混凝土炭化研究

Mondo 科學 更新 2024-02-01

高強混凝土的抗拉強度分為軸向抗拉強度、劈裂抗拉強度和彎曲強度三種。 由於軸向拉力試驗更複雜,因此做得很少; 具有分裂強度的試樣在中國是立方體,在其他國家經常使用圓柱體。 彎曲試驗常採用矩形截面簡支梁在三點載入,梁的尺寸為150mm*150mm,跨度是梁的3倍,其他國家也採用截面為102mm*102mm的矩形梁,彎曲強度與截面尺寸和維護條件有很大關係。

高強混凝土的抗拉強度隨抗壓強度的增加而增大,但其比值隨抗壓強度的增加而減小,但三種抗拉強度之間的比值關係與混凝土強度沒有明顯的關係。

下面我們給出三個抗拉強度的經驗公式,供讀者參考。

1) 劈裂拉伸強度

中國建築科學研究院給出的高強混凝土劈裂強度f(t,s)的經驗公式。

f(t,s)=0.3f(cu)^(2/3);

歐洲規範CEB FIP推薦的高強度混凝土劈裂強度的經驗公式。

f(t,s)=0.3(f1)(c)^(2/3);

美國ACI高強混凝土委員會推薦的高強混凝土劈裂強度經驗公式;

f(t,s)=0.6(f1c)^(1/2);

影響結構耐久性的因素很多,其中混凝土炭化是乙個重要因素。 通常,早期混凝土是強鹼性的,其pH值通常大於125、嵌入如此高鹼性環境的鋼筋容易發生鈍化,在鋼筋表面形成一層鈍化膜,可以防止鋼筋在混凝土中的腐蝕。 但是,當二氧化碳和水蒸氣從混凝土表面通過孔隙進入混凝土,並與混凝土中的鹼性物質中和時,混凝土的pH值就會降低。 當混凝土完全碳化時,pH值<9出現,在這種環境下,嵌入混凝土的鋼筋表面的鈍化膜逐漸被破壞,當滿足其他條件時,鋼筋就會腐蝕。 鋼筋的腐蝕會導致混凝土保護層開裂、鋼筋與混凝土結合力的破壞、鋼筋受力截面減小、結構耐久性降低等一系列不利後果。

因此,分析混凝土的碳化規律,研究炭化引起的混凝土化學成分的變化和混凝土內部碳化的狀態,研究混凝土結構的耐久性具有重要意義。

1)混凝土炭化機理

混凝土的基本成分是水泥、水、沙子和礫石,其中水泥與水反應產生具有自身強度的水合物(稱為水泥石),同時將散裝沙子和礫石粘結成乙個堅硬的整體。 在混凝土硬化過程中,大約三分之一的水泥量將用於生成氫氧化鈣[Ca(OH)2],氫氧化鈣在硬化的水泥漿中結晶或以飽和水溶液的形式存在於其空隙中。 因為氫氧化鈣的飽和水溶液的pH值為126 鹼性物質,所以新鮮的混凝土是鹼性的[2,3]。

但是大氣中的二氧化碳不斷擴散到混凝土內部,與混凝土中的氫氧化鈣相互作用,形成碳酸鹽或其他物質,使水泥石原有的強鹼度降低,pH值下降到85.左右,這種現象稱為混凝土碳化。 這是最常見的混凝土中和形式。

混凝土碳化的主要化學反應式為[2,4]。

co2+h2o→h2co3

ca(oh)2+h2co3→caco3+2h2o

影響混凝土碳化的因素

混凝土的碳化是乙個複雜的物理化學過程,伴隨著CO2氣體擴散到混凝土中,水溶解在混凝土的孔隙中,然後用各種水化產物碳化。 研究表明,混凝土的碳化速率取決於CO2氣體的擴散速率和CO2與混凝土構件的反應性。 CO2氣體的擴散速率受混凝土本身的結構緻密性、CO2氣體濃度、環境濕度和試樣含水率的影響。 因此,碳化反應受混凝土內孔溶液的組成、水化產物的形貌等因素的影響。 這些影響因素可以歸結為與混凝土本身相關的內部因素和與環境相關的外部因素。 對於服務結構五,由於已經確定了其內部因素,因此影響其碳化率的主要因素是外部因素,例如CO2濃度,環境溫度和濕度。

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