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混凝土结构广泛应用于工业与民用建筑、道路与桥梁工程、港口与水利工程等各种工程结构中。长期以来人们认为混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料,而事实上,混凝土结构在长期自然环境和使用条件下,会逐渐碳化丧失耐久性能。混凝土碳化造成的负面影响,引起了越来越多的学者和工程技术人员的关注,近年来更是成为了当前土木工程界的研究热点问题和迫切需要解决的问题。
在一般大气环境中,对混凝土碳化因素的研究可以分为两类:外因和内因。所谓外因就是钢筋混凝土构件所处的环境因素,主要指环境温度、环境相对湿度和二氧化碳浓度。内因是混凝土的品质因素,包括混凝土水灰比、水泥用量、混凝土的强度值等。对混凝土结构耐久性的研究一般分为两个部分:一是对待建建筑结构进行耐久性设计;二是对已有建筑物进行科学的耐久性评定和剩余使用寿命预测。对于以上问题国内外学者已经进行了比较深入的研究,而且取得了一系列很有价值的成果,但是以上研究却很少涉及到混凝土的施工过程。本文总结了前人的研究成果,并基于混凝土原材料的选择、搅拌、振捣、养护等整个施工过程,对影响混凝土碳化速度的因素进行了详细的分析。然后在试验的基础上建立了以混凝土抗压强度为主,以养护质量为主要影响因素的预测混凝土碳化深度的实用模型,并基于混凝土的碳化准则对混凝土结构进行了耐久性评估。主要完成了以下工作:
(1)研究了一般大气环境下混凝土碳化的机理、影响因素以及对混凝土结构耐久性的影响。
(2)在深入研究国内外有关文献资料的基础上,总结了现有的比较有影响的混凝土碳化深度预测模型,并分别对其进行了分析评述,指出缺陷,并提出建立实用预测混凝土碳化深度模型的必要性。
(3)分析了钢筋混凝土结构施工的整个流程,并着重分析了混凝土的浇注质量、养护质量以及现场搅拌混凝土的砂石含泥量对混凝土碳化速度的影响。
(4)提出了混凝土施工质量的定量化评定方法。
(5)通过混凝土快速碳化试验,分析了砂石含泥量、施工质量和养护条件对混凝土碳化速度的影响。结果表明混凝土超声速度和强度与混凝土碳化速度之间具有强相关性,养护条件对混凝土碳化速度有显著影响。
(6)利用实验结果建立了以混凝土强度为主,以养护质量为主要影响因素的预测混凝土碳化深度的实用模型。
(7)提出了一般大气环境下结构耐久性概率分析方法,建立了基于碳化寿命准则的耐久性极限状态方程和评定混凝土剩余使用寿命的实用模型。并在此基础上对某框架结构进行了可靠性评定和剩余使用寿命评估。