混凝土碳化深度的计算分析与试验研究

Ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｃｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｃａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｅ ｐ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ
Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ
Ｃ ａ ｏ Ｓ ｈ ｏ ｕ ｊ ｉ ｎ ， Ｓ ｈ ｉ Ｈ ａ ｉ
比较 结果 土 在 各 碳 化 期 的平 均 碳 化 深 度 应 按 式 （ １ ） 计算 ， 结 果 ３ 快 速 碳 化试 验碳 化 深 度 与模 拟 扩 散 深 度 比较 结 精确 到 ０ ． １ ｍｍ。
∑ｄ
ｄ ｉ －』Ｌ
ｎ
果 见表 １ 。
（ １ ）
。
根 据 快 速碳 化试 验 测试 的碳 化 深 度 值 与 所 模 拟 的扩 散 深度 进 行 对 比分析 （ 见图 ３ ） 可以看出 ， 试 验 值
空气 、 土壤 、 地 下 水 等 环 境 中的 酸 性 气 体 或 液 体 式 中 ： ｄ 为试 件碳 化 ｔ 天 后 的平 均 碳化 深度 ， ｍ ｍ； ｄ ｉ 为 侵人混凝土中 ， 与混 凝 土 中 的碱 性 物 质 发 生 反 应 ， 使 各测 点 的碳化 深 度 ， ｍ ｍ； ／ ７ ， 为 试块 的个数 。 ｐ Ｈ值 下 降 的过程称 为 混凝 土 的 中性 化过 程 ， 而 由二氧 根 据所测 结 果可得 出不 同碳 化期 的碳 化深 度 。
基 础 与 结 构 工 程 器
Ｆｏｕｎ ｄａ ｔ ｉ ｏｎ＆ Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｅｎｇｉ ｎｅ ｅｒ ｉ ｎｇ
混凝土碳 化深度 的计算分析与试验研究
曹守金 。 石 海
２ ６ ６ ０ ６ １ ）
（ 中 国 市政 工程 中南 设 计 研 究 总 院有 限公 司 青 岛分 院 ，山东 青 岛
的计 算 结果 和 精度 较 理 想 ， 因 而在 以后 的计算 过 程 中 采用 ０ ． １ ｄ的计 算 步长 。根据所 处 的环境 参数 ， 修 正后
Hale Waihona Puke Ｃ ｏ ｍｓ ｏ ｌ Ｍｕ ｈ ｉ ｐ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ 对快 速碳 化试 验 中 的碳 化 深 度分 别 大 。同时试 算 中发 现时 间步 长采用 ０ ． １ ｄ时 ， 扩散 浓度
进 行二 维 与三 维求解 ， 并 与快 速碳 化试 验值 相 比较 。
１ 实 验室 快速 碳化 试验
实 验 室 快速 碳 化试 验 方法 参 照 《 普通 混 凝 土 长期 的扩散 系数 取 Ｄ＝ ２ ． ２ ｘ ｌ Ｏ ｍ２ ／ ｓ 。 根 据 Ｃ ｏ ｍ ｓ ｏ ｌ 模 拟 结 果 ， 分 别 截 取 时 间为 ｌ ０ ， ２ ０ ， 性 能 与耐 久 性 能试 验 方法 》 ， 碳化 箱 内的 环境 条 件 为 ：
温度 （ ２ ０ ＋ ５ ） ℃， 相 对湿 度 ７ ５％， Ｃ Ｏ ２ 含量 为 ２ ０％。
３ ０ ． ４ ０ ｄ的扩 散 效果 图进 行直 观对 比 ， 见图 ２ 。 根 据模 拟结 果 可得 出不 同时期 的扩 散深 度 。
混凝 土在 各试 验 周 期 的显 色 图如 图 １ 所示 。 混凝
化 碳 引起 的 中性 化 称 为混 凝 土 的碳 化 。到 目前 为止 ． ２ 碳 化 深度 的二 维 Ｃ ｏ ｍｓ ｏ ｉ 模 拟 国 内外 学 者 对 于混凝 土 碳 化进 行 了 大量 的深 入 研究 ． 首先 ， 确 定模 型 的 边界 条 件 及 初 始 条 件 ， 假 设 碳 包含 了碳 化 的机 理 、 影 响 因素 、 预测模 型 等方 面 。其 中 化 开始 前混 凝 土 内部 Ｃ Ｏ 的含 量 为零 。 根 据气 体状 态 对 于碳 化深 度 的研究 主 要 采用 以试 验为 主 的 经 验法 。 方 程把 Ｃ Ｏ ： 的体 积 质 量 浓 度 换 算 成 摩 尔 浓 度［ Ｃ Ｏ ］ 。 ＝ 物 质侵 入 混凝 土 结 构 主要 是 由于 浓 度 梯 度 产 生 了扩 ４ ０ ． ８ ９ ｘ ２ ０％ ＝８ ． １ ７ ｍｏ ｌ ／ ｍ 。 二 维 模 型 的 计 算 大 小 为 散作 用 ， 在假 定 的稳 态 扩 散 的 过程 中 ， 可基于 Ｆ ｉ ｃ ｋ第 １ ０ ０ ｍ ｍｘ １ Ｏ ０ ｍ ｍ， 假 定正 方形 三边 为绝 缘 （ 浓度 通量 等 定律 计算 物质 的侵 蚀深 度 ； 对 于非稳 态扩 散过 程 ， 可 于零 ） ． 一 边 的浓度 为 ８ ． １ ７ ｍｏ ｌ ／ ｍ 。
一
根据 模 拟物 质 二 维 扩散 的数学 模 型 ， 并 利用 有 限元 方 法 进行 数值 求解 Ｉ ｌ Ｊ 。
其次 ， 网格划分 采用矩 形单元 形式 ， 分别对 ５ ０ ｘ ５ ０ ，
１ ０ ０ ｘ ｌ ０ ０等 不 同数量 的网格进 行试 算 。 试 算结 果显 示 ， 笔 者 的 目的 是 利用 大 型 多 功 能 有 限元 分 析 软 件 １ ０ ０ ｘ ｌ ０ ０乃 至 更 密 的离 散 网格 所 计 算 的结 果 相 差 不
摘
要： 利 用 有 限 元 分 析 软 件对 碳 化 深 度 进 行 了二 维 与 ｉ 维 模 拟 ， 并 利用 快 速 碳 化 试 验 进 行 了 验 证 ， 结果表 明： 试 验 数 据
与模 拟 结果 吻合 较 好 ， 为 准 确 预测 实 际混 凝 土 结 构 在 真 实 状 态 下 碳 化 寿 命 提 供 了 参考 。 关键词 ： 混凝土 ； 碳化深度 ； 有 限元 分 析 ； 快 速碳 化 试 验 中图分类号： Ｔ Ｕ ５ ２ ８ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ７ ７ ６ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ １ ３ ５ — ０ ３