現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)研究

現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論鑒定材料河北建設(shè)集團(tuán)混凝土分公司0一一年十月12現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論鑒定技術(shù)資料名目編號(hào)資料名稱份數(shù)1鑒定大綱12工作報(bào)告13技術(shù)報(bào)告14經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析15主要完成人1現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論鑒定大綱河北建設(shè)集團(tuán)混凝土分公司0一一年十月鑒定大綱對(duì)該課題成果進(jìn)展鑒定。—鑒定依據(jù)二鑒定具備的條件三鑒定目的的爭(zhēng)論。四鑒定內(nèi)容審查提交鑒定的技術(shù)資料是否齊全完整，是否符合鑒定的要求；工程爭(zhēng)論的價(jià)值；2 五鑒定程序通過(guò)鑒定大綱；成立鑒定委員會(huì)；由主任委員主持鑒定評(píng)議；鑒定完畢?，F(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論0一一年十月現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論工作報(bào)告本課題為河北建設(shè)集團(tuán)混凝土分公司指導(dǎo)性課題，爭(zhēng)論時(shí)間為張冬原?！獱?zhēng)論背景50年以上，很多國(guó)家對(duì)橋梁、水電站大壩、海底隧道、海上采油平臺(tái)、核反響堆等重要構(gòu)造的混凝土耐久性要求在200年內(nèi)安全使用。501002個(gè)耐久性預(yù)期目100年壽命來(lái)設(shè)計(jì)混凝土。20年、橋梁工程壽命50年、混凝土壩壽命100年，并以此制定了鋼筋混凝土建筑物的設(shè)計(jì)壽命。系統(tǒng)的耐久性設(shè)計(jì)綱目根本內(nèi)容包括：(1)依據(jù)建100、65、303個(gè)等級(jí)；(2)劣化外力分為一般劣化外力和特別劣化外力；(3)相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)方法。英國(guó)在20世紀(jì)80年月修訂的混凝土構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)中增加了大量的耐久性條款，灰比、水泥品種、最小水泥用量、最大膠結(jié)材料用量(水泥+礦物摻合料)、引氣了很好的指導(dǎo)作用。50年月興建的水電站大壩有很多已經(jīng)成為“病壩”，使已建成的混凝土構(gòu)筑物存在耐久性隱患。我國(guó)的混凝土工程量在改革開放30多年來(lái)突飛猛進(jìn)，可以預(yù)2090年月初我國(guó)的黃士元、劉崇熙等專家于提出了“按耐久性設(shè)計(jì)混凝土”的思想，經(jīng)過(guò)10多年的進(jìn)展，越來(lái)越為建大量的工作和實(shí)際問(wèn)題需要不斷爭(zhēng)論和解決。因素。造成混凝土耐久性不佳的緣由多種多樣，主要可分為：物理破壞：由溫度變化引起的收縮膨脹裂縫；化學(xué)破壞：由于大氣侵蝕引起碳化(CO2)，混凝土內(nèi)部材料引起的堿骨料反響以及外部侵蝕性離子(Cl-)引起的諸如鋼筋銹蝕、硫酸鹽侵蝕等；(如道路、水利混凝土)。如何有效地預(yù)防和抵抗這些破壞因素的破壞力，是解決混凝土耐久性問(wèn)題的關(guān)鍵。二立題依據(jù)和指導(dǎo)思想耐久性和經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)代混凝土中摻入大量的摻合料和外加劑，雖然能夠滿足28d個(gè)終極目標(biāo)是最大限度地延長(zhǎng)其使用壽命和維持其可持續(xù)進(jìn)展。內(nèi)外也是屢見(jiàn)不鮮，并有愈演愈烈之勢(shì)。國(guó)際上混凝土大量使用始于203030多年來(lái)突飛猛進(jìn)，可以預(yù)見(jiàn)，耐越來(lái)越受到人們的重視。三爭(zhēng)論內(nèi)容且有了肯定的生疏，主要爭(zhēng)論成果有：現(xiàn)代混凝土加速碳化試驗(yàn)爭(zhēng)論C20、C25、C30、C35四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土在試驗(yàn)室進(jìn)展加速碳化試驗(yàn)，繪制混凝土碳化時(shí)間和碳化深度的關(guān)系曲線，推導(dǎo)其碳化回歸方程。依據(jù)1.27倍關(guān)系?，F(xiàn)代混凝土自收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論收縮值，理論計(jì)算產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，爭(zhēng)論其收縮規(guī)律。現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論0一一年十月現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論技術(shù)報(bào)告—爭(zhēng)論內(nèi)容2023年生產(chǎn)的各等級(jí)混化性能和收縮性能。二爭(zhēng)論成果原材料與試驗(yàn)方法原材料水泥；粉煤灰：石家莊上安Ⅱ粉煤灰；PCA外加2.4%；中砂；5-25mm河卵石。試驗(yàn)方法C20、C25、C30、C351：表1 混凝土協(xié)作比kg/m3強(qiáng)度GSCFWAA砂率膠材W/CFC201065808237621717.212.4%43%2990.5721%C251066771271711728.262.4%42%3420.5021%C301060736329701759.692.4%41%3990.4418%C3510547013726717610.682.4%40%4390.4015%碳化試驗(yàn)GB/T50082-2023《一般混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試3d、7d、14d、28d的碳化深度，爭(zhēng)論其抗碳化性能規(guī)律。100mm×100mm×300mm1組試塊，每組試塊3塊，碳化試驗(yàn)CO2、溫度為濕度為〔70±5〕%。收縮試驗(yàn)GB/T50082-2023《一般混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中收縮試驗(yàn)的接觸法試驗(yàn)進(jìn)展試件承受棱柱體混凝土試件100mm×100mm×515mm；成型后帶模養(yǎng)護(hù)1~d20±2〕℃95%以上的標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)。試塊試驗(yàn)及養(yǎng)護(hù)環(huán)境各參數(shù)記錄如下：碳化深度的測(cè)定碳化到了3d、7d、14d、28d時(shí)，分別取出試件，破型測(cè)定碳化深度。棱柱切后用石蠟將破型后的試件斷面封好，再放入箱內(nèi)連續(xù)碳化。〔或滴上〕1%的〔或用直尺測(cè)碳化深度＞8mm的試件〕測(cè)出碳化深度〔mm。收縮試驗(yàn)承受接觸法，測(cè)定早齡期混凝土的自由收縮變形，成型試塊尺寸為100mm×100mm×515mm3C20、C25、C30、C35四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)3d后取出，移到恒溫恒濕室測(cè)其初始長(zhǎng)度，此后測(cè)量1d、3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d、120d、150d、180d〔從移入恒溫恒濕室內(nèi)計(jì)時(shí)。試驗(yàn)測(cè)定照片如下：試驗(yàn)結(jié)果與分析混凝土試件碳化結(jié)果分析混凝土試件碳化檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2表2 混凝土試件碳化檢測(cè)結(jié)果 mm1所示的混凝土碳化時(shí)間與碳化深度曲線。圖1 混凝土碳化時(shí)間與碳化深度曲線混凝土碳化深度結(jié)果混凝土碳化深度結(jié)果D=4.3399t0.6426R2=0.97821614D(C20)=6.2679t0.609R2=0.998112D(C25)=5.4446t0.5748mm10R2=0.9638/度深化碳86D(C30)=3.0773t0.69764R2=0.9302C20C25C30C35全部平均乘冪(C20)乘冪(C25)乘冪(C30)乘冪(C35)乘冪(全部平均)2D(C35)=2.5801t0.7709R2=0.960203d7d14d28d碳化時(shí)間/d碳化回歸方程整理回歸分析曲線，所做碳化數(shù)據(jù)進(jìn)展總體平均為：3天4.5mm；7d天11.3mm，得到回歸冪函數(shù)曲線為：D4.3399t0.6426，R2=0.9782為更加準(zhǔn)確回歸方程，整理出C20~C35強(qiáng)度等級(jí)的碳化—時(shí)間關(guān)系如下：C20D(C20)6.2679t0.609，R2=0.9981C25D(C25)5.4446t0.5748，R2=0.9638C30D(C30)3.0773t0.6976，R2=0.9302)0.7709，R2=0.9602式中：D——碳化深度，mm(天)，d1度也就越明顯。推想加速碳化與自然碳化的的關(guān)系Fick第肯定律，即N DCO2 C

d[CO ]2dx 12式中：N ——CO集中速度mol/(2·s；CO2 2D CO在已碳化混凝土孔隙中的有效集中系數(shù)2/；C 2CO]——CO濃度〔mol/；2 2x——混凝土碳化深度。經(jīng)推導(dǎo)可得出混凝土碳化深度的理論模型為：2DC[CO 2DC[CO ]m2t02C式中：m ——單位體積混凝土吸取CO力量的系數(shù)〔mol/3；O 2D CO在已碳化混凝土孔隙中的有效集中系數(shù)〔m2/s；C 2[CO2

]——CO2

濃度〔mol/m3；Xc——混凝土完全碳化深度〔m。t——混凝土碳化時(shí)間(d)。2說(shuō)明，混凝土碳化深度與時(shí)間的平方根成正比，與空氣中CO2

濃度的平方根成正比，即隨著大氣中CO2

濃度的增加，混凝土的碳化速度越快。當(dāng)加速碳化深度與自然碳化深度全都時(shí)，假設(shè)加速碳化與自然碳化環(huán)境中COCO2

力量的系數(shù)全都，不考慮其它影響因素，則〔[CO2]×t〕加速碳化=〔[CO2]×t〕自然碳化 加速碳化CO2濃度取20%，由于大氣中的二氧化碳始終處于“邊增長(zhǎng)、邊消”0.03%〔體積分?jǐn)?shù)〕進(jìn)CECS220：2023《混凝土構(gòu)造耐久性評(píng)定標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展估算：00CO2式中：K CO 1.2；CO2 2C ——CO 濃度〔。0 2即自然環(huán)境中CO 濃度為(K )20.032 CO2表3 加速碳化推想自然碳化年限3.2.1.1《混Fick第肯定律推導(dǎo)自然碳化年與加速碳化天之1.27倍的關(guān)系。hXc，2可得混凝土碳化到鋼筋外表的時(shí)間為： 55可以看出碳化到鋼筋外表的時(shí)間與混凝土保護(hù)層厚度的平方成正比，混凝土碳化到鋼筋外表就會(huì)使鋼筋外表的鈍化膜遭到破壞，引起鋼筋銹蝕等危具體的鋼筋混凝土耐久年限還有待進(jìn)一步爭(zhēng)論。收縮試驗(yàn)結(jié)果分析混凝土試件收縮率檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4表4 混凝土試件收縮率檢測(cè)結(jié)果 1.01062所示的混凝土自收縮時(shí)間與齡期的關(guān)系曲線。圖2 混凝土自收縮時(shí)間與齡期的關(guān)系曲線 1.01063d14d〔14d以內(nèi)〕3d的養(yǎng)護(hù)格外重要。隨著齡期的增加28d齡期以后根本為收縮。收縮率均在300106以內(nèi)，通過(guò)相關(guān)資料顯示混凝土自收縮率一般為300106~500106的收縮值要高于強(qiáng)度等級(jí)低、水膠比大的混凝土，90dC30、C35的收縮值C251.25倍、為C201.87倍，混凝土收縮一般分為兩局部，一是溫度收縮即混凝土中多余水分蒸發(fā)，體積相應(yīng)減小而收縮，這局部占整個(gè)收縮量的80%~90%，二是混凝土的自收縮即水泥水化反響生成水泥石，使混凝土構(gòu)造更加密實(shí)，造成體積減小。構(gòu)造的開裂。依據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算收縮應(yīng)力： E 6C c C

——收縮應(yīng)力C ——收縮率1.0106cE ——彈性模量1.0104N/mm2C不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的彈性模量可參考表5進(jìn)展選?。罕? 不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土彈性模量不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度可參考表6：t表6 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值〔f〕t計(jì)算上述試驗(yàn)中C20、C25、C30、C35四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土90d收縮的7：強(qiáng)度等級(jí)收縮應(yīng)力計(jì)算公式90d收縮率強(qiáng)度等級(jí)收縮應(yīng)力計(jì)算公式90d收縮率混凝土彈性模量1.01061.010490d試件收縮Mpa混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度C201532.553.901.10C252272.806.36CE1.27cCC302943.008.821.43C352863.159.011.57由表7際工程中，構(gòu)造構(gòu)件不行能完全自由，也不能完全約束，而是處于二者之間，產(chǎn)束較強(qiáng)，極易導(dǎo)致梁板產(chǎn)生收縮裂縫。即使是獨(dú)立的構(gòu)件，由于受到地面、模板束，在成型過(guò)程中也常常產(chǎn)生外表縮縫。在混凝土外表，且裂縫較細(xì)小，經(jīng)外表裝修后，一般不易被覺(jué)察，但過(guò)大的收縮加強(qiáng)，削減裂縫的產(chǎn)生。加強(qiáng)，削減裂縫的產(chǎn)生。有待進(jìn)一步爭(zhēng)論的問(wèn)題2050年來(lái)各國(guó)混凝土行業(yè)工作者進(jìn)展了大量的根底試驗(yàn)爭(zhēng)論工作，獲得了肯定的成不大，也使當(dāng)前的混凝土耐久性問(wèn)題呈現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)峻的趨勢(shì)。主要表現(xiàn)在：不大，也使當(dāng)前的混凝土耐久性問(wèn)題呈現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)峻的趨勢(shì)。主要表現(xiàn)在：遠(yuǎn)，而且無(wú)視了常常在建筑物中消滅的多因素共同作用的爭(zhēng)論；遠(yuǎn)，而且無(wú)視了常常在建筑物中消滅的多因素共同作用的爭(zhēng)論；體系、不同構(gòu)造的材料在耐久性能上差異的比照；試驗(yàn)還不夠全面，還需要從多方面進(jìn)一步爭(zhēng)論混凝土的耐久性?，F(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析0一一年十月現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析報(bào)告—社會(huì)效益明顯的社會(huì)效益。二經(jīng)濟(jì)效益方面節(jié)約1美元，那么就意味著：覺(jué)察鋼筋銹蝕時(shí)實(shí)行措施將追加修理費(fèi)5美元；混凝土外表順筋開裂時(shí)實(shí)行措施將追加修理費(fèi)25美元；嚴(yán)峻破壞時(shí)實(shí)行措125美元。為此我們假設(shè)提高了混凝土的耐久性設(shè)計(jì)，將會(huì)在今后幾十年內(nèi)節(jié)約下大量的修理費(fèi)用，給國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)代混凝土碳化及收縮試驗(yàn)爭(zhēng)論主要完成人主要完成人及分工主要完成人及分工序號(hào)姓名性別技術(shù)職稱單位分工1劉永奎男工程師河北建設(shè)集團(tuán)砼分公司負(fù)責(zé)人2姚志玉