【摘要】：碳化是混凝土的主要耐久性能之一,近年來,由于大氣中的二氧化碳等酸性氣體的不斷增加,混凝土中的堿性物質(zhì)與二氧化碳發(fā)生碳化反應(yīng),降低其堿性,導(dǎo)致鋼筋銹蝕,最終使混凝土結(jié)構(gòu)喪失承載能力。在實(shí)際工程中,大部分混凝土構(gòu)件還受到持續(xù)荷載的作用,因此,研究荷載與碳化共同作用下力學(xué)及碳化性能,對工程實(shí)際更具意義。本文將四點(diǎn)彎預(yù)加載的混凝土試件進(jìn)行快速碳化試驗(yàn),研究不同荷載水平和碳化時間對混凝土碳化性能的影響規(guī)律,結(jié)果表明,碳化時間相同時,碳化深度、碳化速率在拉應(yīng)力區(qū)隨應(yīng)力水平的增大而增大,壓應(yīng)力區(qū)隨應(yīng)力水平的增大而減小;應(yīng)力水平相同時,拉應(yīng)力區(qū)與壓應(yīng)力區(qū)碳化深度隨碳化時間的增加而增加;基于試驗(yàn)結(jié)果分別建立彎曲拉應(yīng)力水平、彎曲壓應(yīng)力水平與碳化時間共同影響下的碳化深度預(yù)測模型,模型與試驗(yàn)值吻合較好。通過不同荷載水平和碳化時間作用的混凝土試件進(jìn)行抗壓和抗折試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)應(yīng)力水平相同時,隨著碳化時間的增加抗壓強(qiáng)度增大,抗折強(qiáng)度先減小、再增大;碳化時間相同時,抗折強(qiáng)度隨應(yīng)力水平的增加而減小。通過X射線衍射分析及差熱-熱重分析表明,未碳化時混凝土中Ca(OH)_2含量高于碳化后的混凝土,碳化后較未碳化時混凝土中含有大量的CaCO_3,在碳化初期(碳化時間7天)碳化反應(yīng)較為充分。通過壓汞法研究載與碳化共同作用下混凝土孔結(jié)構(gòu)演變規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨應(yīng)力水平、碳化時間的增加,混凝土總孔隙量、總孔面積、孔隙率、少害孔、無害孔總孔隙率均減小,應(yīng)力水平相同時,碳化作用初期受壓區(qū)孔結(jié)構(gòu)改善大于后期;碳化時間相同時,隨應(yīng)力水平增加受拉區(qū)內(nèi)部缺陷及孔隙增多。采用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(DIC)對抗折試件表面應(yīng)變場變化規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計分析,定義水平應(yīng)變統(tǒng)計指標(biāo)表征混凝土損傷程度,結(jié)果表明,碳化時間相同時,應(yīng)力水平越大混凝土受拉區(qū)水平應(yīng)變統(tǒng)計指標(biāo)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)越早,即出現(xiàn)損傷越早,受壓區(qū)越早由損傷形成進(jìn)入損傷積累階段,且較早的退出損傷積累階段而發(fā)生破壞;應(yīng)力水平相同時,隨著碳化時間的增加,受拉區(qū)水平應(yīng)變統(tǒng)計指標(biāo)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)越遲,即出現(xiàn)損傷越晚。受壓區(qū)會越早由損傷形成進(jìn)入損傷積累階段,且越晚發(fā)生破壞。
【圖文】：

混凝土主要由水泥、石子、砂、水等組成，再經(jīng)過拌和、水化而成，此時混凝土由水泥石和骨料組成，其中由于水泥石中含有大量的堿性物質(zhì)，因此會參與碳化反應(yīng)，在混凝土拌和、水化過程中水泥石中會形成大量的孔隙，為大氣環(huán)境中的酸性氣體提供通道，滲入混凝土基體中與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，降低混凝土的 pH 值，這個過程稱為混凝土的中性過程。其中大氣環(huán)境中的 CO2與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生的中和反應(yīng)被稱為混凝土的碳化[5]。在混凝土中，水泥石由氫氧化鈣(Ca(OH)2)、水化硅酸鈣(3CaO·2SiO2·3H2O)、未水化的硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣和鈣礬石等組成，其中氫氧化鈣占 25%，混凝土 pH 值為12~13。在有水份的參與下，，碳化反應(yīng)過程如式(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)

圖 2-1 混凝土碳化試驗(yàn)箱Fig. 2-1 concrete carbonization test box關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)開始前，將養(yǎng)護(hù)至 28 天的試件從標(biāo)準(zhǔn) 48h。經(jīng)烘干處理后的試件，除應(yīng)留下相對的兩個蠟予以密封。然后在暴露的側(cè)面上沿長度方向用鉛筆測定碳化深度的測量點(diǎn)。試件放入碳化箱后，將碳箱，調(diào)節(jié)二氧化碳流量，使二氧化碳濃度保持在（（70±5）%，溫度控制在（20±3）℃的范圍內(nèi)。14d、28d 時的混凝土試件分別取出破型，噴上濃度含 20%的蒸餾水）。經(jīng) 30s 后，按照原先標(biāo)劃的每 各點(diǎn)碳化深度。當(dāng)測點(diǎn)處的碳化分界線上剛好嵌有化深度的算術(shù)平均值作為該點(diǎn)的碳化深度值。碳化各碳化齡期時的平均碳化深度計算如公式（2-1）所1nt id dn
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2708802