大风干旱环境下开裂混凝土碳化过程数值分析.pdf

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1、铁道建筑2015年第6期RailwayEngineeringl63文章编号：1003-1995(2015)06．0163．05大风干旱环境下开裂混凝土碳化过程数值分析欧阳威，谢永江，朱长华(1．中国铁道科学研究院研究生部，北京100081；2．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)摘要：为了研究大风干旱地区开裂混凝土结构碳化侵蚀引起的耐久性问题，基于CO，在混凝土中扩散时变规律，通过修正低湿度下碳化规律系数和借助离散裂缝模型，并首次引入了碳化过程风作用影响系数，建立了大风干旱环境下开裂混凝土碳化过程的数值模型，给出了初始和边界务件。根据

2、热传导过程与碳化过程的相似性，利用有限元软件ANSYS对该模型进行了数值计算，并用在役梁体现场检测数据验证了该模型的可靠性。结果表明，通过改变模型中裂缝宽度这一参数的大小，可利用该模型分析大风干旱环境下裂缝宽度对混凝土碳化速率的影响。关键词：大风干旱环境开裂混凝土碳化裂缝宽度数值分析中图分类号：TU528．01文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003-1995．2015．06．42处于西北大风干旱环境下的混凝土结构，在混凝D=D。·F()·F(日)·F，(叼)·F(t)(2)．土早期硬化时极易开裂。在开裂混凝土结构硬化后的式中：D

3、。为标准环境扩散系数，F(T)为扩散系数．。服役期，大气中的CO是引起钢筋脱钝锈蚀，导致混温度影响函数。，F：(日)为扩散系数相对湿度影响函凝土耐久性失效的主要原因。国内外学者主要采用试数，F，()为扩散系数碳化程度影响函数，F(t)验研究来揭示混凝土碳化规律，但混凝土耐久性试验为扩散系数养护龄期影响函数，表达式分别为研究有着周期长、费用高、采集样本数据有限的弊端，D0=3．6×10一。。‘’。厶“，’(3)而基于数值分析方法的碳化过程仿真模拟能较好地弥补传统方法的不足。)=exp[等一历)](4)1CO：在混凝土中扩散时变规律F(H)=[(1一H)

4、／(1—0．65)](5)1．1CO在混凝土中扩散传质方程F3(J【≤～(6)混凝土碳化包括CO由外部进入内部的物理扩0．250．9≤叼≤1．0散过程和CO，在混凝土内部与碱发生化学反应的过F4(t)=10o．04(fc8一‘‘’(7)程，根据菲克扩散定律与质量守恒定律，可推导出混凝“(te)=。(8)土中CO，扩散传质方程aC=(1．2～1．6)8(9)：D(害O+窖oy+害OZ)一(1)．式(3)～(9)中：为混凝土28d抗压强度标准值；式中：c为CO浓度；t为时间；r为单位体积碳化反应E⋯为扩散活化能，取35kJ／mol；R为摩尔气体常数；CO

5、消耗速率；D为CO：在混凝土中扩散系数。，为标准环境温度；日为相对湿度；7／为碳化程度；1．2CO：扩散系数和消耗速率m为混凝土28d抗压强度值；(t。)为混凝土抗压标准环境为温度20℃，相对湿度65％，无风。强度的时问函数；⋯为混凝土完全水化后的抗压强1．2．1D及其变化规律度；为等效龄期，K为强度发展速率影响常数。考虑环境温湿度、碳化程度和龄期等，CO：在混凝1．2．2CO：消耗速率r及其变化规律土中扩散系数D为考虑环境温湿度、CO浓度、碳化程度等，碳化反应CO消耗速率r为收稿日期：2o14-12-04；修回日期：2o15-0l—O7r=r0·(

6、)(H)·(C)(叩)(10)基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目(J2013G004)作者简介：欧阳威(1987一)，男，湖北鄂州人，研实员，硕士研究生。式中：r0为标准环境下碳化CO消耗速率，r。=2．0×铁道建筑10kg／(s·m)，()为消耗速率温度影响函数，度密切相关，渗透深度与风速、风作用时间r和风向(H)为消耗速率相对湿度影响函数，(C)为消耗速有关。风压仅对碳化过程中的扩散过程产生影响，率浓度影响函数，(叼)为消耗速率碳化程度影响函在数值上，(W)=DID(19)数，表达式分别为碳化理论模型中碳化深度表达式为xp(一)⋯)(t

7、)=~／2DCt／m0(20)，00≤日<0·5式中，m。为单位体积混凝土吸收CO：的量。(日)={2．5(一0．5)0．5≤日≤0．9(12)由式(19)和式(20)，令()=，(W)，推理得到【10．9

8、取大风干旱环境下Y=2，则大风干旱环境下式(11)一(16)中：为混凝土碳化活化能与气体常CO在混凝土中的扩