混凝土碳化是导致钢筋混凝土结构 中钢筋锈蚀的重要因素，直接影响钢筋混凝土结构 的服役性能。混凝土裂缝 的存在 缩短了 CO 和水分向混凝土 内部传输的路径 ，加速 了开裂区域钢筋脱钝锈蚀。在 已有研究基础上 ，根据 Fick定律和质量守恒定 律 ，确定了随时间变化 的多因素作用下混凝土碳化模式 ，建立了开裂混凝土碳化的数值模型。基于离散裂缝模型和 ANSYS有限 元软件 ，分析 了裂缝宽度对碳化程度的影响及模型的适应性。计算结果表明：在一定宽度范围内，裂缝附近沿开裂方向和沿垂直 于裂缝面方向 CO 质量分数均随裂缝宽度增加而增大 ，其中短期碳化 比长期碳化随裂缝宽度的变化更敏感。 关键词 ： 混凝土；碳化 ；开裂；数值模型 中图分类号： TU528．01 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1002—3550(2013)01—0013—05 Numericalcalculationofcrackonconcretecarbonation HUANG Tao ，FU Xing-you2,J1]~Nan-gno (1．CollegeofCivilEngineeringandArchitecture，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China； 2．NingboXiangshanHongxinconcreteCo．，Ltd．，Ningbo315706，China) Abstract： CarbonationincrackedconcreteiSconsideredasoneofmajordeteriorationsacceleratingstee1corrosioninreinforeedcon- cretestructures．ThesecracksbecomeamainpathforCO2andwaterpenetrationinsideconcreteSOthatthesteelcorrosionisacceleratedin crackedconcrete．Inthisstudy，ananalyticaltechniqueforcarbonationpredictionincrackedconcretewasdevelopedontheexistingbasisin ordertogetthetime—dependentbehaviorsofcarbondioxidediffusionconsideringtheimpactofcrack，thetwo—dimensionalequationsof carbondioxidedistributionfieldwereestablishedbasedonFick’Ssecondlaw andmassconservationprinciple．Thenumericalcalculation wasproposedbythediscretecrackmodelan dANSYS，whichcarriedoutcarbondioxidedifusionan ditwasappropriatetocalculateand predictthecarbondioxidediffusiondepthincrackedconcrete．W ithinacertainwidth，nearthecrackalongthecrackdirectionan dthedi— rectionperpendiculartothefracturesurfacemassfractionofC02wereincreasingwith thecrackwidth increased．whichtheshort—term’sre— suitwasmoresensitivethanlong—term’Stothechange． Keywords： concrete；carbonation；crack；num ericalmodel 0 引 言 混凝土碳化是指水 泥水化产物 Ca(OH)与空气 中的 CO：在一定湿度条件 F发生化学反应 ，产生 CaCO 和水 的 过程 。碳化使混凝土 的碱度下 降 ，故也称混凝土 中性化。碳 化会使混 凝土的收缩增大 ，甚至导致混凝土开裂 ，降低 混 凝土的抗 渗性能 ，降低耐久性 。同时使混凝 土的碱度降低 ， 失去混凝 土强碱环境对钢筋 的保护作用 ，引起钢筋锈蚀 的 发生 ，严重影响钢筋混凝土结构 的力学性能和耐久性能。影 响碳化的因素众多 ，其中混凝土 自身的因素有水泥品种 、水 灰 比、水 泥用量 、孔结构分布 和尺寸等 汐 部 因素则有应力 水平 、环境温湿度 、CO 浓度等。 其 中应力等因素会引发混凝土裂纹 ，而微裂纹又为 CO 在混凝土 中快速扩展 提供 了便利的通道 ，使混凝 土的碳化 进程得 以加剧 。Castel等[1_用预制好 的钢筋混凝 土构件进 行 了长达 13年的混凝土碳化试验 ，结果发现 ，承受正常载 荷 的混凝 土梁 ，其碳化深度要 大于不承受 载荷混凝土梁 。 金祖权等圈通过养护 28、90d混凝土的快速碳化试验 ，在弯 拉载荷作用下研究混凝土 的抗碳化能力 ，结果显示施加载 荷后混凝土的抗碳化能力显著下降。 研究开裂对混凝土碳化规律 的模型较少 ，本研究用裂缝 来表征混凝土的损伤 ，并依据 Saetta等人圈提供的数学模型 来计算 CO 的消耗项，基于离散裂缝模型和 ANSYS有限元 软件 ，分析 了裂缝特别是裂缝宽度对碳化程度的影响及模型 的适应性 ，得到在役混凝土开裂对混凝土碳化的影响规律 。 1 开裂混凝土中的 CO 扩散理论模型 1．1 CO，分布场控制方程 许多研究表 明[4-5]，CO 侵入混凝土 内部 时主要 由其浓

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