04-02在线视频

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钢筋混凝土耐久性导论课程

这一节简要讲一下

混凝土的碳化公式

和碳化深度的检测方法

路老师对于一个确定的构件

有没有描述混凝土碳化深度

与时间的关系的公式呢

有

但是没有一个固定的公式

我们通常把混凝土碳化深度

与时间的关系

叫做混凝土的碳化公式

最常见的混凝土碳化公式如下

混凝土的碳化深度

与它的碳化时间平方根

呈线性关系

两者之间的比例系数

叫做混凝土的碳化系数

对于一个给定构件中的混凝土

你总能按此关系

得出一个混凝土的碳化系数

它实际上反映了

材料和环境相互作用的综合效果

请大家注意

这个碳化系数

对于同一构件中的不同部位

或者是对同一构件中的不同部件

它们的大小都不会是相同的

这样对我们先前讲过的

材料环境施工养护等等一些因素

相关联起来了

为此不同的研究者

从不同的角度构建

或者包含了混凝土材料因素

比如像水灰比 水泥用量等等

或者是包含了环境温湿度

或养护影响因素等

带一种或者是几种

修正参数的混凝土碳化公式

有的形式非常地复杂

其实实用性不是很大

我们到时候会列出一部分

给大家参考

路老师您刚刚讲的

这个典型的碳化公式

它是由实验来的

那能不能从理论上推导而来呢

刚才讲的典型混凝土碳化公式

是由大量实验统计而来的

但是在一定假设条件下

也可以由理论推导出来

下面我们就来简单地推导一下

首先假定混凝土是均匀的

也就是说暂不考虑

混凝土的孔隙和裂缝

也不考虑混凝土的各向异性

混凝土表面的二氧化碳浓度

我们假设它恒定为C0

完全碳化区中的二氧化碳浓度

我们假定为CC

未碳化区中的二氧化碳浓度

我们假定为0

另外我们再假设

在碳化和未碳化界面处

存在一个很窄的碳化前锋区

厚度为dx

然后我们再假定二氧化碳

在这一区域中的迁移遵从Fick第一定律

那么就有如下的公式

扩散通量J等于

二氧化碳在已碳化混凝土中的

有效扩散系数的De

乘以二氧化碳的浓度梯度差值

如果我们再假设

单位体积混凝土中

可碳化反应物的质量为m0

碳化前锋区完全碳化

所需要的时间为dt

那么就有如下的关系式

即 J乘以dt等于m0乘以dx

如果将前式带入以后

通过整理就可以得出下式

即x乘以dx等于De乘以括号里CO减CC

再乘以dt然后除以M0

这样呢 我们对两边分别进行积分

就可以得到如下的

混凝土碳化公式

从这个公式我们就可以看出

混凝土的碳化深度

与碳化时间平方根

是呈正比线性关系的

这就是前面讲的

典型的混凝土碳化公式相对照的

从上面那个公式

我们也不难看出

混凝土的碳化系数

与混凝土表面的二氧化碳浓度

已碳化混凝土中的二氧化碳浓度

以及单位体积混凝土中的

可碳化反应物质的含量有关

需要注意的是

在推导过程中我们忽略了

混凝土发生完全碳化

所需的反应时间

认为二氧化碳扩散到多深

它就碳化到多深

也没有考虑碳化

对混凝土孔隙结构的改变

以及这种改变对碳化过程的影响

认为De是常数

其实在实际环境下

上述公式中的各个参数

在时间和空间上都可能是不同的

而且可能随时间是变化的

因此若要考虑碳化反应

和实际微观结构的相互影响

混凝土的碳化模型

将变得非常复杂不容易导出

因此在实际过程中

大家常常会用

前面所讲的经验公式

实际上我们前面讲的

经验公式中的混凝土碳化系数

就已经包含了各种因素的影响

是一个综合作用结果的反映

需要大家注意的是

它随时间也可能是变化的

不一定是定值

路老师那么混凝土的碳化深度

应该如何检测呢 有哪些方法呢

现在在现场检测中

人们还是常用酚酞显色法

来检测混凝土的碳化深度

不过这种方法本质上

只是对混凝土孔溶液pH值

差别的反映

并不能严格区分是否发生了碳化

这一点需要加以注意

比如我们前面提到

混凝土再碱化技术

通过电化学再碱化

可以使已碳化的混凝土中的

孔溶液pH值升高

但这一区域中的混凝土

本质上是已经发生了碳化的

不可能再发生逆转

因此如果需要精确地判定

还应该进行抽芯

经过精心制样

结合一些仪器分析等手段

比如通过测试不同深度

或者不同区域中的

氢氧化钙的浓度分布

或者是碳酸钙的含量来加以确定

不过需要说的是

由于现代水泥和混凝土中

常掺加一些磨细的石灰石粉

对于碳酸钙生成量的判定

通常不易准确获得

好 这节课就讲到这里

简要介绍了混凝土的碳化公式

和碳化深度的检测方法

下次课程再见