碳化环境下再生粗骨料混凝土结构的耐久性分析与定量设计研究

摘要

再生粗骨料混凝土的碳化是一个复杂的物理扩散和化学反应过程，不仅与混凝土的材料参数（如水灰比、矿物掺合料、再生粗骨料取代率等）有关，而且与环境条件（如温度、湿度、二氧化碳浓度等）密切相关，从而导致再生粗骨料混凝土碳化的影响因素较多，且难以准确分析。鉴于此，本文主要围绕碳化环境下再生粗骨料混凝土结构的环境作用量化指标、耐久性分析模型与定量设计方法等方面开展研究，主要研究工作包括:
　　(1)基于再生粗骨料的微观结构、砂浆附着率和吸水率等性能参数，综合考虑新拌再生粗骨料混凝土的含气量、单位体积混凝土的用水量、水泥水化、矿物掺合料二次水化、再生粗骨料附加用水量等因素的影响，建立了再生粗骨料混凝土的孔隙率模型，并分析了再生粗骨料取代率和水胶比等因素对再生粗骨料混凝土孔隙率的影响规律，最后通过与试验数据的对比分析，验证了该模型的有效性和适用性，从而为再生粗骨料混凝土的碳化分析奠定了基础。
　　(2)根据再生粗骨料混凝土的碳化机理，结合CO2在再生粗骨料混凝土中的扩散定律和可碳化物质的质量守恒定律，以CO2在再生粗骨料混凝土中的有效扩散系数、碳化反应速率系数和可碳化物质的量为主要参数，并考虑再生粗骨料表面附着砂浆的影响，建立了再生粗骨料混凝土碳化分析的多场耦合数值模型，并对比分析了普通混凝土和全再生粗骨料混凝土中各物质的浓度分布规律，以及再生粗骨料取代率对混凝土内各物质浓度分布的影响规律。
　　(3)基于混凝土碳化分析的理论模型，利用多场耦合数值模型综合考虑CO2的扩散速率和碳化反应速率的影响，并定量分析再生粗骨料取代率、环境温度、相对湿度、CO2浓度等因素对再生粗骨料混凝土碳化深度的影响规律，进而通过引入温度、相对湿度和CO2浓度等环境因素的修正系数，建立了再生粗骨料混凝土碳化分析的实用预测模型，并通过与试验数据和经验模型的对比分析，验证了该模型的有效性和适用性。
　　(4)利用再生粗骨料混凝土碳化分析的多场耦合数值模型，定量分析了再生粗骨料取代率、环境温度、相对湿度和CO2浓度等因素对再生粗骨料混凝土碳化深度的影响规律，建立了再生粗骨料混凝土结构的碳化环境作用量化指标，并结合再生粗骨料混凝土碳化分析的实用预测模型，以碳化速率系数作为耐久性控制参数，提出了碳化环境下再生粗骨料混凝土结构的耐久性定量设计方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 再生粗骨料混凝土的碳化影响因素

1．2．2 再生粗骨料混凝土的孔隙率影响因素

1．3 再生粗骨料混凝土的碳化分析

1．3．1 经验模型

1．3．2 半经验模型

1．3．3 数值模型

1．4 再生粗骨料混凝土的耐久性分析与设计

1．5 主要研究内容及创新点

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 主要创新点

第二章 再生粗骨料混凝土的孔隙率模型

2．1 再生粗骨料的基本性能

2．1．1 微观结构

2．1．2 再生粗骨料的表面砂浆附着率

2．1．3 再生粗骨料的吸水率

2．2 再生粗骨料混凝土的孔隙率模型

2．2．1 新拌再生粗骨料混凝土的含气量

2．2．2 单位体积混凝土用水量引起的孔隙率

2．2．3 水泥水化引起的孔隙率减小值

2．2．4 矿物掺合料二次水化引起的孔隙率减小值

2．2．5 再生粗骨料附加用水量引起的孔隙率增加值

2．2．6 再生粗骨料混凝土的孔隙率模型

2．3 孔隙率模型的对比分析和验证

2．3．1 对比验证1

2．3．2 对比验证2

2．4 小结

第三章 再生粗骨料混凝土碳化分析的多场耦合数值模型

3．1 再生粗骨料混凝土碳化分析的多场耦合数值模型

3．1．1 再生粗骨料混凝土的碳化机理

3．1．2 再生粗骨料混凝土碳化的控制方程

3．2 多场耦合数值模型的参数

3．2．1 可碳化物质的量

3．2．2 CO2的有效扩散系数

3．2．3 可碳化物质的反应速率

3．3 碳化分析的多场耦合数值模型的求解方法

3．4 多场耦合数值模型的对比分析和验证

3．5 再生粗骨料混凝土碳化的影响规律分析

3．5．1 混凝土内部各物质的浓度分布规律对比

3．5．2 再生粗骨料取代率对混凝土内各物质浓度分布规律的影响

3．6 小结

第四章 再生粗骨料混凝土碳化分析的实用预测模型

4．1 再生粗骨料混凝土碳化分析的理论模型

4．1．1 碳化分析的基本假定

4．1．2 碳化分析的理论模型

4．2 碳化分析理论模型的参数

4．2．1 再生粗骨料混凝土表面CO2的摩尔浓度

4．2．2 单位体积再生粗骨料混凝土全完碳化吸收CO2的量

4．3 再生粗骨料混凝土碳化分析的实用预测模型

4．4 实用预测模型的对比验证

4．5 小结

第五章 再生粗骨料混凝土的环境作用量化与耐久性定量设计

5．1 碳化环境作用的等级划分与量化指标

5．2 再生粗骨料混凝土结构的服役寿命预测

5．3 再生粗骨料混凝土结构的耐久性定量设计方法

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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