基于随机性的混凝土碳化寿命预测

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1、162科技研究城市道桥与防洪2015年2月第2期基于随机性的混凝土碳化寿命预测周洪培(宁德沈海复线宁连高速公路有限公司，福建宁德352000)摘要：基于影响混凝土碳化深度的各类因素，提出了混凝土桥梁的碳化时变随机模型。现以混凝土碳化深度达到钢筋表面这一状态作为结构的耐久性失效的极限状态，建立混凝土桥梁碳化程度时变可靠度分析及剩余寿命预测模型，并现以福建一座服役中混凝土桥梁为例，进行碳化可靠度分析和剩余寿命评估。该方法得到的结论对实际桥梁的耐久性评价和桥梁日常维护决策提供了依据。关键词：混凝土桥梁；耐久性；碳化深度；预测模型；剩余寿命中图分类号：TU528．01文献标志码：A文章编号：10

2、09—7716(2015)02—0162—03。——CO2浓度系数；0引言——浇筑面影响系数；混凝土中钢筋锈蚀是混凝土结构安全性、可——工作应力影响系数；靠度降低的主要原因，而在大气环境中，混凝土结——环境影响系数；构碳化是混凝土中钢筋锈蚀的前提。因而，研究混厂一混凝土质量影响系数；凝土的碳化对研究混凝土结构的耐久性有着非常——未知因素影响系数。重要的意义。对混凝土碳化机理及影响因素的深1．2确定各因素影响系数入研究发现，混凝土保护层厚度及碳化深度都具1．2。1混凝土质量影响系数K肭确定有随机性的特点，基于随机性理论建立科学、合抗压强度是反映混凝土力学性能的综合指理、实用的混凝土碳化深度

3、预测模型并对混凝土标，它综合反映了混凝土的水灰比、水泥和石料的结构进行适用耐久性评估具有重要意义。品种及用量、施工质量及养护条件等因素对混凝土质量的影响。混凝土强度越高，说明其密实性越1碳化深度预测模型分析好，抗碳化能力越强。因此，以混凝土抗压强度为国内外的诸多研究人员对混凝土碳化进行了深主要参数建立的碳化预测模型更能符合实际情入的研究，在分析了大量碳化试验基础上，引入了碳况，消除了传统模型的以水灰比为主要参数的很化系数，提出计算混凝土碳化深度的一般表达式：多缺点，可取一0．76。xc=k·，c．式中：——混凝土碳化深度；1．2．2CO2浓度系数k的确定——混凝土碳化系数。环境中二氧化碳

4、的浓度是影响混凝土碳化的1．1建立实用模型主要外界因素之一，浓度越大、碳化梯度越大，则碳化系数，反映了混凝土的抗碳化的能力。它碳化速度越快[2J。参考规范《混凝土结构耐久性评不仅与混凝土的水灰比、水泥品种和用量、养护办定标准》，根据桥梁所处工作环境进行估计，对于法、孔隙的大小及分布有关，而且与环境中的二氧室外环境的估计值见表1所列。化碳浓度、空气相对湿度、温度等因素有关【1]。根据表1室外环境k。的取值表这些影响因素，提出了下面的以考虑混凝土自身地区k质量与环境条件影响为主，同时考虑分析的位置、大中城市市区1．2～1．4混凝土养护浇筑面、混凝土工作应力情况的预测城镇1．1～1．2及混凝土

5、碳化深度的多系数随机模式：1_2．3环境影响系数Ke的确定(t)=·K·k。。·kp·k·K。·Kr·x／t环境温度影响系数kr=骊，其中：T1和式中：K——角部位置影响系数；分别为碳化环境的温度和标准环境温度【31。收稿日期：2014—11～14作者简介：周洪培(1972一)，男，福建宁德人，高级工程师，公司总经理，从事高速公路建设与养护工程方面的研究工作。环境湿向系数七：2015年2月第2期城市道桥与防洪科技研究163RH。和R凰分别为碳化环境湿度和标准环境湿度。的随机性。即使同一环境、同一强度的两个混凝土由于环境温度和相对湿度有较强的相关性，两构件，其碳化深度也会存在较大差异。者影

6、响系数综合为环境因子Ke[31，由下式具体计算：大量统计结果表明，混凝土保护层厚度及碳：2．56··(1-RH)m-／化深度均能较好地服从正态分布。混凝土碳化深式中：和RH分别代表所在环境年平均温度()度不仅具有随机性，而且还具有随机过程性【。因和所在环境年平均湿度。此，宜用非平稳随机过程进行描述。碳化深度的一1．2．4其他因素影响系数的确定维概率密度函数可以表示为：角部位置影响系数j}，是指考虑二氧化碳在混1凝土不同位置中的扩散路径与碳化进程的关系有：exp{一}所区别，来确定的碳化影响系数。对于角部，混凝土式中：t为碳化时间；(￡)及()分别代表凝土的碳化是属于双向扩散，通过理论分析

7、得出角部混碳化深度的平均值函数和标准差函数，且：凝土碳化深度是非角部的约、／倍。《混凝土结构耐lux)：_u’4t久性评定标准》规定角部取F1．4，非角部则取1．0。ax(t)：t·t浇筑面影响系数则是考虑到混凝土施工时，式中：及WK分别代表碳化系数均值和标准差。浇筑面与其他结构面在振捣、养护及拆模时间的混凝土碳化深度的随机模型可以表示为：区别，导致对碳化速率有所影响，对浇注面取J}=1．2。考虑到混凝土在拉压两种不同受力状态时，(