混凝土耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

卜仁杰 方泉炯 王同雙

（沈陽理工大學(xué) 遼寧 沈陽 110159）

混凝土耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

卜仁杰 方泉炯 王同雙

（沈陽理工大學(xué) 遼寧 沈陽 110159）

混凝土在土木工程中的應(yīng)用越來越廣泛，其已經(jīng)成為房屋建筑、公路、橋梁等工程中十分普遍的結(jié)構(gòu)形式。但是隨著時(shí)間的推移以及各種環(huán)境因素的影響，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂、剝落，繼而影響到混凝土中鋼筋，導(dǎo)致鋼筋腐蝕斷面減小，粘結(jié)力喪失，最終結(jié)構(gòu)抗力衰減，影響混凝土結(jié)構(gòu)使用年限。介于此，本文重點(diǎn)分析混凝土耐久性，旨在展現(xiàn)出一定實(shí)用性。

混凝土；耐久性；灰色關(guān)聯(lián)度

0.引言

我國(guó)正逐漸加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，在這種大環(huán)境下出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題就越來越明顯。 有相關(guān)研究顯示，我國(guó)針對(duì)公路橋梁中的耐久性問題的維修費(fèi)達(dá)到 40億元[1]。因腐蝕到時(shí)的損失數(shù)字十分驚人，都是因?yàn)槟途眯詥栴}而導(dǎo)致出現(xiàn)問題的建筑物，十分需要科學(xué)的耐久性評(píng)價(jià)，從而為混凝土結(jié)構(gòu)的加固、維修以及拆除提供決策依據(jù)，避免事故的發(fā)生。

1.評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

影響混凝土耐久性的因素包含碳化、氯離子侵蝕、凍融循環(huán)、鋼筋銹蝕、堿-集料反應(yīng)，與其對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)為碳化深度d，氯離子遷移系數(shù)、抗凍融循環(huán)次數(shù)、鋼筋電位水平、堿含量。

碳化其實(shí)對(duì)混凝土的影響不大，甚至可以降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的強(qiáng)度，還能夠減弱外界物質(zhì)向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散的速度。但是，碳化會(huì)影響混凝土堿度，導(dǎo)致鋼筋表面的鈍化膜受損，鋼筋失去保護(hù)作用，通過導(dǎo)致鋼筋銹蝕影響到結(jié)構(gòu)的耐久性能。碳化是引起鋼筋銹蝕的重要原因[2]，在很大程度上影響著混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，通過了解碳化深度，建立碳化模型，分析混凝土的耐久性有著積極意義。氯離子通過混凝土保護(hù)層到達(dá)鋼筋表面導(dǎo)致PH值下降，破壞鋼筋表面鈍化膜，當(dāng)這種影響積累到一定程度就會(huì)暴露出鐵基體，與完好狀態(tài)的鈍化膜產(chǎn)生電位差，形成腐蝕電池。混凝土砸凍融循環(huán)的反復(fù)作用下逐漸出現(xiàn)疲勞，破壞程度不斷加深，可以通過了解混凝土能夠承受的最大凍融循環(huán)次數(shù)衡量混凝土的抗凍性能。正常情況下，鋼筋在混凝土的包裹下不會(huì)受到銹蝕，但是由于混凝土的碳化或者氯離子的侵入，導(dǎo)致混凝土逐漸中性化而破壞鈍化膜，通過及時(shí)掌握鋼筋的銹蝕程度，就能夠深入了解結(jié)構(gòu)的耐久性。堿-集料反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致明顯的混凝土體積膨脹甚至開裂，導(dǎo)致影響混凝土結(jié)構(gòu)，使得混凝土各項(xiàng)力學(xué)性能下降，加上混凝土表面出現(xiàn)裂縫更會(huì)加劇腐蝕和凍融破壞的出現(xiàn)。影響堿-集料反應(yīng)的最主要因素是混凝土中的堿含量。

2.統(tǒng)一環(huán)境下的混凝土耐久性評(píng)估分析

以往針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)價(jià)，主要是采用層次分析法，再結(jié)合專家的意見對(duì)每個(gè)層次的影響因素進(jìn)行權(quán)重的確定，計(jì)算得到其他層次影響因素的狀態(tài)，最后得到混凝土耐久性的綜合損傷值。這種方式雖然應(yīng)用廣泛，但是在應(yīng)用的過程中需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，如果判斷矩陣無法滿足一致性，則無法得到權(quán)向量結(jié)果。

考慮到影響混凝土耐久性的因素很多，在不同的環(huán)境下影響混凝土耐久性的主次因素不同，如何了解主次因素，可以采用灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行計(jì)算[3]。

利用灰色關(guān)聯(lián)分析法建立指標(biāo)體系評(píng)判模型，第一，建立灰色單層次評(píng)判模型，先采用數(shù)學(xué)模型，確定最優(yōu)指標(biāo)集，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，確定各個(gè)指標(biāo)相對(duì)最優(yōu)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，然后確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，關(guān)于權(quán)重的確定可以采取專家估測(cè)法、熵值法、AHP法等[4]，綜合考慮每一種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，決定在 AHP法的基礎(chǔ)上聯(lián)合可拓理論對(duì)影響因素的初始權(quán)重進(jìn)行確定。

首先進(jìn)行AHP建立權(quán)重集，這個(gè)過程包含層次結(jié)構(gòu)的建立、構(gòu)造判斷矩陣、求解判斷矩陣的最大特征值以及特征向量、進(jìn)行判斷矩陣一致性檢驗(yàn)。使用可拓層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，可拓集合能夠描述事物的可變性。通過利用可拓層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重[5]，通過構(gòu)造可拓區(qū)間數(shù)判斷矩陣、計(jì)算特征向量、計(jì)算有對(duì)應(yīng)性的可拓區(qū)間數(shù)權(quán)重向量、計(jì)算權(quán)重，根據(jù)上述步驟就可獲得各個(gè)影響因素對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的權(quán)重。但是可拓層次分析法對(duì)指標(biāo)權(quán)重的確定帶有一定的主觀性，需要使用熵值法能夠在一定程度上消除指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的主觀性。首先將得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，求解衡量各個(gè)指標(biāo)相對(duì)重要度的熵，采用上述方法得到的因素權(quán)重不會(huì)隨著時(shí)間的推移以及影響因素的損傷程度而變化，通過求實(shí)用權(quán)重對(duì)耐久性影響因素的權(quán)重進(jìn)行修正。得到灰色關(guān)聯(lián)度，其數(shù)值越大說明實(shí)際指標(biāo)集越接近最優(yōu)指標(biāo)集，也就是說結(jié)構(gòu)的耐久性越好。

3.不同環(huán)境下的混凝土耐久性評(píng)估分析

上述研究中是針對(duì)在同一環(huán)境下進(jìn)行混凝土耐久性評(píng)價(jià)，現(xiàn)進(jìn)行不同環(huán)境下的耐久性評(píng)估。

（1）干燥環(huán)境，在考慮干燥環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)影響因素進(jìn)行分析，將之前提到的五個(gè)影響因素進(jìn)行兩兩比較，同時(shí)再結(jié)合專家意見構(gòu)造出可拓區(qū)間判斷矩陣。分析混凝土強(qiáng)度、裂縫寬度、保護(hù)層厚度、鋼筋銹蝕程度、堿含量、混凝土碳化深度、氯離子含量，通過結(jié)合相關(guān)資料可以了解到混凝土的抗凍等級(jí)，再利用鋼筋銹蝕測(cè)量?jī)x了解鋼筋電位水平，將得到的耐久性指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，然后根據(jù)公式得到各個(gè)指標(biāo)相對(duì)重要度的熵、實(shí)用權(quán)重、關(guān)聯(lián)系數(shù)，最后就能夠得到關(guān)聯(lián)度。

（2）高溫潮濕環(huán)境，同樣根據(jù)專家意見構(gòu)造出兩兩比較可拓區(qū)間判斷矩陣，能夠得到可拓區(qū)間數(shù)權(quán)重向量和初始權(quán)重，得到各個(gè)指標(biāo)相對(duì)總要度的熵、使用權(quán)重和關(guān)聯(lián)系數(shù)，即可得到關(guān)聯(lián)度。

（3）凍融環(huán)境，同樣構(gòu)造可拓區(qū)間判斷矩陣、可拓區(qū)間數(shù)權(quán)重向量，從而獲得在凍融環(huán)境下的初始權(quán)重。以我國(guó)東北三省某建筑為例，其保護(hù)厚度為25mm，水泥用量400kg/m3,水灰比0.45，年平均氣溫5.1℃，最大積雪深度39cm，降雪期達(dá)到半年，最大凍結(jié)深度 141cm，該建筑處于明顯的寒冷地區(qū)，凍融循環(huán)作用十分明顯，處于典型的凍融環(huán)境，通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到各個(gè)指標(biāo)相對(duì)重要度的熵，各指標(biāo)實(shí)用權(quán)重、各因素關(guān)聯(lián)系數(shù)，最終得到關(guān)聯(lián)度為0.5110，該結(jié)構(gòu)耐久性較差。

（4）海洋環(huán)境，由專家意見構(gòu)造可拓區(qū)間判斷矩陣、可拓區(qū)間數(shù)權(quán)重向量，得到高溫潮濕環(huán)境下各個(gè)耐久性因素的初始權(quán)重，同樣利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到各個(gè)指標(biāo)相對(duì)重要度的熵、各指標(biāo)實(shí)用權(quán)重、各因素關(guān)聯(lián)系數(shù)，則能夠了解該結(jié)構(gòu)的耐久性。

（5）除冰鹽等其他氯化物環(huán)境的指標(biāo)權(quán)重，通過經(jīng)過上述一樣的操作步驟得到高溫潮濕環(huán)境下的各個(gè)耐久性影響因素的初始權(quán)重，同樣根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)獲得各個(gè)指標(biāo)相對(duì)重要度的熵、各指標(biāo)使用權(quán)重、各因素關(guān)系系數(shù)，得到關(guān)聯(lián)度。

4.結(jié)語

在以往的研究中一般只考慮單一環(huán)境下的混凝土耐久性狀況，對(duì)于在不同環(huán)境條件下的耐久性研究的并不多，因此為了能夠?yàn)閷?shí)際工程的混凝土耐久性研究提供參考，本文從單一環(huán)境和不同環(huán)境兩種不同情況分別進(jìn)行分析，全面考慮到各種復(fù)雜因素又考慮到環(huán)境條件的影響，旨在能夠得到最真實(shí)的混凝土耐久性結(jié)果。

[1]巴恒靜,張武滿,鄧宏衛(wèi). 評(píng)價(jià)高性能混凝土耐久性綜合指標(biāo)——抗氯離子滲透性及其研究現(xiàn)狀[J]. 混凝土,2006,11(03）:3-4+14.

[2]馮仲偉,李化建,李林香. 混凝土材料耐久性能的影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].鐵道建筑,2010,17(10):126-129.

[3]巴恒靜,張武滿,鄧宏衛(wèi). 評(píng)價(jià)高性能混凝土耐久性綜合指標(biāo)——抗氯離子滲透性及其研究現(xiàn)狀[J]. 混凝土,2005,29(09):18-19+32.

[4]楊錢榮,黃士元. 對(duì)混凝土耐久性模型的思考——兼與《評(píng)價(jià)高性能混凝土耐久性綜合指標(biāo)》作者商榷和討論[J]. 混凝土,2008,18（04):15-18.

[5]張杉,張雅娜,劉燕. 混凝土耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及壽命預(yù)測(cè)研究[J]. 混凝土,2014,11（03）:48-51.

G322

B

1007-6344（2016）07-0329-01

卜仁杰(1995.02--)男，遼寧省沈陽市人，本科學(xué)歷，專業(yè)：無機(jī)非金屬材料工程。

方泉炯(1994.11--)男，浙江省諸暨市人，本科學(xué)歷，專業(yè)：無機(jī)非金屬材料工程。

王同雙(1995.03--)男，甘肅省白銀市人，本科學(xué)歷，專業(yè)：無機(jī)非金屬材料工程。