孔隙率和损伤演化加速混凝土碳化的模拟

外荷载引起的混凝土损伤加速了混凝土的碳化进程,引入孔隙率和损伤变量修正了介质传输方程的扩散系数,发展了Papadakis的经典碳化模型,构建了特定外界环境下以孔隙率和损伤度为自变量的混凝土碳化模型。建立了可反映混凝土细观结构特征的随机骨料模型,基于有限元法模拟了CO_(2)在混凝土中的传输—反应过程,探究了外荷载和湿热环境共同作用下混凝土中介质浓度及孔隙率的变化规律、碳化发展和损伤演化过程。研究结果表明,外荷载的作用增加了混凝土的碳化深度及其非均匀性。研究成果揭示了荷载作用下混凝土的加速碳化机制,可为混凝土耐久性设计和寿命预测提供参考。

混凝土碳化性能试验研究

混凝土作为重要的建筑材料,其耐久性能是影响使用寿命的重要因素。通过对常见种类的混凝土进行碳化性能测试,结果表明:掺合料降低了混凝土的抗碳化性能,矿渣粉对混凝土碳化性能的保持能力相对较好;高性能减水剂对混凝土碳化性能的改善作用优于高效减水剂;混凝土标准养护龄期延长,会增加其内部水化产物的数量和种类,从而增强其抗碳化性能。

基于CMS-SSA-BP模型的混凝土碳化深度预测性能对比

为了提高SSA-BP模型的预测准确性,分别使用三类混沌映射序列(CMS)初始化麻雀位置,帮助SSA-BP模型跳出局部极值,从而提高解的质量。利用200组实际混凝土碳化深度试验数据作为运行数据,以黏接剂剂量、粉煤灰置换水平、水胶比、CO_(2)体积分数、相对湿度、暴露时间作为输入变量,混凝土碳化深度作为输出变量,分别运行2次后得出各项指标数值,对比分析三类CMS-SSA-BP模型各自的优化点。结果表明,经过混沌映射序列(CMS)优化的SSA-BP模型预测性能更佳,其中,Tent-SSA-BP模型的预测精度最佳,Logistic-SSA-BP模型的预测稳定性最佳,Sine-SSA-BP模型的收敛速度最快。

考虑混凝土碳化影响的钢筋腐蚀速率研究

为探究钢筋混凝土(RC)结构中钢筋锈蚀速率的影响因素,建立了RC结构中考虑碳化影响的钢筋锈蚀速率模型,进而以常益长铁路常德站站房RC结构为研究对象,探究了混凝土碳化指数、混凝土保护层厚度、钢筋直径、暴露时间等参数对钢筋锈蚀速率的影响。结果表明:(1) 钢筋锈蚀速率随碳化指数增大而显著增大,混凝土碳化规律的对钢筋锈蚀速率影响较大。(2) 钢筋锈蚀速率随混凝土保护层厚度的减小而显著增大,当混凝土保护层厚度不能满足设计要求时,RC结构将更快锈蚀。(3) 钢筋锈蚀速率随钢筋直径增大而减小,碳化指数越大,钢筋直径对钢筋锈蚀速率的影响越大。(4) 钢筋锈蚀速率随暴露时间增大而显著增大,并大致呈线性关系。In order to explore the influencing factors of steel corrosion rate in reinforced concrete (RC) structures, a model of steel corrosion rate considering the influence of carbonization in RC structures was established. Then, taking the RC structure of Changde Station of Changyi-Changde Railway as the research object, the effects of concrete carbonization index, concrete cover thickness, steel bar diameter and exposure time on steel corrosion rate were investigated. The results show that: (1) The corrosion rate of steel bars increases significantly with the increase of carbonization index, and the carbonization law of concrete has a great influence on the corrosion rate of steel bars. (2) When the concrete cover thickness cannot meet the design requirements, the RC structure will be corroded faster. (3) The corrosion rate of steel bar decreases with the increase of steel bar diameter. The larger the carbonization index, the greater the influence of steel bar diameter on the corrosion rate of steel bars. (4) The corrosion rate of steel bar increases significantly with the increase of exposure time, and it is roughly linear.

混凝土碳化机理及预测模型研究进展

混凝土碳化是混凝土耐久性研究极其重要的一个内容,阐述了混凝土的碳化机理,总结了并详细的分析了现有的比较有影响的混凝土碳化深度预测模型。国内外学者从不同角度对混凝土的碳化机理进行研究,所得结论基本一致:混凝土碳化深度与碳化时间的平方根成正比,即:xc=k·t～(1/2)。通过对混凝土碳化系数k的研究形成了不同的碳化模型:基于气体扩散理论的理论模型和基于试验结果的经验模型以及基于扩散理论和试验结果的模型。

预测混凝土碳化深度的随机模型

从碳化理论模型出发,利用大量工程实测结果和气象调查资料,建立了以混凝土立方体抗压强度标准值为主要参数,考虑环境影响(环境温湿度)和CO2浓度影响的平均碳化深度预测模型,进一步考虑碳化过程的随机性,提出了预测混凝土碳化深度的随机模型。最后,用工程实测数据对模型进行了验证分析。

不同应力状态下混凝土碳化耐久性试验研究

旨在研究混凝土在应力和碳化共同作用下的损伤机理。试验采用无应力、拉应力、压应力3种试件进行了快速碳化试验。测量了受力在0,0.15,0.3,0.45,0.6,0.75倍拉/压设计强度下的混凝土的碳化深度。实验结果表明,拉、压应力分别加快和减缓了混凝土碳化速率,且应力越大,对混凝土碳化的影响也越大。说明应力对混凝土碳化耐久性的影响是显著的。与此同时,在考虑应力影响系数的情况下,结合使用条件建立了大气环境中应力状态下混凝土碳化深度的预测模型。通过计算值和实验值的计算对比,证明了该模型的有效性。

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.

微细观尺度上考虑化学反应影响的混凝土碳化速度

基于二氧化碳气体在混凝土部的传输机制和有效介质理论,提出考虑等效孔隙率和碳化反应阻滞因子(1+K′CO2)影响的非线性二氧化碳传输模型,采用有限差分的格式计算混凝土中二氧化碳浓度分布的时空分布,并结合所建立的混凝土孔隙溶液p H的计算公式,确定混凝土在不同碳化龄期的碳化程度。通过对混凝土加速碳化试验结果与数值计算结果的对比分析。研究结果表明:加速碳化深度计算结果与试验结果随时间的变化趋势基本相同,而且相同碳化龄期时二者的数值最大差仅为0.95 mm,可知所建立的微细观尺度上考虑碳化反应影响的混凝土碳化模型可以很好对低水胶比混凝土的碳化深度特征进行分析及预测。

复掺矿物掺合料混凝土碳化深度预测模型

在深入分析水泥水化、矿物掺合料二次水化以及混凝土碳化机理的基础上,对混凝土碳化理论模型中的重要参数——完全碳化时单位体积混凝土吸收二氧化碳的量m0进行了分析,提出了以水胶比、胶凝材料用量、粉煤灰、矿渣、硅灰掺量等为主要参数的计算公式,建立了复掺矿物掺合料混凝土碳化深度预测模型,经验证模型计算值与试验结果吻合较好.

冻融环境下混凝土碳化深度的试验研究

本文分析了冻融环境下混凝土碳化影响因素,通过对试验数据进行回归分析,得到了冻融-碳化损伤系数的数学表达式,在此基础上建立了以冻融循环次数、水胶比等为主要参数的混凝土碳化深度预测模型。经实验验证,模型计算值与工程检测结果吻合较好。此模型的提出为科学预测冻融环境下钢筋开始锈蚀时间奠定了基础。

弯曲荷载影响粉煤灰混凝土碳化规律的研究

通过承载混凝土试件的快速碳化试验,研究了弯曲荷载作用下混凝土的碳化速度,试验结果表明,弯曲拉(压)应力作用下混凝土碳化速度均大(小)于无应力状态下的混凝土碳化速度。定义了混凝土碳化弯曲应力影响系数,分析了弯曲应力影响系数的变化规律,得出混凝土碳化弯曲应力影响系数与应力水平符合二次多项式关系。

混凝土碳化深度酚酞与pH测试值的相关性研究

针对现有酚酞测量碳化深度的方法无法界定不完全碳化区的不足,采用模拟孔溶液法研究了不同温度、湿度和二氧化碳浓度条件下混凝土碳化区域的分布,认为混凝土模拟孔溶液与真实孔溶液的pH值不同,但可反映出真实孔溶液pH值的变化趋势,并给出了混凝土完全碳化区内表层较内层模拟孔溶液pH值偏大的原因。考虑骨料分布差异,提出了基于模拟孔溶液pH值界定混凝土完全和不完全碳化区域的方法,建立了基于模拟孔溶液的碳化混凝土pH值分布模型。将依模拟孔溶液pH值曲线界定的完全碳化区终点深度和不完全碳化区终点深度与酚酞测试无色区深度对比,结果表明,混凝土碳化深度酚酞测试值介于完全和未完全碳化深度之间,其值约为完全碳化区长度的2倍。

混凝土碳化测试模拟孔溶液法的固液比研究

研究了固液比对采用模拟孔溶液法测试混凝土碳化程度的可靠性的影响。阐述了确定固液比取值合理性的基本原则;基于标准碳化试验,沿试件碳化深度,每1 mm取一层混凝土粉样,对每层粉样分别进行了7种不同固液比的模拟孔溶液的p H值测试,经对比分析表明固液比取1∶20较为合理,进而采用不同配合比和环境温度的混凝土粉样,并结合碳酸盐含量测试法验证或校准了结论的可靠性。

沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究

对沈海(沈阳—海口)高速公路辽宁段沿线混凝土桥梁的碳化实测数据进行了统计分析,建立了以混凝土抗压强度和时间为主要参数的不同地区桥梁和单个桥梁混凝土碳化深度的随机过程模型。将混凝土碳化到钢筋表面的状态作为大气环境中的耐久性极限状态,分析了沿线上海湾大桥不同服役时间的耐久性失效概率。结果表明:混凝土碳化深度随混凝土抗压强度的增大而减小,但受多种复杂因素影响,混凝土碳化深度离散性很大;混凝土碳化系数计算模型的不确定性系数服从对数正态分布;海湾大桥混凝土使用到第100年时的耐久性失效概率小于10%。

冻融环境下混凝土碳化深度预测模型

从寒冷地区混凝土碳化机理出发,分析了冻融循环对混凝土碳化的影响。以Papadakis碳化模型为基础,采用数值分析的方法,模拟冻融环境下混凝土碳化全过程,给出混凝土碳化区pH值的变化规律。在此基础上,建立了混凝土碳化深度预测模型。经验证,模型计算值与工程检测结果吻合较好。模型的提出为科学预测冻融环境下钢筋初始锈蚀时间奠定了基础。

粉煤灰不同掺量对混凝土碳化的影响

对于不同养护龄期、不同粉煤灰掺量及不同水胶比对混凝土碳化的影响进行研究,混凝土的碳化深度与碳化龄期之间的关系可用幂函数D=αTβ进行曲线回归分析,且相关性较好。结果表明,随着粉煤灰掺量及水胶比的增大,混凝土的碳化越严重;混凝土养护龄期越长,混凝土的抗碳化性越好。养护不充分时,高掺量粉煤灰混凝土后期碳化增长速率快;养护较充分时,粉煤灰掺量越小,混凝土早期抗碳化性越好,粉煤灰掺量越大,混凝土后期碳化增长速率越慢。当养护较充分时,水胶比为0.35,粉煤灰掺量为45%时,粉煤灰混凝土抗碳化性较好,能满足工程要求。

函数型神经网络法在混凝土碳化分析中的应用

混凝土碳化是结构耐久性研究中的一个重要问题．本文首次提出应用函数型神经网络法进行混凝土的碳化分析．该方法使用单层网络进行学习和计算，使网络的结构得以简化．收敛速度加快．将该网络应用于混凝土碳化的分析和预测．其结果优于传统的ＢＰ网络，并且学习速度有了较大的提高．

概率模型分析与混凝土碳化

根据理论分析认为混凝土构件碳化深度的随机分布物理模型符合正态分布与麦克斯韦(Maxwell)分布.并且作者以大量的浙江及附近地区实际建筑物与构筑物调查资料,对同一环境下、同一强度等级的混凝土碳化深度进行统计分析,验证混凝土碳化概率模型,指出可靠性水平,为混凝土结构的耐久性分析提供依据.

盐碱溶液对混凝土碳化性能的影响

基于盐碱寒冷地区的工程环境与混凝土的配制特点,模拟配制了盐碱(SA)溶液,对水灰比、含气量和粉煤灰掺量三个因素对混凝土碳化性能的影响进行了正交试验研究.结果表明:水灰比、含气量和粉煤灰掺量三个因素对混凝土碳化性能影响的顺序是水灰比最大,含气量次之,粉煤灰掺量最小;盐碱溶液侵蚀产生膨胀性裂缝和溶解碱组分的双重作用,改变了水灰比、含气量和粉煤灰掺量影响混凝土碳化性能的顺序,即水灰比最大,粉煤灰掺量次之,含气量最小;无论经过盐碱溶液的侵蚀与否,各因素影响混凝土碳化性能的规律是一致的,即随着水灰比、含气量、粉煤灰掺量的增加,碳化深度增大.