冻融环境下混凝土构件碳化深度预测模型及试验研究

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1、分类号：U44,U4510710-2015221024专业硕士学位论文冻融环境下混凝土构件碳化深度预测模型及试验研究张雷雷导师姓名职称胡大琳教授高星林高级工程师专业学位类别申请学位类别硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月12日学位授予单位长安大学CarbonateDepthPredictionModelforConcreteComponentsunderFreeze-thawEnvironmentandExperimentalStudyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：Z

2、hangLeileiSupervisor：Prof.HuDalinSNEng.GaoXinglinChang’anUniversity,Xi’an,China摘要从混凝土碳化机理角度出发，混凝土中的可碳化物质会持续与大气环境中的CO2发生反应，致使保护层碱性逐渐变小，钢筋钝化膜被破坏。针对北方地区混凝土结构冬季到春季发生冻融，其余时间发生碳化这一交替进行的现象，在混凝土纯碳化理论的基础上增加冻融及应力的影响，分析冻融、碳化、应力三因素耦合作用下的混凝土碳化结果，具有一定的实际价值。混凝土结构耐久性研究从上世纪开始已有众多公认成果，在混凝土碳化侵蚀方面主要还是停留在材料层面上，基于试验给出定

3、性结论或经验公式，少有学者将冻融循环及荷载作用同时考虑，并从理论方面分析荷载对构件的影响。本文以冻融环境为前提，研究冻融循环及应力水平对混凝土碳化的影响。从荷载对混凝土孔隙结构的影响机理出发，分析了应力水平对混凝土渗透性能的影响，结合冻融循环对混凝土孔隙率的变化情况，建立了混凝土碳化深度预测模型，并实施了持荷状态混凝土短梁碳化-冻融交替试验，数值模型与试验结果相互验证。本文研究内容和结论有：①研究了冻融循环对混凝土碳化深度的影响，建立了冻融环境下混凝土碳化修正数值模型；②荷载作用主要改变了混凝土的孔隙结构特征，继而影响混凝土的渗透性，以此修正了考虑荷载及冻融循环作用的二氧化碳扩散系数；③在

4、已有理论模型的基础上，结合冻融-荷载对混凝土扩散性能的影响，建立冻融环境下考虑应力的混凝土碳化深度预测模型；④分析了荷载作用形式（拉压）及不同应力水平对混凝土体应变、孔隙率和二氧化碳扩散系数的影响，三者变化规律类似；⑤进行持荷状态混凝土梁碳化-冻融交替试验，并采用COMSOLMultiphysics多物理场软件分析模拟求解，对比理论与实际结果，两者具有良好的吻合性。关键词：混凝土耐久性；冻融；碳化；应力；侵蚀模型；冻融碳化试验IAbstractFromtheperspectiveoftheconcretecarbonationmechanism,thecarbonizablemateria

5、lintheconcretewillcontinuetoreactwithCO2intheatmosphere,resultinginagradualdecreaseinthebasicityoftheprotectivelayerandthedestructionofthesteelpassivationfilm.Inthenorthernarea,theconcretestructurefreezesandthawsfromwintertospring,andcarbonizationtakesplaceduringtherestoftheyear.Inviewofthisaltern

6、atephenomenon,basedonthetheoryofpurecarbonationofconcrete,theeffectsoffreeze-thawandstressareincreased,andthecarbonizationresultsofconcreteunderthecouplingoffreeze-thaw,carbonizationandstressareanalyzed,whichhascertainpracticalvalue.Thedurabilityofconcretestructureshasbeenrecognizedfromthebeginnin

7、gofthelastcentury,andmanyachievementshavebeenmade.Intermsofcarbonizationofconcrete,itmainlystaysatthemateriallevel.Qualitativeconclusionsorempiricalformulasaregivenbasedontests.Fewscholarsconsiderbothfreeze-thawc