环境因素对碳化后混凝土抗压强度影响的研究

文摘 2025-01-06 07:09 河南

0引言

在现代建筑领域，混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，其耐久性至关重要。而混凝土的碳化是影响其耐久性的关键因素之一，同时也是大气环境下混凝土中钢筋脱钝锈蚀的前提条件。

现目前，有关于混凝土碳化导致混凝土结构破坏的研究越来越多。陈立亭对西安市庆安集团某厂房进行了耐久性检测，发现大量混凝土构件因碳化而造成保护层开裂脱落，钢筋锈蚀严重，不得不进行拆除重建。张守龙对某城际铁路桥梁栏杆构件进行碳化深度测试，发现碳化深度值大多在4～8mm，钢筋连接件锈蚀严重。由此可知，开展混凝土的碳化研究，有助于预测现有混凝土结构的使用寿命，对于提高混凝土结构的耐久性具有重要意义。当前，已有许多学者通过人工加速碳化试验，对碳化后混凝土性能展开深入研究。

然而，这些研究多侧重于混凝土本身的材料特性，如水灰比、矿物掺合料的定量分析，而暴露环境相对单一，对于不同环境因素如何具体影响碳化后混凝土性能的研究仍有待深入。基于此，本文以温度、相对湿度以及CO₂浓度等环境因素为变量，通过一系列混凝土快速碳化试验以及抗压强度试验，深入研究不同环境因素对碳化后混凝土抗压强度的影响，旨在为提高混凝土结构的耐久性提供理论依据和实践指导。

1试验方案

1.1试件设计与制作

采用混凝土立方体试块作为试验块体，依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GBT50082-2009）中常规加速碳化试验方法，进行12种环境工况条件下混凝土试件的快速碳化试验，对碳化后试件的抗压性能进行分析。所考察的环境因素包括温度、相对湿度以及CO₂浓度水平。此外，每种环境工况中又分别进行3种强度等级（C20、C30和C40）混凝土的碳化测试。同时，设置相同龄期的未碳化试件作为参照。

列出不同强度等级混凝土的原材料配合比如表1所示。其中，水泥采用P·Ⅰ42.5硅酸盐水泥；细骨料为长沙本地产河砂；粗骨料为连续级配、粒径在5～20mm范围内的石灰岩碎石；掺和料采用Ⅰ级粉煤灰；减水剂为聚羧酸型高效减水剂。按照表1配合比制作混凝土立方体试件，尺寸分别为100mm×100mm×100mm。试件拆模后在标准养护池中养护；28d后取出烘干，并将试件的4个面用环氧树脂密封，保留两个相对侧面，以保证碳化方向的一致性。

1.2碳化试验

本次碳化试验在中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室进行。实验室配备的环境模拟试验系统可以实现单一因素和多因素耦合作用效应模拟，如图1所示。碳化测试的总时长为56d。

1.3抗压性能试验

碳化后混凝土立方体试件的抗压性能试验在万能试验机上进行，如图2所示。参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2019）中的相关试验方法进行加载。测试过程中，对试验机荷载-位移全过程曲线进行记录。

2试验结果及分析

2.1碳化作用对混凝土抗压强度的影响

为研究不同环境因素对碳化后混凝土抗压性能的影响，在此将不同温度、相对湿度、CO₂浓度下试块的抗压荷载-位移曲线和强度进行对比分析。表2中列出了碳化前后混凝土立方体试件的极限抗压强度值。由表可知，在任一碳化环境工况下，混凝土抗压强度均有所下降。

2.2 单因素对碳化后混凝土抗压强度的影响

为进一步研究单一环境因素对碳化后混凝土力学性能的影响，分别将不同温度、相对湿度、CO₂浓度下碳化后的混凝土立方体抗压强度进行分析（如图3～5所示）。不同温度下混凝土立方体试块的碳化后抗压性能如图3所示。对于不同强度等级混凝土，在相同的相对湿度（RH=70%）和CO₂浓度（C=20%）条件下，随着温度的升高（T=10/20/30℃），混凝土立方体抗压强度不断降低。相比未碳化试件，当温度为30℃时，C20、C30、C40试块的抗压强度分别降低40.9%、15.6%、39.8%。温度升高会加快气体分子在混凝土孔隙中的扩散；同时，根据碰撞理论可知，在化学反应中，较高的温度会给反应系统提供更多能量，促使粒子间发生更多的碰撞，进而导致碳化反应速率提升。

不同相对湿度下混凝土立方体试块的碳化后抗压性能如图4所示。由图可知，其余条件保持不变的情况下，随着相对湿度的升高（RH=40/60/70/80/90%），混凝土立方体抗压强度呈现先减后增的趋势；相对湿度在60%～70%时，碳化程度最为严重。最不利情况下，C20、C30和C40混凝土碳化试件较未碳化试件的抗压强度分别降低24.8%、20.2%和28.6%。相对湿度对混凝土碳化速率的影响是双重的。相对湿度较小时，混凝土处于干燥或者含水率较低的状态，CO₂气体在混凝土内扩散较快，有利于碳化过程的加快；若湿度过低，由于缺少碳化反应必需的水分，碳化速率则会变慢。相对湿度过大时，混凝土含水率高，即孔隙水饱和度高，CO₂又难以扩散至混凝土内部，故而碳化速率慢。随着相对湿度的变化，上述机制对混凝土碳化速率的影响相互竞争，在某一湿度值时，碳化程度最高。

CO₂浓度对碳化后混凝土抗压性能的影响如图5所示。由图可知，随着CO₂浓度的提高，混凝土立方体抗压强度不断降低，且下降速度逐渐变缓。在相对湿度RH=70%、温度T=20℃以及CO₂浓度C=90%的环境工况下，C20、C30和C40混凝土碳化试件较未碳化试件的抗压强度分别降低43.3%、34.2%和40.3%。环境中CO₂的浓度越大，混凝土内外的CO₂浓度梯度就越大，CO₂越易进入混凝土内部，从而加快碳化速率。混凝土碳化对大气中CO₂浓度非常敏感，因此需对环境中不断升高的CO₂浓度引起高度重视。

3结束语

通过对不同环境因素对碳化后混凝土抗压强度影响的研究，可得到以下结论：

（1）随着环境温度和CO₂浓度的升高，碳化后混凝土的抗压强度不断降低且变化趋势渐缓。相对湿度增加时，碳化后混凝土的极限抗压强度呈先减后增的趋势。

（2）与相对湿度比较，环境温度与CO₂浓度对混凝土碳化过程的影响更显著，尤其是对碳化后混凝土抗压性能的削弱作用明显。

（3）混凝土强度等级越高，其抵抗CO₂碳化侵蚀的能力更强，碳化程度相对更低。

砼话

“砼话”——分享混凝土知识，做混凝土技术人员的朋友，每天七点更新！您的关注，是最大的支持和鼓励！

最新文章

如何鉴别和处理混凝土冻害

好的混凝土像八宝粥

机制砂 MB值及石粉含量对混凝土性能的影响研究

砂石含泥量对混凝土抗压强度的影响

某厂房混凝土柱柱根补强加固工艺的应用与研究

矿物掺合料对混凝土抗渗性研究进展与展望

C50机制砂高性能混凝土T梁张拉可靠性研究

施工单位配合是保障冬期施工质量的关键

预拌混凝土质量控制管理制度

冬期施工中混凝土的早期受冻需重视

粗骨料粒径对C80 混凝土工作性能、力学性能及耐久性能的影响探讨

不同条件下水工混凝土抗压及抗拉强度

机制砂混凝土在风机基础中应用研究

环境因素对碳化后混凝土抗压强度影响的研究

从伤心到高危再谈湖南拓宇冤案的形成和行业监管的建议

水胶比和砂率对机制砂混凝土性能的影响分析

C80超高层泵送混凝土关键技术研究

复合防冻剂制备及其应用研究

混凝土裂缝通病的成因及防治

混凝土生产中掺合料的应用分析

令混凝土技术人员心酸的事

如何使用细砂配制混凝土

商品混凝土试验室中配合比设计与性能研究

降黏剂对C80混凝土性能影响的研究

亚热带地区砂石料不稳定情况下泵送混凝土试拌问题分析

建筑施工技术中的混凝土浇筑技巧探讨

写给混凝土施工单位的冬期施工提醒

原材料对预拌混凝土性能的影响及质量控制要点

C55自密实混凝土物理力学性能影响因素研究

特细砂混凝土配合比优化设计探讨

基于高性能混凝土配合比力学性能及抗裂性能研究

透水混凝土配合比设计及水灰比影响探究

论石粉对机制砂混凝土性能的影响

不能忽视对混凝土骨料质量的控制

提高粉煤灰检测准确性时应注意哪些？

探讨预拌混凝土生产企业试验室管理要点

负温环境下防冻剂和保温材料对混凝土受冻临界强度的影响

地下通道侧墙结构早期裂缝控制技术研究

建筑工程质量检测中的混凝土强度检测技术分析

不同岩性粗骨料对二级配常态混凝土性能影响试验研究

质量负责人和技术负责人的区别两者到底负责什么？

机制砂配制混凝土的几个误区你都了解吗？

等28d抗压强度条件下粉煤灰和矿渣对C50混凝土后期性能的影响

防辐射C35大体积混凝土配合比设计与施工

粉煤灰微珠在C70、C80混凝土中的试验及应用

高性能减水剂和高效减水剂对混凝土性能影响的对比分析

大体积混凝土温度裂缝控制技术研究

砼人，过去的一年你还好吗？

预拌混凝土企业试验室管理

铁路工程混凝土防冻剂研究现状与问题探讨

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉