矿物掺合料混凝土碳化分析的非线性多场耦合模型

考虑矿物掺合料种类和掺量的影响,结合混凝土中CO2的扩散规律以及可碳化物质的质量守恒定律,以CO2扩散系数、碳化反应速率系数和混凝土中可碳化物质的量为控制参数,研究建立了矿物掺合料混凝土碳化分析的非线性多场耦合模型,并利用试验数据进行了对比验证。首先基于水泥水化、矿物掺合料二次水化以及混凝土碳化的机理,结合Fick第二定律和化学反应平衡方程,建立了矿物掺合料混凝土碳化分析的非线性多场耦合模型;然后考虑温度、相对湿度、水胶比以及矿物掺合料种类和掺量等因素的影响,提出了模型中CO2扩散系数、碳化反应速率系数、可碳化物质的量等控制参数的计算公式;最后利用加速碳化试验数据对比验证了该模型的有效性,并结合混凝土中CO2、可碳化物质和p H值的分布规律,揭示了温度、相对湿度、水胶比、矿物掺合料种类和掺量等因素对混凝土碳化深度的影响规律。     

再生混凝土抗碳化性能试验研究

为了研究再生混凝土的抗碳化性能,系统分析了水灰比、水泥用量、再生骨料取代率、原始混凝土强度及矿物掺合料等对再生混凝土碳化深度的影响规律,并采用有限元方法对再生混凝土的碳化进行了数值模拟。研究结果表明：再生混凝土的抗碳化性能在相同水灰比的条件下略低于普通混凝土,再生混凝土的抗碳化性能不仅受水灰比和水泥用量的影响,还受到再生粗骨料取代率及其强度的影响,再生混凝土碳化深度与碳化时间的平方根成正比,在一定范围内添加矿物掺和料可降低再生混凝土的碳化深度。     

自然暴露环境下混凝土部分碳化区长度预测模型

对西安地区某钢筋混凝土工业厂房进行了现场测试和试验研究,采用压榨法逐层测试了混凝土圆柱体试样孔溶液pH值,根据测试结果确定了混凝土部分碳化区长度。同时根据碳化过程中的物质平衡,采用数值方法计算了混凝土碳化进程中物质含量的变化,得到了混凝土部分碳化区长度数值模型。将部分碳化区长度数值计算结果与试验结果进行了对比,验证了数值模型的准确性。分析结果表明：混凝土部分碳化区长度随着水灰比的增大而增加;随水泥用量和相对湿度的增加而减小;相对湿度对部分碳化区长度的影响最为显著,当环境湿度RH≥80%后,部分碳化区基本消失;当RH=70%时,部分碳化区长度较短,基本可以忽略;CO₂浓度和碳化时间对混凝土部分碳化区长度影响较小。     

基于支持向量机的有机成膜涂层混凝土碳化深度预测模型

为研究有机成膜涂层混凝土碳化深度与其影响因素之间的高维非线性问题,采用以水灰比、用水量、水泥用量、涂层类别、老化时间、温度、相对湿度为影响因素进行的有机成膜涂层混凝土碳化试验测得的数据,运用支持向量机算法建立涂层混凝土碳化深度预测模型,将试验值与预测值对比,结果表明,该模型有较好的预测精度。并将预测结果与传统的BP神经网络预测模型对比,结果显示,支持向量机预测模型的误差更小,回归拟合效果更佳,可应用于有机成膜涂层混凝土碳化深度的预测。在此基础上,对影响因素进行敏感性分析,计算影响因素变化率与涂层混凝土碳化深度变化率之间的定量关系,从而找出影响因素敏感性程度排序,为有效防护涂层混凝土碳化提供一定参考。     

浅析水泥混凝土的碳化

碳化作用是指大气中CO2在存在水分的情况下与水泥的水化产物发生化学反应,产生CaCO3、硅胶、铝胶和水的过程。碳化过深会降低混凝土的碱性,影响结构的耐久度。碳化深度主要与水灰比和周围环境有关。阻止碳化应从混凝土本身的品质入手,另外还可借助隔离层将外周介质与混凝土隔离。     

再生混凝土抗碳化性能试验研究及理论分析

通过快速碳化试验,以再生骨料掺量、水灰比、水泥用量、原始混凝土强度和矿物掺合料为影响因素,对再生混凝土的碳化性能进行研究。试验结果表明:再生混凝土的碳化深度随水灰比、再生骨料掺量的增加而减小,随原始混凝土强度的增大和水泥用量的增加而增大,适量添加矿物掺和料能降低再生混凝土的碳化深度,提升其抗碳化性能。在已有的普通混凝土碳化模型研究基础上,结合本试验和中国其他学者的试验数据,建立了再生混凝土碳化深度预测模型,模型预测结果与试验值吻合较好。     

矿物掺合料对混凝土碳化深度的影响

通过建立混凝土碳化深度理论模型,研究了混凝土用粉煤灰、矿渣粉、钢渣粉掺合料的量值变化对混凝土碳化深度的影响,并综合考虑环境温度、相对湿度、CO2浓度、混凝土水胶比等因素,提出了控制混凝土碳化深度发展的有效途径。     

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。     

应力作用下混凝土碳化深度预测模型

研究了应力对混凝土气渗系数和CO2扩散系数的影响,建立了气渗系数与CO2扩散系数的相关性.以Fick第一定律推导的碳化深度模型为基础,建立了基于气渗系数的应力作用下混凝土碳化深度预测模型--CDep-GPL模型,并对模型进行了验证.结果表明:混凝土碳化深度的模型预测值与试验值吻合较好,该模型可用于预测应力作用下混凝土的碳化深度.     

矿物掺合料混凝土碳化分析的实用预测模型

结合理论分析、数值模拟和模型试验,建立了一种可以综合考虑温度、相对湿度、CO_2浓度、外掺料种类及掺量等因素影响的矿物掺合料混凝土碳化深度分析的实用预测模型。首先根据混凝土中CO_2的扩散规律和可碳化物质的质量守恒定律,推导了混凝土碳化分析的理论模型;然后基于混凝土的碳化机理和各反应物的质量平衡条件,建立了混凝土碳化分析的多场耦合数值模型,据此定量分析了温度、相对湿度和CO_2浓度对混凝土碳化深度的影响;最后通过引入温度、相对湿度和CO_2浓度等环境因素修正系数对理论模型进行修正,建立了一种矿物掺合料混凝土碳化深度分析的实用预测模型。通过与模型试验和经验模型的对比分析,验证了该模型的有效性和适用性。     

大气二氧化碳浓度升高对混凝土碳化的影响

基于Fick第一定律建立的混凝土碳化理论模型在实际预测中广泛应用.分析了该模型的可靠性,并从理论的角度探讨了大气污染引起的大气CO2浓度升高对混凝土碳化深度的影响.分析发现,随着大气中CO2浓度的升高,混凝土碳化速度系数不再是一个恒定的量,而是随时间延长不断增大,表明大气污染会加剧混凝土的碳化.该结果应当引起混凝土长期耐久性设计方面的关注.     

影响混凝土碳化主要因素及钢锈因素试验研究

对不同水泥品种、不同水灰比、不同品种外加剂以及不同的掺用粉煤灰方式进行了试验,以了解其对混凝土抗碳化能力的影响;对碳化深度达到或超过混凝土钢筋保护层厚度情况下,进行了不同环境湿度的钢锈试验。试验结果表明,水泥品种、水灰比、外加剂品种和粉煤灰的掺用技术对混凝土的抗碳化能力有影响;环境湿度变化与钢锈的发生与发展无明显的相关关系,水灰比、外加剂品种、掺用粉煤灰技术对钢锈亦有影响。报告指出,需根据试验结果,采取相应的技术措施,以提高混凝土的抗碳化能力和抗钢锈能力。     

水泥基材料热-湿-碳化耦合模型数值分析及试验研究

基于水泥基材料热湿耦合模型和水泥基材料碳化机理,结合水泥水化模型,得了到碳化初始状态下可碳化物质的含量、孔隙率、饱和度等参数,建立了水泥基材料热-湿-碳化耦合模型.该模型通过控制干空气、液态水及气态水的质量守恒关系,气、液态相二氧化碳和钙离子质量和能量守恒关系,结合水泥基材料的本构方程,建立了碳化数学模型的控制方程组.运用COMSOL多场耦合软件求解分析,对比验证了不同水灰比、不同碳化龄期下净浆碳化试验结果与数值计算结果,证明该模型是合理可靠的.     

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。     

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。     

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.     

混凝土碳化深度的计算与试验研究

本文通过混凝土快速碳化试验，研究了水灰比、水泥用量、水泥品种、养护方法、覆盖层、抗压强度等因素对碳化速度的影响，检验并修正了由理论推导得到的碳化深度预测数学模型，并就碳化区的ｐＨ值变化问题进行了讨论。     

混凝土碳化收缩及其机理分析

混凝土在长期的使用过程中,由于环境中CO2的进入,在一定的相对湿度下形成碳酸,导致水泥的水化产物与碳酸发生反应而破坏水泥石的结构,同时导致水泥石发生碳化收缩。论文综合分析了混凝土各种收缩及其机理,在此基础上,提出了混凝土发生碳化收缩的3种机理:碳酸钙对毛细孔的细化及水分的散失导致凝胶表面张力增加而产生收缩、钙矾石发生碳化反应后绝对体积的减小而产生的体积收缩,以及在碳化后期C-S-H凝胶结构的转换而导致体积的收缩。     

钢纤维再生混凝土碳化的无重复双因素试验

为了研究钢纤维体积率、再生粗骨料取代率、水灰比及龄期等因素对混凝土碳化性能的影响,采用室内试验方法对钢纤维再生混凝土进行碳化深度研究,利用无重复的双因素试验方法,并结合方差分析,全面的研究了钢纤维体积率、再生粗骨料取代率、水灰比及龄期对混凝土碳化深度的影响和变化规律。研究结果表明,钢纤维体积率与龄期、再生粗骨料取代率与龄期及水灰比与龄期均对混凝土碳化有非常显著的影响;再生粗骨料取代率为50%,水灰比为0.4时,随着钢纤维体积率的增加,碳化深度先是减小后又增加,当钢纤维体积率为1%时,再生混凝土碳化深度最小,这些变化规律均给了相应的拟合公式。     

低CO_2浓度下混凝土的加速碳化试验研究

选用CO2体积浓度为3%的低浓度碳化试验研究了水胶比及粉煤灰与矿粉单双掺对混凝土碳化性能的影响。通过对比试验,分析了低CO2浓度下碳化深度与抗压强度之间的相关性,并采用XRD研究了混凝土的碳化产物,显示了物相分析结果与碳化试验结果的一致性。结果表明,低浓度碳化试验结果能很好反映理论规律,并且碳化周期长时与抗压强度之间具有较好的对应关系。进行低浓度加速碳化试验时,建议采用混凝土的碳化龄期为90d。XRD分析表明,混凝土的碳化速率与其内部可碳化物质CH的含量密切相关。