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。     

混凝土不同裂缝尺寸及部位碳化性能试验研究

对预制裂缝混凝土试件进行了快速碳化试验,研究了碳化时间、裂缝尺寸、裂缝表面及底部等因素对开裂试件碳化深度的影响。结果表明:不同混凝土裂缝宽度、深度下的碳化深度随时间呈速度递减的增长趋势,并且随着裂缝深度的递增,碳化区域呈现出明显的"倒三角"分布。碳化数据对比时引入碳化参数可以较好地反映不同裂缝深度处、裂缝底部碳化深度分别与表面碳化深度之间的关系。     

施工期混凝土材料特性对其结构耐久性能影响研究

混凝土耐久性受到许多不确定性因素的影响。基于RBF神经网络结构具有自适应确定性,输出值与初始权值无关的优点,根据影响施工期混凝土材料特性耐久性主要因素,建立了相应的混凝土裂缝深度预测模型。根据已有的试验数据,利用MATLAB数学软件实现了对该模型的训练。利用训练好的模型进行混凝土裂缝深度预测。预测结果表明,预测值与实测值误差相对较小,在允许范围内,所以RBF神经网络预测根据施工期混凝土材料特性能够实现碳化混凝土裂缝深度在实际工程中的预测。     

裂缝对混凝土碳化影响的数值计算

混凝土碳化是导致钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的重要因素,直接影响钢筋混凝土结构的服役性能。混凝土裂缝的存在缩短了CO2和水分向混凝土内部传输的路径,加速了开裂区域钢筋脱钝锈蚀。在已有研究基础上,根据Fick定律和质量守恒定律,确定了随时间变化的多因素作用下混凝土碳化模式,建立了开裂混凝土碳化的数值模型。基于离散裂缝模型和ANSYS有限元软件,分析了裂缝宽度对碳化程度的影响及模型的适应性。计算结果表明:在一定宽度范围内,裂缝附近沿开裂方向和沿垂直于裂缝面方向CO2质量分数均随裂缝宽度增加而增大,其中短期碳化比长期碳化随裂缝宽度的变化更敏感。     

聚合物改性混凝土抗碳化性能试验研究

为研究不同聚合物掺量对混凝土抗碳化性能的影响,选择后掺法制作了聚灰比分别为0、5%、10%、15%、20%的5组混凝土试件,采用快速碳化试验测定不同碳化龄期时各组试件的碳化深度,并根据碳化深度经典模型建立了适用于聚合物改性水泥混凝土碳化深度模型;通过电镜扫描从微观角度分析碳化对聚合物改性混凝土的影响。经过试验得:当聚合物掺量在15%~20%时对混凝土的抗碳化性能改善效果最好。     

水闸混凝土碳化深度预测研究

在水闸工程病害中,混凝土碳化最为典型,混凝土碳化是造成混凝土裂缝、钢筋锈蚀的最直接因素,因此,对混凝土碳化深度预测研究尤为重要。采用遗传算法优化神经网络,选取混凝土碳化深度的主要影响因素,建立混凝土碳化深度预测模型,并基于VS平台,开发水闸混凝土碳化深度预测系统。收集了盐城市25组水闸数据样本进行预测分析研究,结果表明,采用遗传算法优化BP神经网络模型进行水闸混凝土碳化深度预测是可行的,能够快速、准确识别混凝土碳化深度,为水闸除险加固提供技术支持。     

喷射混凝土快速碳化试验研究

通过快速碳化试验,探讨了喷射混凝土抗碳化性能和碳化后力学性能变化规律。试验结果表明:喷射混凝土较普通混凝土具有更好的抗碳化性能,其抗压强度、劈拉强度随碳化深度的增加快速提高;掺入钢纤维能进一步提高喷射混凝土碳化性能,减小碳化速率,还能显著提高喷射混凝土碳化后劈拉强度。同时,在分析钢纤维和施工方式对混凝土碳化影响的基础上,建立了喷射混凝土碳化深度模型。     

废弃纤维再生混凝土碳化深度预测模型试验研究

通过快速碳化试验,以再生骨料掺量、废弃纤维掺量、水灰比等为影响因素,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、再生骨料掺量的增大而减小,随废弃纤维掺量的增大而降低,废弃纤维的尺度对碳化性能影响可以忽略。在已有的普通混凝土碳化模型研究基础上,结合本试验碳化数据,建立了废弃纤维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良好。     

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。     

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.     

轴压荷载下混凝土碳化深度预测模型

为研究轴压荷载作用下混凝土的抗碳化性能,利用自主设计的装置,对普通混凝土以及掺量为30%的粉煤灰混凝土进行轴压荷载-碳化耦合试验。基于试验数据,建立了考虑多因素影响的混凝土碳化深度预测模型,定量地分析了不同应力比下轴压荷载对混凝土碳化深度的影响。结果表明：相同条件下,随着碳化龄期的增长,混凝土碳化深度也在增加,但增长速率会逐渐下降;不同应力比对混凝土抗碳化性能影响也不尽相同,应力比为0.3时混凝土的抗碳化性能最优,应力比为0.6时抗碳化性能最差;相同环境条件下粉煤灰混凝土的抗碳化性能普遍弱于普通混凝土;碳化模型预测值与试验值相对误差小于3%,二者较为吻合。该碳化模型可用于预测混凝土在轴压荷载作用下的碳化深度,为后续不同材料混凝土结构的寿命预测提供参考依据。     

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。     

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。     

收缩裂缝对混凝土氯离子渗透及碳化的影响

采用大板开裂方法制备了收缩裂缝宽度为0.07 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.4 mm和0.62mm的混凝土试件,对养护7 d的不同尺度裂纹混凝土海水浸泡腐蚀30 d,以及快速碳化14 d.测试混凝土裂缝处及周边区域的碳化深度、自由氯离子及总氯离子浓度.试验结果表明:混凝土的自由氯离子与总氯离子均随裂缝宽度增加而...     

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。     

混凝土碳化深度模型对比与参数敏感性分析

根据已有的试验数据,计算了牛狄涛模型、Nagataki模型各参数在相同幅度摄动下的变异系数、敏感性系数和相对重要性系数;分析比较了各参数对混凝土碳化深度预测值的影响大小。建议在实际工程中,应用牛狄涛模型进行混凝土碳化深度的计算较为合理。     

二氧化碳改造空心钢管混凝土性能研究Ⅱ:理论研究

本文通过有限元模拟,得到了空心钢管混凝土内部高压碳化的模拟深度,该结果与公式计算的碳化深度非常接近.通过有限元模拟以及理论推导,还得到了模拟碳化深度在不同温度及相对湿度下的变化情况.另外,本文根据模拟碳化深度计算得出的空心钢管混凝土抗压承载力与试验承载力吻合,并提出了空心钢管混凝土内部碳化后其抗压承载力的理论计算公式.同时,本文根据已有理论,提出了再生空心钢管混凝土内部二氧化碳高压碳化深度的理论计算公式.该理论所涉及的相关方面研究在国内外尚属首次,具有创新意义.     

混凝土在弯曲应力作用下碳化进程的研究

研究了混凝土试件在弯曲应力作用下截面的碳化进程以及碳化深度与裂缝几何形态的相关关系.研究结果表明:在弯曲应力作用下,截面开裂部分的碳化深度明显高于未开裂和受压区的碳化深度,但裂缝内部的碳化深度与裂缝的表面张开宽度并无明显相关关系,试验数据统计结果显示裂缝对碳化深度的放大系数为2.08.同时比较了弯曲裂缝内部碳化深度测量...     

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。