考虑矿物掺合料种类和掺量的影响 ，结合混凝土中 CO 的扩散规律以及可碳化物质的质量守恒定律，以 CO 扩散系数 、
碳化反应速率系数和混凝土中可碳化物质的量为控制参数 ，研究建立了矿物掺合料混凝土碳化分析的非线性多场耦合模型，并利用
试验数据进行 了对比验证。首先基于水泥水化、矿物掺合料二次水化以及混凝土碳化的机理，结合 Fick第二定律和化学反应平衡方
程 ，建立了矿物掺合料混凝土碳化分析的非线性多场耦合模型；然后考虑温度、相对湿度、水胶比以及矿物掺合料种类和掺量等因素
的影响 ，提出了模型中 CO 扩散系数、碳化反应速率系数 、可碳化物质的量等控制参数的计算公式；最后利用加速碳化试验数据对
比验证了该模型的有效性 ，并结合混凝土中 CO：、可碳化物质和 pH值的分布规律 ，揭示了温度、相对湿度 、水胶 比、矿物掺合料种类
和掺量等因素对混凝土碳化深度的影响规律。
关键词： 混凝土；碳化深度 ；矿物掺合料 ；相对湿度 ；温度
中图分类号： TU528．01 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1002—3550(2014)10—0020—06
M ulti—field coupled m odel for concrete carbonation w ith m ineral admixtures
yU BO ，CHENG Di ，YANG Lufeng
(1．GuangxiKeyLaboratoryofDisasterPrevention andEngineering Safety，School ofCivilEngineering andArchitecture
GuangxiUniversity，Nanning 530004，China；2．AgencyofHousing andUrban—RuralDevelopment，
Guangxi Zhuang Autonomous Region，Nanning 530028，China)
Abstract： Considering the influences of the type an d quantity of the mineral admixtures，a nonlinear multi—field coupled model for car—
bonation an alysis of concrete with mineral admixtures was established and verified by combining the mle of diffusion of COs within con—
crete with the law ofconservation ofmass for carbonatable substances．The diffusion coefficient ofCO2，the coem cient of reaction rate be—
tween CO2 and carbonatable substances，and the kind and dosage of the carbonatable substances were adopted as the governing parameters
in the proposed mode1．According to the Fick’S second law of diffusion and the balance chem ical equations，a nonlinear m ulti-field coupled
model for carbonation an alysis of concrete with mineral admixtures was established based on the mechanism of cement hydration，second
hydration of minerals and concrete carbonation first．Then，computation expressions of model parameters，such as the diffusion coeffi cient
ofCO2 within concrete，the coeffi cient ofreaction rate between CO2 and carbonatable substances，an d the amount ofthe carbonatable sub—
stances，were developed by taking into account the influences ofthe temperature，relative humidity，water to binder ratio，and mineral ad—
mixtures on carbonation．The proposed model was verified by comparing with experimental data and the influences ofthe temperature，rel—
ative hum idity．water to binder ratio and mineral admixtures on carbonation depth were quantificationally investigated based on the distri—
bution ofCO2，carbonatable substances and the pH value within the concrete．
Key words： concrete；carbonation depth；mineral admixtures；relative hum idity；temperature
0 引 言
混凝土碳 化是诱发钢筋混凝土结构性能劣化 的重要
原 因之一 。混凝土碳化深度预测模型的建立对于钢筋混凝
土结构的耐久性设计与服役寿命评估具有重要意义 。
目前 ，国内外有关混凝 土碳化的分析模型主要包括经
验模型 、理论模型和数值模型三类 。其 中 ，经验模型[1-2]主要
根 据试验 数据拟合确定试验参数间 的直接关 系来 预测混
凝 土碳化深度 ，形式简单 ，但缺乏严密 的理论依 据 ，仅适用
于特定 的材料组分和试验环境 。理论模型口-4]结合}昆凝土 中
CO：的扩散规律 以及可碳化物质的质量 守恒定律 ，假定混
凝土 中的可碳化物质参与碳化反应被完全 消耗 ，混凝土碳
化速率主要取决于 CO：的扩散速率 。虽然理论模型具有 相
对严密的理论推导过程 ，但只考虑 了 CO 扩散速率对碳化

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