荷载与碳化共同作用下混凝土力学性能试验研究

发布时间：2020-06-12 01:33

【摘要】：碳化是混凝土的主要耐久性能之一,近年来,由于大气中的二氧化碳等酸性气体的不断增加,混凝土中的碱性物质与二氧化碳发生碳化反应,降低其碱性,导致钢筋锈蚀,最终使混凝土结构丧失承载能力。在实际工程中,大部分混凝土构件还受到持续荷载的作用,因此,研究荷载与碳化共同作用下力学及碳化性能,对工程实际更具意义。本文将四点弯预加载的混凝土试件进行快速碳化试验,研究不同荷载水平和碳化时间对混凝土碳化性能的影响规律,结果表明,碳化时间相同时,碳化深度、碳化速率在拉应力区随应力水平的增大而增大,压应力区随应力水平的增大而减小;应力水平相同时,拉应力区与压应力区碳化深度随碳化时间的增加而增加;基于试验结果分别建立弯曲拉应力水平、弯曲压应力水平与碳化时间共同影响下的碳化深度预测模型,模型与试验值吻合较好。通过不同荷载水平和碳化时间作用的混凝土试件进行抗压和抗折试验,发现应力水平相同时,随着碳化时间的增加抗压强度增大,抗折强度先减小、再增大;碳化时间相同时,抗折强度随应力水平的增加而减小。通过X射线衍射分析及差热-热重分析表明,未碳化时混凝土中Ca(OH)_2含量高于碳化后的混凝土,碳化后较未碳化时混凝土中含有大量的CaCO_3,在碳化初期(碳化时间7天)碳化反应较为充分。通过压汞法研究载与碳化共同作用下混凝土孔结构演变规律,发现随应力水平、碳化时间的增加,混凝土总孔隙量、总孔面积、孔隙率、少害孔、无害孔总孔隙率均减小,应力水平相同时,碳化作用初期受压区孔结构改善大于后期;碳化时间相同时,随应力水平增加受拉区内部缺陷及孔隙增多。采用数字图像相关技术(DIC)对抗折试件表面应变场变化规律进行统计分析,定义水平应变统计指标表征混凝土损伤程度,结果表明,碳化时间相同时,应力水平越大混凝土受拉区水平应变统计指标的转折点出现越早,即出现损伤越早,受压区越早由损伤形成进入损伤积累阶段,且较早的退出损伤积累阶段而发生破坏;应力水平相同时,随着碳化时间的增加,受拉区水平应变统计指标的转折点出现越迟,即出现损伤越晚。受压区会越早由损伤形成进入损伤积累阶段,且越晚发生破坏。
【图文】：

示意图,混凝土碳化,过程,示意图

混凝土主要由水泥、石子、砂、水等组成，再经过拌和、水化而成，此时混凝土由水泥石和骨料组成，其中由于水泥石中含有大量的碱性物质，因此会参与碳化反应，在混凝土拌和、水化过程中水泥石中会形成大量的孔隙，为大气环境中的酸性气体提供通道，渗入混凝土基体中与碱性物质发生反应，降低混凝土的 pH 值，这个过程称为混凝土的中性过程。其中大气环境中的 CO2与混凝土中的碱性物质发生的中和反应被称为混凝土的碳化[5]。在混凝土中，水泥石由氢氧化钙(Ca(OH)2)、水化硅酸钙(3CaO·2SiO2·3H2O)、未水化的硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙和钙矾石等组成，其中氢氧化钙占 25%，混凝土 pH 值为12~13。在有水份的参与下，，碳化反应过程如式(1-1)[6]:2H O2 2 3 2Ca(OH) +CO CaCO +2H O(1-1a)2H O2 2 2 3 2 23CaO 2SiO 3 H O+3CO 3CaCO 2SiO 3 H O(1-1b)2 2 2 2 2 33CaO S iO +3CO + H O S iO H O 3CaCO(1-1c)2 2 2 2 2 32CaO S iO +2CO + H O S iO H O 2CaCO(1-1d)

混凝土碳化试验,碳化深度,试件,烘干处理

图 2-1 混凝土碳化试验箱Fig. 2-1 concrete carbonization test box关规定，试验开始前，将养护至 28 天的试件从标准 48h。经烘干处理后的试件，除应留下相对的两个蜡予以密封。然后在暴露的侧面上沿长度方向用铅笔测定碳化深度的测量点。试件放入碳化箱后，将碳箱，调节二氧化碳流量，使二氧化碳浓度保持在（（70±5）%，温度控制在（20±3）℃的范围内。14d、28d 时的混凝土试件分别取出破型，喷上浓度含 20%的蒸馏水）。经 30s 后，按照原先标划的每各点碳化深度。当测点处的碳化分界线上刚好嵌有化深度的算术平均值作为该点的碳化深度值。碳化各碳化龄期时的平均碳化深度计算如公式（2-1）所1nt id dn
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528

【参考文献】