迚行冻融循环和碳化,分析混凝土样品的质量损失率、相对动弹性模量和碳化面积随粉煤灰掺量和冻融-碳化周期的变化觃律。研究结果表明:在冻融-碳化条件下,粉煤灰混凝土的质量损失率、弹模损失率以及碳化面积率均随粉煤灰掺量的增大出现了先增大后减小再增大的现象;对比分析结果表明,粉煤灰混凝土的碳化能够在一定程度上提高其抗冻能力;粉煤灰混凝土的碳化面积率随着冻融-碳化循环次数的增加而增大,且当冻融-碳化循环大于一定周期后,碳化面积趋于稳定。     

标准碳化环境下基于材料参数的混凝土碳化深度多因素计算模型

为了准确评估混凝土的抗碳化性能和耐久性,根据混凝土碳化深度分析的实用预测模型获得了7822组标准碳化环境条件(温度为(20±2)℃,相对湿度为(70±5)％,CO2浓度为(20±3)％)下普通混凝土、单掺粉煤灰混凝土、单掺矿渣混凝土以及复掺粉煤灰和矿渣混凝土的碳化深度数据,定量分析了水胶比(或水灰比)、粉煤灰掺量和矿渣掺量等对混凝土碳化深度的影响规律,进而采用基于最小二乘法的非线性回归分析,基于材料参数建立了标准碳化环境下混凝土碳化深度多因素计算模型,并通过文献搜集的试验数据验证了该方法提出的模型的合理性和适用性.     

冻融与氯盐耦合作用下超细粉煤灰混凝土抗碳化性能研究

为了研究氯盐与冻融耦合作用下超细粉煤灰混凝土的碳化性能,对不同掺量超细粉煤灰混凝土进行了抗压强度试验、基准碳化试验、冻融-碳化试验和盐冻-碳化耦合试验.结果表明:在标准养护条件下,混凝土试件中掺入少量超细粉煤灰会降低试件本身的抗压强度,但降低幅度不大,而掺入大量的超细粉煤灰其抗压强度下降比较明显.干燥养护下,掺入超细粉煤灰对试件的抗压强度影响较小,其抗压强度随掺量没有出现骤降.掺入适量的超细粉煤灰能提高混凝土的抗碳化性能,随着超细粉煤灰掺量增加,抗碳化性降低,当超细粉煤灰掺量超过25％时对混凝土抗碳化性能影响不大.当超细粉煤灰参量一定时,盐冻-碳化循环试验对混凝土碳化深度最不利,且超细粉煤灰混凝土的碳化深度与循环次数呈现二次函数关系.     

聚羧酸减水剂及不同掺合料对混凝土耐久性的试验研究

研究不同粉煤灰(20％、30％、40％)、矿粉微渣掺量及聚羧酸减水剂掺量(0、0.6％、0.8％、1.0％、1.2％)等多因素对寒区水工混凝土力学性能、抗碳化能力及抗冻融耐久性的影响规律.试验结果表明:聚羧酸减水剂的掺入可以显著提高不同外掺料混凝土的力学性能、抗碳化性能和抗冻性能;在本文所考虑的减水剂掺量范围内,减水剂掺量为1.0％时,各组混凝土试样的抗压强度最高,抗碳化能力最强,抗冻融效果最好;采用幂函数形式得到的碳化深度随龄期的变化规律有较高的拟合精度和相关性,建立的函数关系可以很好的反映实际碳化试验结果;在聚羧酸高效减水剂掺量相同的情况下,随着粉煤灰用量的降低,矿粉掺量的逐渐增多,混凝土的抗碳化性能和抗冻性能得到明显改善.研究成果可为寒冷地区外掺料混凝土在冻融环境下的耐久性应用提供一定的试验依据和参考.     

碳化环境混凝土结构的耐久性定量分析模型

为了准确分析混凝土的碳化深度,研究建立了碳化环境下混凝土结构的耐久性定量分析模型.首先根据水泥水化和混凝土碳化的物理化学反应过程,结合混凝土中二氧化碳、氢氧化钙和水化硅酸钙的物质的量守恒定律,研究建立了混凝土碳化多场耦合数值分析模型的控制方程及其初始条件和边界条件;然后基于混凝土的碳化机理,结合混凝土碳化反应与水泥水化反应的化学物质平衡关系,确定了混凝土中氢氧化钙和水化硅酸钙的初始浓度、氢氧化钙和水化硅酸钙的碳化反应速率系数、二氧化碳扩散系数等模型参数;最后结合64组标准碳化环境下的混凝土碳化试验数据,定量分析了时间步长、空间步长、矿物掺合料二次水化反应程度系数的取值对碳化分析模型的计算精度和计算效率的影响规律.     

钢筋混凝土结构的耐久性和服役寿命预测（英文）

介绍了钢筋混凝土结构在氯离子渗透、碳化和冻融侵蚀作用下的耐久性和服役寿命预测模型。过去几年有关组织或国际学术委员会提出了大量的混凝土结构耐久性设计模型。为了在混凝土结构耐久性设计过程中,能够安全地使用此类模型,需要通过分析和比较长期暴露在不同气候条件下的混凝土劣化现场数据,对预测模型的可用性进行验证。在本文中,对混凝土抗氯离子渗透、碳化和冻融侵蚀的各种模型进行了简要阐述。通过暴露时间超过20年的露天场数据,以及约使用了30年的公路桥的现场数据,对包括简单ERFC模型、DuraCrete模型和ClinConc模型在内的3种氯离子渗透模型进行了评估。同时,使用暴露11年的露天场所的现场数据和7~13年的现有建筑的有限数据对一种预测混凝土碳化深度的物理化学模型进行了评价。针对冻融侵蚀的模型,讨论了临界饱和度测量和实际的饱和度测量中的一些问题。根据对结果的比较,可以发现在大多数情况下,简单ERFC模型在大多数情况下对氯离子渗透的预测值高于实际值,而DuraCrete模型的预测值偏低。另外,ClinConc模型对短期(1年)和长期(21年)暴露条件下的预测更合理,预测效果更好。与在挪威获得的暴露级别为XC3现场数据比较,发现Papadakis碳化模型可以较好地预测碳化深度;但是,与暴露级别为XC4级的现场数据比较发现,该模型低估了碳化深度。     

冻融与硫酸盐侵蚀耦合作用下再生混凝土劣化规律

采用快冻法,对再生骨料取代率为30％的混凝土分别在3％Na2SO4,5％Na2SO4,10％Na2SO4(质量分数)溶液以及水中的冻融情况进行试验,试验过程中测试了再生混凝土质量变化、相对动弹性模量、抗压强度损失及损伤层厚度,分析了再生混凝土在冻融与Na2SO4溶液耦合作用下的损伤机理,建立了再生混凝土的冻融损伤模型,利用模型预测了再生混凝土的抗冻寿命.结果表明:再生混凝土在5％Na2SO4溶液中冻融损伤最严重;再生混凝土在10％Na2SO4溶液中的冻融损伤大于在3％Na2SO4溶液和水中的冻融损伤;再生混凝土的相对动弹性模量变化和损伤层厚度的变化相关,可以利用相对动弹性模量表示再生混凝土的内部损伤;曲线模型可以较好表征再生混凝土在硫酸盐环境下的冻融损伤,在5％Na2SO4溶液中,再生混凝土的抗冻寿命最差.     

基于可靠度与损伤理论的混凝土寿命预测模型Ⅱ:模型验证与应用

作为混凝土寿命预测普适模型的应用篇,介绍了模型在冻融作用下的具体应用,根据该模型,提出了适用于冻融条件（包括复合其它因素）作用下的混凝土的多元Weibull冻融损伤模型。同时,展开了快速冻融以及硫酸铵侵蚀与冻融复合作用下的耐久性实验,并根据实验结果对冻融模型进行了验证,并与神经元计算方法进行了比较,结果表明,该模型在痞融条件下的应用是成功的,另外,为了实现模型由实验室条件向实际工程应用的跨越,本文提出了模型的实际应用方法并根据该方法对北京十三陵抽水蓄能电站这一现场环境下混凝土的寿命进行了数值模拟,从而为实际复杂环境下的混凝土寿命评估提供了一个新思路和新方法,具有一定的应用推广价值。