CN113089824A - 一种普通环境下装配式混凝土及其结合界面设计方法 - Google Patents

一种普通环境下装配式混凝土及其结合界面设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种普通环境作用下装配式混凝土及其结合界面设计方法，涉及装配式建筑技术领域。所述方法包括：根据第一基体的第一碳化深度和第二基体的第二碳化深度，以及从所述养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数；获取结合界面层的最大粗骨料直径；根据碳化系数和保护层厚度，得到碳化达到腐蚀临界状态时界面层处实际碳化深度；根据实际碳化深度、碳化系数和最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；根据所述倾斜角度和所述凹陷深度构建锯齿状结合界面。本发明通过量化确定混凝土结合界面的碳化系数和混凝土结合界面的粗糙度参数，能够显著延长装配式混凝土结构的耐久性使用年限。

Description

一种普通环境下装配式混凝土及其结合界面设计方法
技术领域
本发明涉及装配式建筑技术领域，尤其涉及一种普通环境下装配式混凝土及其结合界面设计方法。
背景技术
混凝土结合界面广泛存在于混凝土结构中，如混凝土浇筑过程中的施工缝、沉降缝和伸缩缝等结构缝，预制构件湿法安装过程中的拼接缝，以及结构修复加固中新旧混凝土的接缝等。混凝土结合界面由不同混凝土基体、界面层以及界面钢筋共同构成。界面层附近不同混凝土基体的材料性能和水化程度不同，界面层存在变形协调问题，在荷载和收缩作用下，容易形成薄弱环节；另一方面，这些薄弱界面层为有害物质提供了便捷的传输途径，加速了界面钢筋的腐蚀，腐蚀产物的体积膨胀将加剧结合界面损伤，导致结构在结合界面附近耐久性降低甚至失效。由混凝土结合界面耐久性不足引起的失效案例屡见不鲜，严重地影响了结构的适用性能，并威胁结构的安全服役。
在一般大气环境下，装配式混凝土结合界面容易受到二氧化碳的侵蚀作用，降低混凝土内部碱性环境，从而导致钢筋脱钝并发生腐蚀，严重影响混凝土结构的耐久性能，甚至危害结构的安全服役。因此，一般大气环境作用下混凝土结合界面的耐久性能和安全服役是关系混凝土结构能否长效工作的重要基础，对延长结构使用寿命，实现土木工程可持续发展具有重要的科学意义和社会价值。
发明内容
本发明目的在于，提供一种普通环境下装配式混凝土及其结合界面设计方法，通过量化确定混凝土结合界面的碳化系数和混凝土结合界面的粗糙度参数，以提升装配式混凝土结构结合界面的耐久性能。
为实现上述目的，本发明提供一种普通环境作用下装配式混凝土，包括第一基体和第二基体；
所述第一基体和所述第二基体之间的结合界面呈锯齿状；
所述结合界面的锯齿的高度和角度，与所述第一基体和所述第二基体两侧混凝土及其结合界面层的碳化系数相关联。
优选地，所述结合界面的锯齿的高度和角度，与所述第一基体和所述第二基体两侧混凝土的碳化系数，及所述第一基体和所述第二基体之间的结合界面层的碳化系数相关联。
本发明还提供一种普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，包括：
获取第一基体的第一碳化深度和第二基体的第二碳化深度；其中，所述第一基体和所述第二基体的保护层厚度相同，养护完成时间相同；
根据所述第一碳化深度和所述第二碳化深度，以及从所述养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数；
获取结合界面层的最大粗骨料直径；
根据所述碳化系数和所述保护层厚度，得到所述第一基体和所述第二基体中的钢筋达到腐蚀临界状态时，结合界面层的实际碳化深度；
根据所述实际碳化深度、所述碳化系数和所述最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；
根据所述倾斜角度和所述凹陷深度构建锯齿状结合界面。
优选地，所述第一碳化深度和所述第二碳化深度是通过对混凝土试件进行碳化系数快速测定试验获得的。
优选地，所述根据所述第一碳化深度和所述第二碳化深度，以及从所述养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数，包括：
碳化系数K的计算公式为：
Figure BDA0003013556570000031
其中，K为碳化系数，xc为第一碳化深度或第二碳化深度，t0为养护完成时间至检测时的时间。
优选地，所述碳化系数的计算采用第一碳化深度和所述第二碳化深度中的较大值代入公式。
优选地，所述根据所述碳化系数和所述保护层厚度，得到所述第一基体和所述第二基体中的钢筋达到腐蚀临界状态时，结合界面层的实际碳化深度，包括：
结合界面层的实际碳化深度cj的计算公式为：
Figure BDA0003013556570000032
其中，cj为结合界面层的实际碳化深度，Kcon为混凝土等效碳化系数，Kface为界面层等效碳化系数。
优选地，所述根据所述实际碳化深度、所述碳化系数和所述最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度，包括：
倾斜角度α的计算公式为：
Figure BDA0003013556570000033
其中，Kcon为混凝土等效碳化系数，Kface为界面层等效碳化系数。
优选地，所述根据所述实际碳化深度、所述碳化系数和所述最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度，包括：
凹陷深度h的计算公式为：
Figure BDA0003013556570000034
其中，s为结合界面层的最大粗骨料直径，Kcon为混凝土等效碳化系数，Kface为界面层等效碳化系数。
本发明还提供一种普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计装置，包括：
碳化深度获取模块，用于获取第一基体的第一碳化深度和第二基体的第二碳化深度；其中，所述第一基体和所述第二基体的保护层厚度相同，养护完成时间相同；
碳化系数获取模块，用于根据所述第一碳化深度和所述第二碳化深度，以及从所述养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数；
粗骨料直径获取模块，用于获取结合界面层的最大粗骨料直径；
实际碳化深度获取模块，用于根据所述碳化系数和所述保护层厚度，得到所述第一基体和所述第二基体中的钢筋达到腐蚀临界状态时，结合界面层的实际碳化深度；
结合界面参数获取模块，用于根据所述实际碳化深度、所述碳化系数和所述最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；
界面构建模块，用于根据所述倾斜角度和所述凹陷深度构建锯齿状结合界面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种普通环境作用下装配式混凝土及其结合界面设计方法，所述方法通过量化确定混凝土结合界面的碳化系数和混凝土结合界面的粗糙度参数，以提升装配式混凝土结构结合界面的耐久性能。定量指导结合界面的处理参数，能够更有效地提高、指导、控制施工质量，显著延长装配式混凝土结构的耐久性使用年限。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土的结构示意图；
图2是本发明某一实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法的流程示意图；
图3是本发明另一实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土的结构示意图；
图4是本发明某一实施例提供的酒精酚酞测试结果示意图；
图5是本发明某一实施例提供的锯齿状结合界面层示意图；
图6是本发明某一实施例提供的锯齿状结合界面示意图；
图7是本发明某一实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计装置的结构示意图；
图8是本发明某一实施例提供的计算机终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，图1为本发明某一实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土，包括第一基体1和第二基体2，第一基体1和第二基体2之间的结合界面呈锯齿状。结合界面的锯齿的高度h和角度α，与第一基体1和第二基体2两侧混凝土的碳化系数，及第一基体1和第二基体2之间的结合界面层的碳化系数相关联。其中，结合界面的锯齿的高度和角度，还与结合界面层的最大粗骨料直径s相关联。
请参阅图2，图2为本发明某一实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法的流程示意图。本实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，包括以下步骤：
S110，获取第一基体1的第一碳化深度和第二基体2的第二碳化深度；其中，第一基体1和第二基体2的保护层厚度相同，养护完成时间相同；
S120，根据第一碳化深度和第二碳化深度，以及从养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数；
S130，获取结合界面层的最大粗骨料直径；
S140，根据碳化系数和保护层厚度，得到第一基体1和第二基体2中的钢筋达到腐蚀临界状态时，结合界面层的实际碳化深度；
S150，根据实际碳化深度、碳化系数和最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；
S160，根据倾斜角度和凹陷深度构建锯齿状结合界面。
在本实施例中，第一碳化深度和第二碳化深度是通过对混凝土试件进行碳化系数快速测定试验获得的。
其中，碳化系数快速测定试验包括：对混凝土试件通过1％的酚酞酒精溶液配合深度测量工具的方法实测得碳化深度，算得碳化系数，推演获得结合界面耐久性等同现浇设计参数。
首先，测量普通混凝土试件和结合界面试件的碳化深度，如下：
(A1)分别制作100mm×100mm×100mm的第一基体1普通混凝土试件、第二基体2普通混凝土试件和的结合界面(第一基体1、第二基体2)混凝土试件，如图3所示。
(A2)按标准条件进行养护，养护至28天，从养护室取出试件，置于60℃的烘箱中烘干48h；
(A3)将试件留下一对侧面，其余面用石蜡密封。在留下的侧面上以间距为10mm画长度方向的平行线，作为碳化深度测试点。把处理好的试件放入碳化箱箱体内，间距不小于50mm；(碳化箱二氧化碳浓度保持在20±3％，相对湿度70±5％，温度20±2℃)
(A4)二氧化碳浓度、温度和相对湿度在试验前2天测定间隔为2h,以后间隔为4h。碳化到3天、7天、28天或确定的其他龄期时，取出试件破型并测试碳化深度，测试部分每次厚度不小于试件宽度的一半，完成后将试件端面用石蜡密封。
(A5)将剖下部分清除粉沫，滴上浓度为1％的酒精酚酞溶液(溶液含水20％)。30s后，按画线的每10mm测试碳化深度,精确至0.5mm。若碳化分界线上正好有粗骨料颗粒，则可取颗粒两侧处的平均值为该点的碳化深度xc。在某一实施例中，酒精酚酞测试结果如图4所示。
(A6)根据公式(1)计算碳化系数K，取第一基体1普通混凝土与第二基体2普通混凝土中碳化系数较大值为Kcon，取结合界面左右两侧碳化系数较大值为Kface。
Figure BDA0003013556570000071
其中，K为碳化系数；xc为碳化深度；t0为养护完成至检测时的时间。
进一步的，混凝土结合界面耐久性等同现浇参数推导过程如下：
假设粗糙界面为锯齿状，s为最大粗骨料直径。
假定传输时间t后，两侧混凝土侵蚀深度x为保护层厚度c，即时间t表示混凝土的最大寿命：
Figure BDA0003013556570000081
在侵蚀时间t后，界面层处实际碳化深度应为：
Figure BDA0003013556570000082
其中，cj为界面层处实际碳化深度(mm)；Kcon为混凝土等效碳化系数；Kface为界面层等效碳化系数。
将界面层传输距离进行α角度旋转，如图5所示，使得界面层最终碳化深度为保护层厚度，推导得到结合界面的倾斜角度α的计算公式：
Figure BDA0003013556570000083
由于已知最大粗骨料直径s，得到结合界面的凹陷深度h的计算公式：
Figure BDA0003013556570000084
上述Kcon为混凝土等效碳化系数，Kface为界面层等效碳化系数。
最终，本实施例根据倾斜角度α和凹陷深度h构建的锯齿状结合界面如图6所示。
请参阅图7，图7为本发明某一实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计装置的结构示意图。本实施例提供的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计装置包括：
碳化深度获取模块210，用于获取第一基体1的第一碳化深度和第二基体2的第二碳化深度；其中，第一基体1和第二基体2的保护层厚度相同，养护完成时间相同；
碳化系数获取模块220，用于根据第一碳化深度和第二碳化深度，以及从养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数；
粗骨料直径获取模块230，用于获取结合界面层的最大粗骨料直径；
实际碳化深度获取模块240，用于根据碳化系数和保护层厚度，得到第一基体1和第二基体2中的钢筋达到腐蚀临界状态时，结合界面层的实际碳化深度；
结合界面参数获取模块250，用于根据实际碳化深度、碳化系数和最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；
界面构建模块260，用于根据倾斜角度和凹陷深度构建锯齿状结合界面。
关于普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计装置的具体限定可以参见上文中对于的限定，在此不再赘述。上述普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
请参阅图8，本发明实施例提供一种计算机终端设备，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任意一个实施例中的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法。
处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在一示例性实施例中，计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成上述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种普通环境作用下装配式混凝土，其特征在于，包括第一基体和第二基体；
所述第一基体和所述第二基体之间的结合界面呈锯齿状；
所述结合界面的锯齿的高度和角度，与所述第一基体和所述第二基体两侧混凝土的碳化系数，及所述第一基体和所述第二基体之间的结合界面层的碳化系数相关联。
2.根据权利要求1所述的普通环境作用下装配式混凝土，其特征在于，所述结合界面的锯齿的高度和角度，还与结合界面层的最大粗骨料直径相关联。
3.一种普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，包括：
获取第一基体的第一碳化深度和第二基体的第二碳化深度；其中，所述第一基体和所述第二基体的保护层厚度相同，养护完成时间相同；
根据所述第一碳化深度和所述第二碳化深度，以及从所述养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数；
获取结合界面层的最大粗骨料直径；
根据所述碳化系数和所述保护层厚度，得到当所述第一基体和所述第二基体中的钢筋达到腐蚀临界状态时，结合界面层的实际碳化深度；
根据所述实际碳化深度、所述碳化系数和所述最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；
根据所述倾斜角度和所述凹陷深度构建锯齿状结合界面。
4.根据权利要求3所述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，所述第一碳化深度和所述第二碳化深度是通过对混凝土试件进行碳化系数快速测定试验获得的。
5.根据权利要求3所述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，所述根据所述第一碳化深度和所述第二碳化深度，以及从所述养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数，包括：
碳化系数K的计算公式为：
Figure FDA0003013556560000021
其中，K为碳化系数，xc为第一碳化深度或第二碳化深度，t0为养护完成时间至检测时的时间。
6.根据权利要求5所述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，所述碳化系数的计算采用第一碳化深度和所述第二碳化深度中的较大值代入公式。
7.根据权利要求3所述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，所述根据所述碳化系数和所述保护层厚度，得到所述第一基体和所述第二基体中的钢筋达到腐蚀临界状态时，结合界面层的实际碳化深度，包括：
结合界面层的实际碳化深度cj的计算公式为：
Figure FDA0003013556560000022
其中，cj为结合界面层的实际碳化深度，Kcon为混凝土等效碳化系数，Kface为界面层等效碳化系数。
8.根据权利要求3所述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，所述根据所述实际碳化深度、所述碳化系数和所述最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度，包括：
倾斜角度α的计算公式为：
Figure FDA0003013556560000031
其中，Kcon为混凝土等效碳化系数，Kface为界面层等效碳化系数。
9.根据权利要求3所述的普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，所述根据所述实际碳化深度、所述碳化系数和所述最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度，包括：
凹陷深度h的计算公式为：
Figure FDA0003013556560000032
其中，s为结合界面层的最大粗骨料直径，Kcon为混凝土等效碳化系数，Kface为界面层等效碳化系数。
10.一种普通环境作用下装配式混凝土的结合界面设计装置，其特征在于，包括：
碳化深度获取模块，用于获取第一基体的第一碳化深度和第二基体的第二碳化深度；其中，所述第一基体和所述第二基体的保护层厚度相同，养护完成时间相同；
碳化系数获取模块，用于根据所述第一碳化深度和所述第二碳化深度，以及从所述养护完成时间至检测时的时间，得到碳化系数；
粗骨料直径获取模块，用于获取结合界面层的最大粗骨料直径；
实际碳化深度获取模块，用于根据所述碳化系数和所述保护层厚度，得到所述第一基体和所述第二基体中的钢筋达到腐蚀临界状态时，结合界面层的实际碳化深度；
结合界面参数获取模块，用于根据所述实际碳化深度、所述碳化系数和所述最大粗骨料直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；
界面构建模块，用于根据所述倾斜角度和所述凹陷深度构建锯齿状结合界面。
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