混凝土炭化研究

小夏 科学 更新 2024-02-01

高强混凝土的抗拉强度分为轴向抗拉强度、劈裂抗拉强度和弯曲强度三种。 由于轴向拉力试验更复杂,因此做得很少; 具有分裂强度的试样在中国是立方体,在其他国家经常使用圆柱体。 弯曲试验常采用矩形截面简支梁在三点加载,梁的尺寸为150mm*150mm,跨度是梁的3倍,其他国家也采用截面为102mm*102mm的矩形梁,弯曲强度与截面尺寸和维护条件有很大关系。

高强混凝土的抗拉强度随抗压强度的增加而增大,但其比值随抗压强度的增加而减小,但三种抗拉强度之间的比值关系与混凝土强度没有明显的关系。

下面我们给出三个抗拉强度的经验公式,供读者参考。

1) 劈裂拉伸强度

中国建筑科学研究院给出的高强混凝土劈裂强度f(t,s)的经验公式。

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

欧洲规范CEB FIP推荐的高强度混凝土劈裂强度的经验公式。

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

美国ACI高强混凝土委员会推荐的高强混凝土劈裂强度经验公式;

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

影响结构耐久性的因素很多,其中混凝土炭化是一个重要因素。 通常,早期混凝土是强碱性的,其pH值通常大于125、嵌入如此高碱性环境的钢筋容易发生钝化,在钢筋表面形成一层钝化膜,可以防止钢筋在混凝土中的腐蚀。 但是,当二氧化碳和水蒸气从混凝土表面通过孔隙进入混凝土,并与混凝土中的碱性物质中和时,混凝土的pH值就会降低。 当混凝土完全碳化时,pH值<9出现,在这种环境下,嵌入混凝土的钢筋表面的钝化膜逐渐被破坏,当满足其他条件时,钢筋就会腐蚀。 钢筋的腐蚀会导致混凝土保护层开裂、钢筋与混凝土结合力的破坏、钢筋受力截面减小、结构耐久性降低等一系列不利后果。

因此,分析混凝土的碳化规律,研究炭化引起的混凝土化学成分的变化和混凝土内部碳化的状态,研究混凝土结构的耐久性具有重要意义。

1)混凝土炭化机理

混凝土的基本成分是水泥、水、沙子和砾石,其中水泥与水反应产生具有自身强度的水合物(称为水泥石),同时将散装沙子和砾石粘结成一个坚硬的整体。 在混凝土硬化过程中,大约三分之一的水泥量将用于生成氢氧化钙[Ca(OH)2],氢氧化钙在硬化的水泥浆中结晶或以饱和水溶液的形式存在于其空隙中。 因为氢氧化钙的饱和水溶液的pH值为126 碱性物质,所以新鲜的混凝土是碱性的[2,3]。

但是大气中的二氧化碳不断扩散到混凝土内部,与混凝土中的氢氧化钙相互作用,形成碳酸盐或其他物质,使水泥石原有的强碱度降低,pH值下降到85.左右,这种现象称为混凝土碳化。 这是最常见的混凝土中和形式。

混凝土碳化的主要化学反应式为[2,4]。

co2+h2o→h2co3

ca(oh)2+h2co3→caco3+2h2o

影响混凝土碳化的因素

混凝土的碳化是一个复杂的物理化学过程,伴随着CO2气体扩散到混凝土中,水溶解在混凝土的孔隙中,然后用各种水化产物碳化。 研究表明,混凝土的碳化速率取决于CO2气体的扩散速率和CO2与混凝土构件的反应性。 CO2气体的扩散速率受混凝土本身的结构致密性、CO2气体浓度、环境湿度和试样含水率的影响。 因此,碳化反应受混凝土内孔溶液的组成、水化产物的形貌等因素的影响。 这些影响因素可以归结为与混凝土本身相关的内部因素和与环境相关的外部因素。 对于服务结构五,由于已经确定了其内部因素,因此影响其碳化率的主要因素是外部因素,例如CO2浓度,环境温度和湿度。

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