本發(fā)明屬于公路與橋梁施工和檢測(cè)，具體涉及一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、混凝土碳化是指空氣中的二氧化碳?xì)怏w滲透到混凝土中，與其中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鹽和水，從而降低混凝土的堿性。這個(gè)過程也被稱為中性化。在水泥水化過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的氫氧化鈣，使混凝土中的空隙充滿飽和的氫氧化鈣溶液。這種堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用，因?yàn)樗鼤?huì)使鋼筋表面生成難溶的fe2o3和fe3o4，形成鈍化膜。然而，當(dāng)混凝土碳化超過保護(hù)層時(shí)，混凝土就會(huì)失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，導(dǎo)致鋼筋開始生銹。

2、對(duì)于素混凝土來說，碳化并不會(huì)直接導(dǎo)致其性能劣化，反而可以提高其耐久性。但對(duì)于鋼筋混凝土來說，碳化會(huì)降低混凝土的堿度，并增加混凝土孔溶液中的氫離子數(shù)量，從而減弱混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。因此，獲取混凝土的碳化參數(shù)非常重要。

3、現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)圍繞混凝土碳化進(jìn)行了相關(guān)研究。然而，大多數(shù)研究主要集中在某一特定影響因素對(duì)早期碳化的影響上，并沒有綜合考慮多方面影響因素的作用效果。因此，需要進(jìn)一步研究以全面了解混凝土碳化的影響因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：提供一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。

2、技術(shù)方案：一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

3、步驟s1、獲取當(dāng)前橋面鋪裝的混凝土，對(duì)獲取到的混凝土做加速碳化試驗(yàn)，至少獲得co2消耗量a、co2擴(kuò)散系數(shù)d、應(yīng)力影響系數(shù)kσ和氣體滲透系數(shù)的應(yīng)力；

4、步驟s2、基于氣體滲透系數(shù)的應(yīng)力搭建預(yù)測(cè)模型；

5、步驟s3、對(duì)當(dāng)前橋面鋪裝的混凝土施加軸向壓應(yīng)力和軸向拉應(yīng)力，對(duì)軸壓應(yīng)力、軸拉應(yīng)力進(jìn)行分段擬合，通過autoclam測(cè)試系統(tǒng)對(duì)混凝土進(jìn)行測(cè)試得到氣體滲透系數(shù)，利用軸向壓應(yīng)力和軸向拉應(yīng)力與相對(duì)氣體滲透系數(shù)建立函數(shù)關(guān)系，通過函數(shù)關(guān)系獲取數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化模型，通過優(yōu)化模型對(duì)當(dāng)前橋面鋪裝的混凝土碳化深度值進(jìn)行預(yù)測(cè)；

6、步驟s4、獲取步驟s1中的co2消耗量a、co2擴(kuò)散系數(shù)d和應(yīng)力影響系數(shù)kσ，獲取優(yōu)化模型的co2消耗量a、co2擴(kuò)散系數(shù)d和應(yīng)力影響系數(shù)σ，碳化試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)模型獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證優(yōu)化模型的精準(zhǔn)度。

7、優(yōu)選的，步驟s2中的預(yù)測(cè)模型搭建過程如下：

8、s21、以co2擴(kuò)散系數(shù)d搭建基礎(chǔ)模型，其公式如下：

9、

10、式中：d表示混凝土表面的深度，d表示co2擴(kuò)散系數(shù)，m表示混凝土深度d處的co2濃度，t表示混凝土碳化時(shí)間，b表示混凝土碳化反應(yīng)中co2的消耗量含量；

11、獲取混凝土所處環(huán)境的相對(duì)濕度、濕潤(rùn)時(shí)間通過公式(2)搭建預(yù)測(cè)模型，公式如下：

12、

13、式中：σ應(yīng)力影響系數(shù)，y氣體滲透系數(shù)，h相對(duì)濕度，t碳化時(shí)間，tow濕潤(rùn)時(shí)間，a表示水泥用量，xext表示表層二氧化碳濃度，表示單位質(zhì)量水泥中co2的含量，ncao表示單位質(zhì)量水泥中cao的含量，表示混凝土中熟料的用量。

14、優(yōu)選的，步驟s1中co2消耗量a的獲取過程如下：

15、步驟s11、獲取硅酸鹽水泥凈漿試件中未碳化區(qū)域的caco3含量，其計(jì)算公式如下：

16、ca(oh)2+co2→caco3+h2o(3)；

17、步驟s12、以20％co2碳化為條件，通過公式(3)計(jì)算硅酸鹽水泥凈漿試件中產(chǎn)生的caco3含量計(jì)算出ch被消耗的量，通過試驗(yàn)獲得的caco3含量大于計(jì)算中產(chǎn)生的caco3含量，則試驗(yàn)中多出的caco3含量為csh、未水化的c2s和c3s碳化生成，通過公式(4)、(5)即可算出csh、未水化的c2s和c3s被消耗量；

18、2cao·sio2+2co2+nh2o→sio2·nh2o+2caco3(4)；

19、3cao·sio2+3co2+nh2o→sio2·nh2o+3caco3(5)；

20、步驟s13、通過公式(3)、(4)、(5)計(jì)算出csh、未水化的c2s和c3s被消耗量后，通過公式(6)即可得到co2消耗量a，公式如下：

21、a＝0.565(ch)+0.37(csh)+0.512(c2s)+0.579(c3s)?(6)；

22、通過將計(jì)算得到的co2消耗量a與預(yù)測(cè)模型獲取co2消耗量a進(jìn)行對(duì)比，對(duì)優(yōu)化模型的co2消耗量a進(jìn)行驗(yàn)證修正。

23、優(yōu)選的，步驟s1中co2擴(kuò)散系數(shù)d通過混凝土氣體滲透系數(shù)計(jì)算得到，其計(jì)算公式如下

24、

25、通過將計(jì)算得到的co2擴(kuò)散系數(shù)d與預(yù)測(cè)模型獲取co2擴(kuò)散系數(shù)d進(jìn)行對(duì)比，對(duì)優(yōu)化模型的co2擴(kuò)散系數(shù)d進(jìn)行驗(yàn)證修正。

26、優(yōu)選的，步驟s1中應(yīng)力影響系數(shù)kσ以應(yīng)力對(duì)于相對(duì)氣體滲透系數(shù)作為影響參數(shù)，以混凝土相對(duì)氣體滲透系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)軸拉與軸壓兩種應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土氣體滲透系數(shù)的變化趨勢(shì)，通過公式(8)計(jì)算出相對(duì)氣體滲透系數(shù)：

27、

28、式中：kbi表示相對(duì)氣體滲透系數(shù)，ks表示應(yīng)力作用下混凝土氣體滲透系數(shù)，ko表示無應(yīng)力作用下混凝土氣體滲透系數(shù)，i表示應(yīng)力比，其中應(yīng)力比包括軸拉應(yīng)力比和軸壓應(yīng)力比，通過將計(jì)算得到的相對(duì)氣體滲透系數(shù)來獲取應(yīng)力影響系數(shù)kσ與預(yù)測(cè)模型獲取應(yīng)力影響系數(shù)σ進(jìn)行對(duì)比，對(duì)優(yōu)化模型的應(yīng)力影響系數(shù)σ進(jìn)行驗(yàn)證修正。

29、優(yōu)選的，步驟s3中軸向壓應(yīng)力和軸向拉應(yīng)力與相對(duì)氣體滲透系數(shù)建立函數(shù)關(guān)系為：

30、

31、式中：c表示混凝土所受應(yīng)力比，其中壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)。

32、優(yōu)選的，基于公式(2)、(6)、(7)、(9)得到基于相對(duì)氣體滲透系數(shù)的應(yīng)力狀態(tài)下的優(yōu)化模型，其公式如下：

33、

34、有益效果：本發(fā)明涉及一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，通過加速碳化試驗(yàn)獲取混凝土的co2消耗量a、co2擴(kuò)散系數(shù)d、應(yīng)力影響系數(shù)kσ和氣體滲透系數(shù)，并基于這些參數(shù)搭建預(yù)測(cè)模型。隨后，通過施加軸向壓應(yīng)力和軸向拉應(yīng)力，對(duì)混凝土進(jìn)行測(cè)試以優(yōu)化預(yù)測(cè)模型，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土碳化深度值的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。此外，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了優(yōu)化模型的精準(zhǔn)度。

35、通過co2消耗量a、co2擴(kuò)散系數(shù)d、應(yīng)力影響系數(shù)kσ和氣體滲透系數(shù)，對(duì)混凝土進(jìn)行測(cè)試以優(yōu)化預(yù)測(cè)模型，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土碳化深度值的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，不僅有助于提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，也對(duì)工程維護(hù)和壽命預(yù)測(cè)提供了重要參考。

技術(shù)特征：

1.一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s2中的預(yù)測(cè)模型搭建過程如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s1中co2消耗量a的獲取過程如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s1中co2擴(kuò)散系數(shù)d通過混凝土氣體滲透系數(shù)計(jì)算得到，其計(jì)算公式如下

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s1中應(yīng)力影響系數(shù)kσ以應(yīng)力對(duì)于相對(duì)氣體滲透系數(shù)作為影響參數(shù)，以混凝土相對(duì)氣體滲透系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)軸拉與軸壓兩種應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土氣體滲透系數(shù)的變化趨勢(shì)，通過公式(8)計(jì)算出相對(duì)氣體滲透系數(shù)：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟s3中軸向壓應(yīng)力和軸向拉應(yīng)力與相對(duì)氣體滲透系數(shù)建立函數(shù)關(guān)系為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，其特征在于，基于公式(2)、(6)、(7)、(9)得到基于相對(duì)氣體滲透系數(shù)的應(yīng)力狀態(tài)下的優(yōu)化模型，其公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種玄武巖纖維網(wǎng)格橋面鋪裝混凝土碳化預(yù)測(cè)方法，屬于公路橋梁施工和檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟：獲取當(dāng)前橋面鋪裝的混凝土，對(duì)獲取到的混凝土做加速碳化試驗(yàn)，至少獲得CO<subgt;2</subgt;消耗量A、CO<subgt;2</subgt;擴(kuò)散系數(shù)D、應(yīng)力影響系數(shù)kσ和氣體滲透系數(shù)的應(yīng)力；基于氣體滲透系數(shù)的應(yīng)力搭建預(yù)測(cè)模型；對(duì)當(dāng)前橋面鋪裝的混凝土施加軸向壓應(yīng)力和軸向拉應(yīng)力，對(duì)軸壓應(yīng)力、軸拉應(yīng)力進(jìn)行分段擬合，通過Autoclam測(cè)試系統(tǒng)對(duì)混凝土進(jìn)行測(cè)試得到氣體滲透系數(shù)，利用軸向壓應(yīng)力和軸向拉應(yīng)力與相對(duì)氣體滲透系數(shù)建立函數(shù)關(guān)系，通過函數(shù)關(guān)系獲取數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化模型。本發(fā)明不僅有助于提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，也對(duì)工程維護(hù)和壽命預(yù)測(cè)提供了重要參考。

技術(shù)研發(fā)人員：顧金才,郭文豪,王芮文,陳洵安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州交通建設(shè)管理有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23