多因素协同作用下混凝土碳化深度预测模型研究

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1、第47卷第14期人民长江Vo1．47，No．142016年7月YangtzeRiverJuly，2016文章编号：1001—4179(2016)14—0086—04多因素协同作用下混凝土碳化深度预测模型研究郑付刚，冯宇强(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072)摘要：混凝土碳化是导致混凝土坝服役性能降低的内在因素之一，为保证混凝土坝长效健康服役，应揭示混凝土碳化随时间的演变规律。基于多孔介质理论，以混凝土孔结构为基础，从决定碳化的基本物理化学条件出发。研究了冻融和应力作用对混凝土孔隙率变化的影

2、响，并据此建立了多因素协同作用下混凝土碳化深度预测模型。试验数据验证结果表明，所建立的预测模型有效性较好。关键词：预测模型；多因素；孔隙率；混凝土碳化中圈法分类号：TV431文献标志码：ADOI：10．16232／j．enki．1001—4179．2016．14．020不同加载方式对混凝土碳化的不同影响。l研究背景因此，如何根据混凝土碳化的基本物理化学条件碳化是指空气中的酸性气体CO：通过孔隙和裂和碳化试验结果，提出碳化深度的预测模型仍是需要缝向混凝土内部扩散并与碱性物质发生反应，使混凝深入研究的问题。本文从多孔介

3、质理论入手，研究典土碱性下降和混凝土中化学成分改变的中性化反应过型因素对混凝土材料微观结构的影响，建立多因素协程]。相关数据统计表明，空气中CO：浓度正呈现出同作用下混凝土碳化深度预测模型。逐年上升的趋势，同时，工厂排泄的废液和废渣也可使2混凝土碳化作用地下水中的CO：浓度增加。而混凝土结构特别是混水泥水化后的产物为氢氧化钙、水化硅酸钙、水化凝土坝多数直接暴露在大气或者水中，混凝土碳化是铝酸钙、水化硫铝酸钙等，其稳定存在的pH值分别为一个不可忽视的问题，如古田溪二级大坝就因碳化危12．23，10．4，11．43和1

4、0．17⋯。当CO在混凝土孔隙害严重，改造耗资2500万。已有研究成果根据试验水中溶解并向浓度较低的区域扩散时，会与氢氧化钙、研究数据建立了多种经验性碳化模型，这些经验水化硅酸钙以及未水化的硅酸三钙、硅酸二钙等可碳模型主要分为两大类，即以水灰比和水泥用量为主要化物质发生反应。碳化作用的结果包括2个方面。参数的模型，以及以抗压强度为主要参数的模型，但是(1)碳化产物CaCO和其他固态物质充填在孔这些早期的经验模型中均没有考虑荷载作用对混凝土隙中，造成混凝土孔隙率下降，使混凝土密实度和强度碳化深度的影响。随着对碳化影响

5、因素研究的深入，提高。然而，混凝土密度的增加会产生碳化收缩现象，许多学者通过试验方法提出了荷载对混凝土碳化深度试验表明有些试件碳化收缩变形可达到4mm／m，的经验公式，如金祖权等通过快速碳化实验研究混凝且相对湿度对其影响较大，当相对湿度低于25％时，土在荷载作用下的碳化深度，结果显示加载后混凝土碳化基本上不发生，而接近100％时，碳化也会停止，碳化深度D和未施加荷载混凝土碳化深度D。与荷载其收缩过程如图1所示。当收缩受到约束时，可能导率s呈指数关系，D=D。[1+(S)]，其中

6、i}、m均致产生微小裂缝，影响混凝土

7、的力学性能，现场检测结为常数，该预测模型能很好地描述在施加荷载后混果发现，碳化对混凝土抗压强度的影响非但没有增加凝土的抗碳化能力变化情况，但是该模型仅适用于文反而降至一半左右。中特定的加载方式，而忽略了混凝土在受拉和受压等(2)碳化作用会使混凝土脆性变大，孑L隙水中pH收稿日期：2016—03—16作者简介：郑付刚，男，工程师，博士，研究方向为水利水电工程安全监测研究。E—mail：370504241@qq．corn第14期郑付刚，等：多因素协同作用下混凝土碳化深度预测模型研究87值降低。从动力学角度看，CO向混凝

8、土内部扩散是3．1温度和相对湿度的影晌一个缓慢的过程，施工良好的混凝土坝碳化过程不足环境温度和相对湿度对混凝土碳化有较明显的影以引起水泥水化物大量碳化分解。因此对于厚度较大响，大量室内和室外研究表明，在常温作用下，碳化深的素混凝土而言，碳化危害不大，但是对于平板坝及带度随温度的升高而增加，随环境相对湿度的增加而减有钢筋的混凝土薄壁坝而言，碳化可造成混凝土内部小。根据混凝土碳化数据库资料，拟合其影响系数为pH降低，破坏钢筋钝化膜，引起钢筋锈蚀，导致其力学性能和黏结强度退化。例如，锈蚀钢筋的名义屈服强kr：(4)度与原

9、屈服强度、锈蚀截面损失率。之间的关系kRH=(5)为：^=(1一at／)，口为常数。此外，锈蚀率也对极限黏结强度具有明显的影响，进而影响混凝土坝服役式中，和为环境平均温度和室内试验温度，用绝性能。对温度表示；RH和RHo为环境平均湿度和室内试验相对湿度。3．2冻融的影响混凝土发生冻融后，孔结构劣化，其结构由密实到松散并伴随着微裂缝的出现和发展，使得混凝土孔隙