基于数值模拟的混凝土碳化过程分析

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混凝土碳化模型及其参数研究共3篇

混凝土碳化模型及其参数研究共3篇混凝土碳化模型及其参数研究1混凝土碳化模型及其参数研究混凝土碳化是指混凝土中的碱性氧化物与二氧化碳发生反应，产生碳酸根离子，进而引起混凝土中金属钢筋锈蚀的现象。

混凝土碳化是混凝土中最为重要的一种耐久性问题，因为它直接关系到混凝土结构的安全性、使用寿命和经济效益。

因此，对混凝土碳化模型及其参数进行研究，有助于理解混凝土碳化的机制、提高混凝土结构的耐久性和减少对环境的负面影响。

1. 混凝土碳化模型混凝土碳化模型的建立是基于保守性和经验性原则，其中包括实验观测、数学规律和理论机理等方面的内容。

常用的混凝土碳化模型有以下几种：（1）化学动力学模型化学动力学模型是将混凝土碳化过程看做是一个自发性的化学反应，其中涉及到碱性氧化物的反应动力学规律和相应气体的扩散系数等。

由于其较强的实验基础和预测精度，该模型被广泛应用于混凝土碳化现象的研究中。

（2）物理模型物理模型是基于混凝土碳化过程中的物理变化效应进行建模的。

这些物理变化效应包括水分迁移、碳酸根离子浓度梯度和孔隙结构演变等。

与化学动力学模型相比，物理模型的预测精度较低，但可以提供更为直观的混凝土碳化过程演变情况。

（3）现象学模型现象学模型是通过实验观察和统计分析构建的，从而预测混凝土结构的寿命。

它主要依赖于混凝土碳化的已知特征的观察，往往需要进行大量的实验。

2. 混凝土碳化参数的研究混凝土碳化参数表征了混凝土碳化过程中的各种物理和化学特征，包括碳酸根离子浓度、水平均速度、天气条件和温度等。

混凝土碳化参数的研究可以有效地帮助我们理解混凝土碳化的机理和规律，并进而规划和执行防止混凝土碳化的实际操作。

（1）混凝土碱度参数混凝土碳化发生的主要原因是钢筋搭接处的低碱度环境，因此混凝土碱度参数是影响混凝土碳化的重要因素之一。

混凝土碱度可以通过pH 值来度量，现场测试中可以采用广泛使用的碱度指数来对混凝土碱性进行测量。

（2）混凝土温度参数混凝土的温度对混凝土碳化起着重要作用，因为温度会影响到钢筋和混凝土之间的化学反应。

混凝土碳化

混凝土碳化文档标题：混凝土碳化一、引言混凝土碳化是指混凝土中的水泥石碳酸钙与大气中二氧化碳反应，形成碳酸钙的化学过程。

混凝土碳化是混凝土耐久性的重要指标之一，主要影响混凝土的力学性能和耐久性。

本文将对混凝土碳化的原理、检测方法、碳化机理、影响因素以及防治措施进行详细介绍。

二、混凝土碳化的原理混凝土碳化的原理是由于二氧化碳的渗透，使水泥石中的碳酸钙分解，释放出水和二氧化碳，从而导致混凝土中水泥石中的碳酸钙含量减少，影响到混凝土的性能。

三、混凝土碳化的检测方法1. pH试纸法：通过将pH试纸浸泡在混凝土表面水槽中，观察试纸变色反应来判断混凝土碳化的程度。

2. 酚酞指示剂法：在混凝土表面涂覆酚酞指示剂，观察其颜色变化来判断混凝土碳化的程度。

3. 碳酸锂灰分法：将混凝土样品中的灰分与碳酸锂溶液反应，通过计算反应量来测定混凝土中的碳酸钙含量。

四、混凝土碳化的机理1. 二氧化碳的渗透：大气中的二氧化碳透过混凝土的孔隙进入混凝土内部。

2. 碳酸钙的分解：二氧化碳与水泥石中的碳酸钙反应水和二氧化碳。

3. 碱性物质的流失：碳酸钙的分解使混凝土中碱性物质流失，影响混凝土的抗腐蚀性能。

五、混凝土碳化的影响因素1. 混凝土配合比：水胶比的变化会影响混凝土内部的孔隙结构和渗透性，进而影响碳化的程度。

2. 混凝土强度：强度较低的混凝土更容易被二氧化碳渗透，导致碳化的发生。

3. 混凝土氯离子含量：氯离子会加速混凝土的碳化过程，增加混凝土的脆性。

六、混凝土碳化的防治措施1. 加强混凝土覆盖层厚度，减小二氧化碳的渗透。

2. 提高混凝土强度和密实性，减小碳化的程度。

3. 控制混凝土配合比，避免水胶比过大。

4. 合理控制混凝土中的氯离子含量，减缓碳化的速度。

七、附件本文档所涉及附件如下：1. pH试纸2. 酚酞指示剂3. 碳酸锂溶液八、法律名词及注释本文档所涉及的法律名词及注释如下：1. 水泥石：水合硅酸钙和水合铝酸钙的胶束状固体。

细观层面的混凝土碳化过程数值模拟

的细观模型．虑到数值分析的计算考
效率等因素，目前混凝土细观模型的研究多数是在二维平面上进行．这些方法一般可分为两类：基于 ① 骨料积累分数函数法¨ ；基于Ｗａｒｖｎ公式４ ② ｌｅａ法［］两种方法各有优缺点．一种方法能够得到６．第粒径分布连续的随机骨料，需要求解非线性方程但
ｔｉｍｅｈｄｎｈｓｍｕａｉｎｅｕｔｉａａｙｅ．ＴｈｈｓｔｏｏｔｅｉｌｔｒｓｌｏｓＳｎｌｚｄｅｐｉｃｐｅｆｈｗｔｄｔｒｉｅｔｅｐｒｍｅｅｓｕｈａｒｎｉｌｏｏｏｅｅｍｎｈａａｔｒｓｃｓｍａｉｍｉｍｅｅｓｘｍｕｄａｔｒ，ｍｉｉｍｉｍｅｅｓａｄｖｌｍｅｆａｔｎｎｍｕｄａｔｒｎｏｕｒｃｉｏｏｇｒｇｔｉｉｃｓｅｓｆａｇｅａｅｓｄｓｕｓｄａｗｅ１Ｂａｅｏｈｒｖｏｓｌ．ｓｄｎｔｅｐｅｉｕ
ＰｒｃｓｎＭｅｏｓａｅｏｅｓｏｓ．ｃｌ
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（ｏｌｇｆｉｉＥｇｎｅｉｇｏｇｉｉｅｓｙｈｎｈｉ００２Ｃｌｅｏｖｌｎｉｅｒ，ＴｎｊＵｎｖｒｉ，Ｓａｇａ０９，ｅＣｎｔ２
Ｊｎ０２ｕ．２１

混凝土碳化深度的计算分析与试验研究

ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＣａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎＤｅｐｔｈａｎｄ
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙ
ＣａｏＳｈｏｕｊｉｎ，ＳｈｉＨａｉ
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０．１ｍｍ。
∑ｄ
ｄｉ－』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，ｍｍ；ｄｉ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，ｍｍ；／７，为试块的个数。ｐＨ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
Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ＆ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
混凝土碳化深度的计算分析与试验研究
曹守金。石海
２６６０６１）
（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

混凝土碳化的分析

混凝土碳化的分析混凝土的碳化程度与对混凝土的破坏作用成正比，因此，掌握混凝土的碳化机理和防控措施在混凝土工程中越来越引起行业内工程技术人员的重视。

一、概念混凝土的碳化又称为混凝土的中性化，几乎所有混凝土表面都处在碳化过程中。

它是空气中二氧化碳与水泥中的碱性物质相互作用，使其成分、组织和性能发生变化、使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。

混凝土碳化本身对混凝土并无破坏作用，其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜(钝化膜)遭到破坏，使混凝土失去对钢筋的保护作用，导致混凝土中钢筋锈蚀。

同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。

水泥中的矿物以硅酸三钙和硅酸二钙含量较多，约占75%，水泥完全水化后，生成的水化硅酸钙凝胶约占总体积的50%，氢氧化钙约占25%，水泥石的强度主要取决于水化硅酸钙，在混凝土中水泥石的含量占总体积的25%。

混凝土具有毛细管——孔隙结构的特点，这些毛细管——孔隙包括混凝土成型时残留下来的气泡，水泥石中的毛细孔和凝胶孔，以及水泥石和骨料接触处的孔穴等等。

此外，还可能存在着由于水泥石的干燥收缩和温度变形而引起的微裂缝。

普通混凝土的孔隙率一般不少于8%～10%。

根据已碳化完了的试件的孔隙壁及内部的取样，测定其钙化比得知，碳化反应主要发生在孔隙内壁上。

但是，碳化降低了混凝土孔隙液体中pH值，碳化一旦达到钢筋表面，钢筋就会因其表面的钝化膜遭到破坏而锈蚀，随后钢筋径向膨胀，保护层顺筋开裂，最后钢筋锈蚀加剧直至结构破坏；混凝土碳化破坏了混凝土结构的表面稳定的水化生成物，碳化反应生成的碳酸钙强度较低，从而降低混凝土强度。

同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土产生裂缝,从而破坏建筑物。

二、影响因素混凝土的碳化是伴随着CO2气体向混凝土内部扩散，溶解于混凝土孔隙内的水中，再与各水化产物发生碳化反应这样一个复杂的物理化学过程。

混凝土碳化机理及预测模型分析

混凝土碳化机理及预测模型分析混凝土碳化是混凝土行业最重要且最基本的过程，研究其机理及预测模型分析，对实现混凝土碳化技术的进步、研究其机理及其临界温度及温度和时间对混凝土碳化机理影响的研究，以及混凝土碳化过程中重要参数的相关性研究，都具有十分重要的意义。

二、混凝土碳化机理及其影响因素的研究1、混凝土碳化机理：混凝土碳化是混凝土受温度和时间影响而发生的一种结构变化，碳化过程包括了气相碳化和水相碳化。

气相碳化是指混凝土中水平浸渍时，混凝土内部温度超过150℃以上时，产生渗气以及混凝土表面受热时，混凝土孔内的气体和灰泥细颗粒之间的碳化反应。

水相碳化是指混凝土内部孔隙水平浸渍时，混凝土内部温度达到60℃以上时，水介质与混凝土孔壁、灰泥细颗粒之间的碳化反应。

2、混凝土碳化的影响因素：混凝土碳化的影响因素包括温度、时间、灰泥细颗粒的组成和渗透等。

其中，温度是影响混凝土碳化过程最重要的因素，确定混凝土碳化的临界温度和临界时间是从理论上研究碳化过程的重要前提。

此外，混凝土的渗透同样也会影响混凝土的碳化速度，因为混凝土的渗透能力影响混凝土孔壁和灰泥细颗粒之间的碳化反应，从而影响混凝土碳化过程中的温度和时间。

三、混凝土碳化机理预测模型分析为了研究混凝土碳化机理及其影响因素，必须建立一个有效的预测模型。

针对不同程度的混凝土碳化，建立了四类预测模型，分别是经验模型、热力模型、有限元模型以及热电流模型。

（1）经验模型：经验模型是基于实验结果构建的模型，其目的是得到一组近似参数，以便用于模拟实际实验结果，以求得混凝土碳化机理及其影响因素。

（2）热力模型：热力模型是一种建立在物理原理基础上的模型，它是以温度场分布不断变化的状态作为准则，结合混凝土的热模型，并结合温度场与混凝土碳化机理及其影响因素的分析，来预测混凝土碳化机理的变化。

（3）有限元模型：有限元模型的基本原理是将混凝土划分为若干个有限块，每个块都是混凝土的有限小元，它可以根据混凝土表面或内部温度场等信息，以及混凝土内部各种参数值，来预测混凝土碳化机理及其影响因素。

混凝土碳化速度及碳化区物质含量分布的有限元数值模拟

护作用，引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀所引起的结构耐久性
降低及承载能力下降，是混凝土结构性能退化的主要
原因。
图１Ｃ２Ｏ浓度线性分布假定
混凝土碳化速度预测模型是结构耐久性评价的重
要组成部分。现有经验模型是以Ｆｃｉｋ第一扩散定理为
恒为０图２ｆ（）ｌ。
ｘ
Ｘ
图２碳化锋面假定
在此假设下，根据Ｆｃｉｋ第一扩散定律，型表示模
为：
２ｏＣｏＤｃｃ
（２）混凝土表面ＣＯ浓度为［ｏ。未碳化区Ｃ２ｃｄ，Ｏ
浓度为０。
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维普资讯
２０年第２期０６４月
混凝土与水泥制品
ＣＮＡＣＯＮＨＩＣＲＥＥＴＡＮＤＣＥＭＥＮＰＴＲＯＤＵＣＳＴ
２０２０６ＮｏＡｐｉｒｌ
混凝土碳化速度及碳化区物质含量分布的有限元数值模拟
了数值模拟，析了碳化区物质含量变化规律，验了经验模型假定的可靠性。并通过与试验结果的对比，证了该方法的可行分检验性。关键词：混凝土碳化；化速度；质含量变化；限元碳物有
赵冬兵
（同济大学桥梁工程系，上海２０９）００２
摘要：凝土碳化速度预测模型是结构耐久性评价的重要组成部分。现有的经验模型是通过试验数据拟合而得到的经验混

混凝土碳化问题的分析研究

混凝土碳化问题的分析研究摘要：混凝土碳化是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素。

本文分析了混凝土碳化作用机理，探讨了影响混凝土碳化的因素，通过对钢筋混凝土构件碳化问题的分析研究,使我们掌握这些问题存在的根源,在以后的工作，从理论的角度上多方位考虑，并不断的研究探索此类问题的解决方法。

关键词：混凝土；碳化；问题；研究Abstract: the concrete carbonization influence is reinforced concrete structure endurance in one of the most important factors. This paper analyzes the concrete carbonization mechanism, and discusses the influence factors of concrete carbonation, through the of reinforced concrete member carbonization problem analysis of research, that we master these problems of source, in the later work, from the point of view of the theory on multiple consideration, and continuously the research to explore such the solution to the problem.Keywords: concrete; Carbonization; Problem; research混凝土碳化是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要因素。

钢筋对钢筋混凝土的承载能力起着极其重要的作用，混凝土握裹着钢筋，当混凝土受到拉伸时钢筋起着拉应力的作用。

工程混凝土碳化实验报告

工程混凝土碳化实验报告1. 掌握工程混凝土碳化实验的基本原理和方法；2. 了解混凝土碳化的机理及其影响因素；3. 研究混凝土碳化的腐蚀机理。

实验仪器和材料：1. 混凝土样品；2. 碳化试剂；3. 酚酞试液；4. 酸度计；5. 电位计；6. pH计；7. 电子天平；8. 恒温水浴槽。

实验步骤：1. 将混凝土样品切割成标准尺寸的试件；2. 准备碳化试剂溶液；3. 将混凝土试件放入碳化试剂溶液中浸泡；4. 分别测量不同时间段的pH值、溶液电导率以及试件的电位；5. 每隔一段时间取出试件并用酚酞试液测定其表面碱度，并记录结果；6. 分析数据并综合讨论。

实验结果：通过实验可以得到混凝土碳化的速度随着碳化试剂浓度和温度的增加而加快。

同时，实验结果还显示了碳化混凝土的pH值和电导率随着时间的推移而增加。

实验讨论：混凝土碳化是指混凝土内部的碳酸盐盐类通过二氧化碳的作用而转化为碳酸盐，从而引起混凝土的物理和化学性能变化的过程。

混凝土碳化速度受到多个因素的影响，比如环境条件、混凝土配合比、水胶比等。

实验中，我们发现碳化试剂浓度和温度对混凝土碳化速度的影响最为显著。

较高的浓度和温度使得碳化反应更加剧烈，加快了混凝土的碳化进程。

实验结果还显示，混凝土碳化会导致pH值和电导率的增加。

碳酸化反应会使混凝土中的水溶液中的氢离子增加，从而使pH值降低。

而混凝土的碳化还会增加混凝土内部的离子迁移和电导率。

实验结果与实际工程应用：了解混凝土碳化的机理和影响因素对于实际工程应用具有重要意义。

高碳化速度的混凝土在使用过程中容易发生腐蚀，而混凝土的腐蚀会导致其力学性能和耐久性的下降。

因此，在工程设计中，需要根据工程实际情况来选择适当的混凝土配合比和防护措施，以减缓混凝土的碳化速度。

综上所述，混凝土碳化实验通过研究混凝土的碳化机理和影响因素，可以使我们进一步了解混凝土的腐蚀机理，并为工程实际应用提供科学依据。

混凝土的碳化分析

混凝土的碳化分析混凝土材料以其性能优越、施工方便和成本低等方面的显著优势在土木工程领域内得到广泛的应用。

然而在大气中的CO2、SO2等外部介质作用下，混凝土结构会逐渐发生碳化，从而导致钢筋锈蚀，混凝土耐久性降低。

因此，掌握混凝土的碳化机理和防控措施逐渐引起了工程技术人员的重视。

2 混凝土的碳化作用机理混凝土的碳化是指空气中的CO2与混凝土中碱性物质相互作用，生成CaCO3和H2O的中性化过程。

由于混凝土是一种多孔性材料，在其内部往往存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡等缺陷,具有一定的透气性。

空气中的CO2首先渗透到混凝土内部的孔隙和毛细管中，与水泥水化过程中产生的Ca(OH)2和水化硅酸钙等物质相互作用，形成CaCO3 。

Ca(OH)2是水泥的主要水化产物之一，对于普通硅酸盐水泥而言，水化生成的Ca(OH)2可达10～15%。

Ca(OH)2一方面是混凝土高碱度的主要提供者，另一方面又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中的酸性介质发生中和反应，使混凝土碳化。

随着混凝土碳化过程的进行，混凝土毛细孔中Ca(OH)2的含量会逐渐减少，必然会使混凝土PH值降低，改变了混凝土的化学成分和组织结构，对混凝土结构的力学性能有着明显的影响。

碳化一旦达到钢筋表面，钢筋就会因其表面的钝化膜遭到破坏而发生锈蚀现象，一方面钢筋径向膨胀，导致混凝土保护层顺受力钢筋开裂；另外一方面因钢筋的锈蚀，致使结构强度明显降低，安全性下降；与此同时，混凝土的碳化还会加剧混凝土的收缩，引起混凝土产生裂缝，影响结构物的使用。

3 影响混凝土碳化的因素大量的研究表明，混凝土的碳化过程是伴随着CO2气体由表及里向混凝土内部逐渐扩散、反应的复杂的物理化学过程。

影响混凝土碳化的最主要因素是混凝土本身的密实性和碱性储备的大小。

混凝土的孔隙率越小、渗透性越低、Ca(OH)2含量越大，混凝土的抗碳化性能越好；反之，则越差。

然而影响混凝土密实性及其碱性储备的因素十分复杂，具体来说有材料因素、环境因素和施工因素三大方面。

基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模型

基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模型混凝土结构在长期使用过程中会发生碳化现象，导致混凝土强度降低、腐蚀钢筋等问题。

因此，深入研究混凝土碳化深度对混凝土结构的影响十分重要。

本文基于碳化机理，提出了一种实用的数学模型，用于预测混凝土碳化深度。

该模型考虑了多种因素对碳化深度的影响，包括混凝土水胶比、气候环境、混凝土初期强度等。

具体来说，该模型使用了下面的公式：
Ct = C0 + (Cmax - C0) * (1 - exp(-0.1*t)), t <= t0
Ct = Cmax + (C0 - Cmax) * exp(-0.05*(t-t0)), t > t0 其中，Ct表示混凝土表面的碳化深度，C0表示混凝土初始碳化深度，Cmax表示混凝土表面最大碳化深度，t表示时间，t0表示混凝土表面最大碳化深度出现的时间。

公式中的指数函数exp(x)表示e 的x次幂。

通过该模型，可以根据混凝土的实际情况，预测出混凝土的碳化深度，为混凝土结构的保护和维护提供科学依据。

- 1 -。

混凝土化学碳化深度预测分析

混凝土化学碳化深度预测分析于洪霞【摘要】钢筋混凝土碳化是混凝土结构耐久性研究的重点，碳化深度的准确预测对混凝土结构的耐久性设计和寿命预测具有指导性意义。

本文系统地总结了混凝土碳化的机理、碳化的影响因素以及碳化深度的预测模型，指出了现有预测模型存在的问题，并通过实例比较分析了现有模型的预测结果，提出采用建立时间序列模型的方法预测混凝土碳化深度。

时间序列法将所有对混凝土碳化产生影响的因素都归结为时间因素，根据实际测得的碳化深度结果建立时间序列模型，预测未来某时刻的碳化深度。

该方法以贝叶斯理论为基础，结合先验信息和样本信息建立时间序列模型，并且随着实测碳化深度样本数量的增加，可以不断对模型进行更新，使得模型更符合碳化的规律，从而预测的结果更准确。

【关键词】混凝土碳化深度时间序列预测分析近些年来，大量混凝土结构因为材质的劣化导致失效甚至破坏坍塌的事故屡见不鲜，其原因主要是钢筋混凝土的耐久性不足。

混凝土结构耐久性是指结构在预期的使用年限内抵抗大气影响、化学侵蚀以及其他劣化过程，而不需要花费大量资金加固处理就能保证其安全性和适用性的功能。

由于钢筋混凝土组成材料自身的特点，使得处于不同环境下的钢筋混凝土结构都面临着耐久性的问题。

温变收缩、钢筋锈蚀、冻融循环、碱骨料反应以及氯盐侵蚀等因素是引发钢筋混凝土耐久性问题的重要原因。

自20世纪40年代以来，由于硅酸盐水泥组成成分的变化以及混凝土技术的发展，混凝土材料可以达到更高的强度。

但是强度的提高没并有使混凝土的耐久性变得更好，国内外混凝土结构的耐久性现状都不容乐观。

随着我国东部地区经济的持续快速增长和西部大开发发展战略的持续进行，我国正投入大量的人力、物力和财力进行基础设施的建设，许多大规模的混凝土工程不断涌现，如何能提高混凝土结构的耐久性并准确地判断工程的寿命能否达到设计要求是当前面临的问题。

目前对于混凝土耐久性的研究主要分为四个层次：环境层次、材料层次、构件层次以及结构层次。

混凝土碳化深度的计算模型及试验研究

混凝土碳化深度的计算模型及试验研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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混凝土结构中碳化机理研究

混凝土结构中碳化机理研究混凝土结构中碳化机理研究随着城市化的快速发展，混凝土建筑的兴建已经成为现代社会中不可或缺的一部分。

然而，在长期使用后，混凝土结构容易出现碳化现象，从而导致结构的持久性和安全性下降。

因此，深入研究混凝土结构中的碳化机理，对于保证结构的稳定性和使用寿命具有重要意义。

1. 碳化现象的定义及表现碳化是指混凝土中的碳酸盐与钙化合物反应形成二氧化碳和水，从而导致混凝土中的碳酸盐含量不断降低的过程。

其表现形式为混凝土表面的颜色逐渐变暗，呈现出灰黑色，并且混凝土的性质也会发生变化，如强度、抗裂等均会下降。

2. 碳化机理碳化的机理主要包括以下几个方面：(1) 混凝土中的钙化合物与二氧化碳发生反应，生成碳酸钙，从而导致混凝土中的碳酸盐含量不断降低。

(2) 混凝土中的钙化合物与空气中的水蒸气发生反应，生成氢氧化钙和碳酸钙，从而导致混凝土中的碳酸盐含量不断降低。

(3) 混凝土中的钙化合物与硫酸钠、硫酸镁等化合物发生反应，生成硫酸钙和硫酸镁钙，从而导致混凝土中的碳酸盐含量不断降低。

3. 影响碳化的因素影响混凝土碳化的因素主要包括以下几个方面：(1) 水泥的品种：不同品种的水泥中含有不同的氧化钙和氧化镁含量，从而影响混凝土的碳化程度。

(2) 水泥的用量：水泥的用量越大，混凝土的碳化速度越慢。

(3) 混凝土的密实度：密实度越高，混凝土的碳化速度越慢。

(4) 混凝土的孔径结构：孔径结构越大，混凝土的碳化速度越快。

(5) 混凝土的环境条件：环境条件越差，混凝土的碳化速度越快。

4. 碳化的影响混凝土碳化会导致混凝土的性质发生变化，主要表现为以下几个方面：(1) 抗压强度下降：混凝土碳化后，其抗压强度会明显下降。

(2) 抗拉强度下降：混凝土碳化后，其抗拉强度也会下降。

(3) 抗裂性能下降：混凝土碳化后，其抗裂性能也会下降，从而容易出现龟裂现象。

(4) 耐久性下降：混凝土碳化后，其耐久性也会下降，从而导致结构的使用寿命缩短。

基于数值模拟的混凝土碳化过程分析

基于数值模拟的混凝土碳化过程分析
孟卫涛;武永新
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2013(035)004
【摘要】混凝土碳化是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一,CO2在混凝土结构中的扩散是混凝土碳化反应过程的真实写照.碳化反应过程中CO2在混凝土中的扩散与热传导过程中热量的传递极为相似,利用大型通用有限元分析软件ANSYS的热分析模块对挡土墙的混凝土碳化过程进行了数值模拟,结合快速碳化实验得到碳化锋面CO2浓度与混凝土碳化深度拟合关系式.
【总页数】3页(P6-8)
【作者】孟卫涛;武永新
【作者单位】天津大学,天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.0
【相关文献】
1.基于ANSYS的水工混凝土碳化防护数值模拟 [J], 宋立元;徐志林
2.基于数值模拟的混凝土碳化环境影响因素研究 [J], 孟卫涛
3.基于数值模拟的厚板精冲挤压过程分析 [J], 赵军;易际明
4.基于数值模拟的采动影响下覆岩裂隙演化过程分析 [J], 陈峰
5.基于过程分析法的冲压件成形数值模拟研究 [J], 瞿二虎;张博洋;李明哲;许海媚;潘瑞民;王成志;李丹彤
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基于COMSOL的混凝土碳化影响因素分析

基于COMSOL的混凝土碳化影响因素分析范燕平;庞明伟;徐立;田学凯;程旭东【摘要】根据混凝土碳化化学反应机理,结合CO2质量运输方程,定义了反应消耗的CO2浓度方程,提出一种新的研究混凝土碳化规律的数值模拟方法.运用COMSOL软件,进行CO2浓度、反应消耗的CO2浓度的多物理场耦合,并参照相关文献的试验结果对数值模型进行了可信性验证;运用该数值模型分析不同水灰比、水泥用量、环境温度、相对湿度对混凝土碳化的影响,并拟合其影响曲线.结果表明:该数值模型有很高的可信性;水灰比与混凝土碳化深度近似成正比,水泥用量与混凝土碳化深度近似成反比,环境温度对碳化深度的影响较小,相对湿度与混凝土碳化深度成二次抛物线关系.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2016(038)006【总页数】3页(P11-13)【关键词】混凝土碳化;碳化程度;水灰比;水泥用量;COMSOL【作者】范燕平;庞明伟;徐立;田学凯;程旭东【作者单位】中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛266580;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东青岛266580【正文语种】中文【中图分类】TU528.1混凝土的碳化是一般大气环境中钢筋腐蚀的前提条件。

碳化是指空气中的CO2等酸性物质侵入混凝土内部，在有水分存在的情况下，与水泥水化生成的Ca(OH)2、C-S-H等产物发生反应，使混凝土液相碱度降低，化学成分发生改变的中性化过程[1]。

在钢筋混凝土结构中，随着CO2气体的侵入，混凝土碳化深度逐渐增加，当碳化深度比混凝土的保护层厚度更大时，原来存在的强碱钝化膜被破坏，混凝土便失去了对钢筋的保护作用。

当空气进入混凝土并跟钢筋接触后，会发生腐蚀现象，而钢筋腐蚀后体积便会膨胀，进而反作用于混凝土，对混凝土施加应力导致混凝土出现裂缝，从而影响整个钢筋混凝土结构，这便是混凝土碳化的主要危害。

混凝土碳化深度的试验研究及其数学模型建立的开题报告

混凝土碳化深度的试验研究及其数学模型建立的开题报告一、研究背景及意义混凝土结构是目前最为常见的建筑结构，但混凝土结构在长期使用过程中，受到化学腐蚀、承载力的退化、减震等多种因素的影响，导致混凝土的强度和耐久性逐渐减弱，从而影响其使用寿命和安全性。

其中混凝土的碳化是影响混凝土结构寿命和耐久性的主要因素之一。

混凝土碳化是指混凝土中碱性的钙化合物在水和空气中被二氧化碳反应而转化为碳酸盐的过程。

碳酸盐与混凝土内的氢氧化钙反应，生产出水和钙盐，从而导致混凝土内部的碱度下降，加速钢筋锈蚀，从而导致混凝土的强度和耐久性下降。

因此，研究混凝土碳化深度及其数学模型建立对于提高混凝土结构的耐久性、延长其使用寿命具有重要的意义。

二、研究内容本研究旨在通过试验方法，研究混凝土的碳化深度，并尝试建立混凝土碳化深度的数学模型，为提高混凝土结构的耐久性和延长其使用寿命提供理论依据。

具体研究内容包括：1. 确定混凝土碳化深度的试验方法。

2. 通过试验获取混凝土碳化深度的相关数据。

3. 分析混凝土碳化深度与其它因素之间的关系。

4. 尝试建立混凝土碳化深度的数学模型。

三、研究方法和技术路线本研究主要采用试验和数学模型建立两种方法。

具体技术路线如下：1. 确定研究混凝土碳化深度的试件规格和试验方法。

2. 制备试件，进行混凝土碳化试验。

3. 分析试验数据，研究混凝土碳化深度与其它因素之间的关系。

4. 尝试建立混凝土碳化深度的数学模型，模型建立完成后进行验证。

5. 综合分析试验结果和模型预测结果，得出结论。

四、预期结果本研究预计能够通过试验研究，获取混凝土碳化深度的相关数据，并建立混凝土碳化深度的数学模型。

同时，本研究预计能够探究混凝土碳化深度与其它因素之间的关系，为提高混凝土结构的耐久性和延长其使用寿命提供理论依据。

碳化混凝土框架结构抗震性能数值仿真-精品文档

碳化混凝土框架结构抗震性能数值仿真Numerical simulation on seismic behavior of carbonatedconcrete frame structureLU Li1, LIANG Fayun2, LIU Zuhua3(1. Shanghai Zhongxin Institute of Architectural Design & Research Co., Ltd., Shanghai 200437, China;2. Key Lab.of Geotechrical and Underground Eng. of Ministry of Education, Tongji Univ., Shanghai 200092, China;3. State Key Lab. for Disaster Reduction in Civil Eng., Tongji Univ., Shanghai 200092, China)：Carbonation increases the strength of concrete and decreases the ductility of concrete. Influence of carbonation on the seismic behavior of concrete structures should be taken into account. Based on the constitutive relation of carbonated concrete proposed by previous studies, several Windows-based calculation programs with graphic interface are developed using object-oriented programming method. Earthquake response calculation for shear frames using floor model is proposed and implemented byprogramming. The carbonation influences on seismicbehavior of shear frames are discussed with a case.According to the numerical analysis, carbonation is adisadvantageous factor to concrete structure under small earthquake which has negative effects on the large rigidity structure, and has few influences on seismic behavior of concrete structure under large earthquake, while the ultimate deformation of concrete structure may be decreased.0 引言随着使用时间的增长，混凝土结构会逐渐出现老化现象，碳化作为混凝土最常见的一种老化形式，从许多方面影响钢筋混凝土结构的性能.所谓碳化是指空气中C02等酸性气体与混凝土中液相的Ca(0H)2作用，生成CaC03^ H20的中性化过程.已有研究成果[1] 表明，混凝土碳化后，其强度提高、延性降低，必然引起结构抗震性能的改变. 现行的混凝土设计和鉴定规范都没有考虑碳化后混凝土材料性能的改变，存在一定的不安全因素. 开展碳化后混凝土结构的力学性能研究，尤其是在地震作用下抗震性能的研究具有非常重要的现实意义.然而，受试验设备和技术条件的限制，难以针对整个结构进行混凝土碳化的模拟试验，目前主要集中在混凝土材料或单个构件碳化后的力学性能研究上. 结构理论和计算机技术的最新发展改变了土木工程中计算机应用的深度和广度，计算机仿真对土木工程具有极大的实用价值.[2] 由于结构试验一般属于破坏性试验，费用较高，一个试件不能重复试验多次，而且模型尺寸较大，即使是缩尺模型试验，对设备的要求也相当高. 此外，试验中的不确定因素很多，结果的离散性较大，对于抗震动力试验更是如此. 因此，采用数值仿真技术对碳化后混凝土结构的抗震性能进行仿真研究是一种可行的方法，工程上具有现实意义.1 研究方法计算机仿真分析的正确性主要取决于如下几个因素：(1) 采用理论前提的正确性；(2)算法的正确性；(3) 编程实现的正确性.1.1 钢筋与混凝土材料的本构关系钢筋与混凝土材料的本构关系是混凝土结构分析的基本前提.[3] 计算中的钢筋在反复载荷作用下的应力―应变关系曲线由两部分组成：骨架曲线和滞回曲线. 骨架曲线采用与单调加载相同的模型；滞回曲线对于重复加载和反复加载不同，重复载荷作用下钢筋卸载和再加载都遵循直线应力―应变关系，反复载荷作用下，卸载段仍遵循直线应力―应变关系，反向加载段采用曲线应力一应变关系，用以反映钢筋的“包兴格效应”.对于混凝土材料，受压应力一应变曲线的上升段采用通用的二次抛物线形式，下降段也采用曲线形式；受拉应力―应变曲线与受压应力― 应变曲线的形式相似，主要区别在于曲线的斜率较陡.本文所采用的本构关系见文献[1] ，限于篇幅，在此不作详述.对于碳化后混凝土材料的力学性能，文献[1] 通过对试验结果的分析，得出碳化混凝土的3 个特点，并由此推出碳化混凝土的应力―应变关系. 这3 个特点是：(1) 碳化后混凝土的峰值应变基本不变；(2) 碳化混凝土的极限压应变比未碳化混凝土降低30%；(3) 完全碳化混凝土的强度比未碳化混凝土提高60%.1.2 计算模型和方法混凝土框架结构的计算模型分为层模型、杆模型和半刚架模型3 种. 考查3 种计算模型的特点，杆系模型计算量大、过程复杂，鉴于目前对碳化影响的研究还很粗略，如碳化对结构抗剪性能和黏结锚固的影响等缺乏研究成果，没有必要采用无精确理论基础的高精度方法；半刚架模型比层模型更能够准确地反映真实结构，但所采用的近似折算方法不利于碳化影响的研究，因此也不合适；层模型计算简单，对于多层房屋和强梁弱柱的高层已足够精确，适合本文采用. 由于研究对象为框架结构，具体可采用层间剪切模型. 在层模型的基础上，对层间剪切模型作进一步假设：(1) 由于各层之间只产生水平相对位移，模型层刚度仅取决于该层中各竖向构件的剪切刚度和弯曲刚度；(2) 横向构件的弯曲变形与竖向构件的轴向变形均忽略不计.常用的恢复力模型有兰伯格―奥斯古德(Romberg-Osgood) 模型、克拉夫(Clough) 模型和武田(Takeda) 模型，本文采用武田模型.武田模型是依据较多钢筋混凝土构件试验所得的恢复力特性抽象出来的，适用于以弯曲破坏为主的情况. 武田模型的骨架曲线按开裂和屈服分为3段折线，见图1.开裂前直线0C用于线弹性阶段，混凝土受拉开裂后用第2段直线CY纵向钢筋受拉屈服后用第3段直线YU.当模型已屈服后，即在图1的YU段卸载时，考虑刚度退化.图1中：（5 C, PC）为开裂点；（5 Y, PY）为屈服点；（5 U, PU）为极限点；Kr 为卸载刚度.对于武田三线性模型，所需确定的模型参数包括用于决定骨架曲线的层开裂点（5 C,PC）、层屈服点（5 Y,PY）、层极限点（5 U, PU）和用于决定卸载曲线的卸载刚度Kr，采用与文献［4］类似的方法确定武田三线性模型的参数.1.3 数值计算与编程通过算例分析,发现碳化对结构的地震反应影响十分复杂, 不能简单地判定碳化对框架抗震性能有利或不利. 从小震下结构的地震反应分析, 碳化使构件的刚度增大, 因而也将使结构的刚度增大，致使结构的自振周期T减小.事实上，碳化对结构在小震下的地震反应影响是通过影响结构刚度表现的, 碳化使结构刚度提高,若某地震波对刚度大的结构效应大,则碳化影响不利, 反之则有利. 由此可以推知：按现行规范的抗震计算方法和地震影响系数谱，当TTg时，a随结构自振周期减小而增大，则碳化对结构不利；当0.1。