粉煤灰混凝土碳化理论模型参数研究

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发布时间：2021-09-11

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粉煤灰混凝土碳化理论模型参数研究
牛建刚，张缜，翟海涛
(内蒙古科技大学建筑与土木T程学院，内蒙古包头014010)
摘要：在水泥水化、粉煤灰二次水化机理以及传统的混凝土碳化理论模型的基础上，对混凝土碳化理论模型中的重要参数—— 完全碳
化时单位体积混凝土吸收二氧化碳的量‰ 进行了分析，提出了粉煤灰混凝土碳化深度计算所用模型参数‰ 的计算公式
，该公式对进一
步研究粉煤灰混凝土中钢筋的锈蚀具有重要意义。
关键词：粉煤灰混凝土；碳化模型；模型参数
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(201 1)04—0048—03
Research on model parameter of fly ash concrete carbonation
NIU Jian-gang，ZHANG Zhen，ZHAIHai—tao
(School ofArchitecture andCivilEngineering，InnerMongoliaUniversity ofScience andTechnology，Baotou 014010，China)
Abstract： Based on the hydration ofcement，the second—hydration offly ash concrete and traditional theoretical model ofconcrete carbonation，the
mo i．e．the quantity ofcarbon dioxide absorbed by unit volume ofconcrete is analyzed．The calculation formula ofm0 that can be used to calculate the carbonati0ndepthsofnyashconcreteisestablished，
andthisform ulais significantforfurtherresearchofreinforcementcorrosioninflyashconcrete．
Key words： fly ash concrete；carbonation model；model parameter
0 引言
做为一种工业废弃物，粉煤灰应用到混凝土工程中，不仅节约
了熟料水泥，减少了环境污染，还产生了巨大的经济效益，促进了
社会的可持续发展。一般大气环境下，混凝土碳化引起的钢筋锈蚀
是造成混凝土结构耐久性损伤的主要因素之一。为预测钢筋开始
锈蚀的时间，各国学者提出了很多碳化深度预测模型，这些模型主
要适用于普通混凝土，而对新型的粉煤灰混凝土则不完全适用。本
文在研究水泥水化、粉煤灰二次水化机理以及传统的?昆凝土碳化理
论模型的基础上，对混凝土碳化理论模型中的重要参数m。进行了分
析，提出了粉煤灰混凝土碳化深度计算所用模型参数m。的计算公
式，此结果为进一步研究粉煤灰混凝土中钢筋的锈蚀具有重要意义。
目前公认的碳化理论模型是前苏联学者阿列克谢耶夫等Ⅲ
基于Fick第一扩散定律及二氧化碳在多孔介质中扩散吸收的
特点，给出的数学模型：
= 、／ ‘
式中：【CO：】。— — 混凝土表面处二氧化碳的摩尔浓度，mol／m ；
D —— 二氧化碳在混凝土中的有效扩散系数，m2／s；
— — 碳化深度，m；
m。——完全碳化时单位体积混凝土吸收CO：的量，mol／m ；
t— — 碳化时间，S。
1 模型参数m 的确定
从式(1)可以看出，混凝土的碳化程度很大程度是取决于
混凝土中可碳化物质的含量，即与单位体积混凝土吸收CO 的
量m。的计算有关。
混凝土碳化的主要化学反应式如下 ]：
Ca(OH)2+CO2-*CaCO3+H20 (2)
3CaO·2SiO2·3H2O+3CO2--,3CaCO3·2Si02·3H2O (3)
3CaO‘SiO2十3CO2+／H2O---*SiO2‘yH20+3CACO3 (4)
2CaO·SiO2+2CO2+yH20_SiO2·yH2O+2CaCO3 (5)
从混凝土碳化的化学方程式不难看出，单位体积混凝土吸
收二氧化碳的量m。与单位体积混凝土胶凝材料中产生的
CaCO 的摩尔含量相等，即：
m0=[CaCO3】 (6)
根据式(2)～(5)可以得到：
m0=[Ca(OH)2]+3[CsH]+3[c3s】+2[c2S] (7)
若的C4AF与CgH 反应，6％的CA 与CSH 反应，由混
凝土水化过程可知：
2a[C AF]十6[cA]=【CsH2J (8)
根据混凝土水化过程反应过程可以得到在完全水化的情
况下，各可碳化物质的摩尔浓度如下：
a(0H) =÷ s] ÷[C：s]_2。[C ．'4(1_0)[C 一(1_6)[C，A卜
c3s]+ 一[C S]-4[C4AF]一[C3A]+(2a[C4AF]+b[C~A])=
1 1
三[c3s]q 【c S]-4[C4AF]一[c ]+[csH2] (9)
二
1 1
[cs H]=÷【c，s] ÷[c2s] (10)
收稿日期：2010—11—18
基金项目：国家杰出青年科学基金项目(50725824)；国家青年科学基金项目(50908112)；内蒙古自然科学基金(2010BS0710)