混凝土耐久性评价指标研究

卜仁杰 方泉炯 王同双

（沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159）

混凝土耐久性评价指标研究

卜仁杰 方泉炯 王同双

（沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159）

混凝土在土木工程中的应用越来越广泛，其已经成为房屋建筑、公路、桥梁等工程中十分普遍的结构形式。但是随着时间的推移以及各种环境因素的影响，混凝土结构出现开裂、剥落，继而影响到混凝土中钢筋，导致钢筋腐蚀断面减小，粘结力丧失，最终结构抗力衰减，影响混凝土结构使用年限。介于此，本文重点分析混凝土耐久性，旨在展现出一定实用性。

混凝土；耐久性；灰色关联度

0.引言

我国正逐渐加强基础设施的建设，在这种大环境下出现混凝土结构耐久性问题就越来越明显。 有相关研究显示，我国针对公路桥梁中的耐久性问题的维修费达到 40亿元[1]。因腐蚀到时的损失数字十分惊人，都是因为耐久性问题而导致出现问题的建筑物，十分需要科学的耐久性评价，从而为混凝土结构的加固、维修以及拆除提供决策依据，避免事故的发生。

1.评价指标的确定

影响混凝土耐久性的因素包含碳化、氯离子侵蚀、冻融循环、钢筋锈蚀、碱-集料反应，与其对应的评价指标为碳化深度d，氯离子迁移系数、抗冻融循环次数、钢筋电位水平、碱含量。

碳化其实对混凝土的影响不大，甚至可以降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的强度，还能够减弱外界物质向混凝土内部扩散的速度。但是，碳化会影响混凝土碱度，导致钢筋表面的钝化膜受损，钢筋失去保护作用，通过导致钢筋锈蚀影响到结构的耐久性能。碳化是引起钢筋锈蚀的重要原因[2]，在很大程度上影响着混凝土结构的使用寿命，通过了解碳化深度，建立碳化模型，分析混凝土的耐久性有着积极意义。氯离子通过混凝土保护层到达钢筋表面导致PH值下降，破坏钢筋表面钝化膜，当这种影响积累到一定程度就会暴露出铁基体，与完好状态的钝化膜产生电位差，形成腐蚀电池。混凝土砸冻融循环的反复作用下逐渐出现疲劳，破坏程度不断加深，可以通过了解混凝土能够承受的最大冻融循环次数衡量混凝土的抗冻性能。正常情况下，钢筋在混凝土的包裹下不会受到锈蚀，但是由于混凝土的碳化或者氯离子的侵入，导致混凝土逐渐中性化而破坏钝化膜，通过及时掌握钢筋的锈蚀程度，就能够深入了解结构的耐久性。碱-集料反应会导致明显的混凝土体积膨胀甚至开裂，导致影响混凝土结构，使得混凝土各项力学性能下降，加上混凝土表面出现裂缝更会加剧腐蚀和冻融破坏的出现。影响碱-集料反应的最主要因素是混凝土中的碱含量。

2.统一环境下的混凝土耐久性评估分析

以往针对钢筋混凝土结构的耐久性评价，主要是采用层次分析法，再结合专家的意见对每个层次的影响因素进行权重的确定，计算得到其他层次影响因素的状态，最后得到混凝土耐久性的综合损伤值。这种方式虽然应用广泛，但是在应用的过程中需要对判断矩阵进行一致性检验，如果判断矩阵无法满足一致性，则无法得到权向量结果。

考虑到影响混凝土耐久性的因素很多，在不同的环境下影响混凝土耐久性的主次因素不同，如何了解主次因素，可以采用灰色关联分析法进行计算[3]。

利用灰色关联分析法建立指标体系评判模型，第一，建立灰色单层次评判模型，先采用数学模型，确定最优指标集，对指标进行规范化处理，确定各个指标相对最优指标的关联系数，然后确定各个指标的权重，关于权重的确定可以采取专家估测法、熵值法、AHP法等[4]，综合考虑每一种方式的优缺点，决定在 AHP法的基础上联合可拓理论对影响因素的初始权重进行确定。

首先进行AHP建立权重集，这个过程包含层次结构的建立、构造判断矩阵、求解判断矩阵的最大特征值以及特征向量、进行判断矩阵一致性检验。使用可拓层次分析法确定指标权重，可拓集合能够描述事物的可变性。通过利用可拓层次分析法确定指标权重[5]，通过构造可拓区间数判断矩阵、计算特征向量、计算有对应性的可拓区间数权重向量、计算权重，根据上述步骤就可获得各个影响因素对混凝土结构耐久性的权重。但是可拓层次分析法对指标权重的确定带有一定的主观性，需要使用熵值法能够在一定程度上消除指标权重计算的主观性。首先将得到的实测数据进行无量纲化处理，求解衡量各个指标相对重要度的熵，采用上述方法得到的因素权重不会随着时间的推移以及影响因素的损伤程度而变化，通过求实用权重对耐久性影响因素的权重进行修正。得到灰色关联度，其数值越大说明实际指标集越接近最优指标集，也就是说结构的耐久性越好。

3.不同环境下的混凝土耐久性评估分析

上述研究中是针对在同一环境下进行混凝土耐久性评价，现进行不同环境下的耐久性评估。

（1）干燥环境，在考虑干燥环境特点的基础上对影响因素进行分析，将之前提到的五个影响因素进行两两比较，同时再结合专家意见构造出可拓区间判断矩阵。分析混凝土强度、裂缝宽度、保护层厚度、钢筋锈蚀程度、碱含量、混凝土碳化深度、氯离子含量，通过结合相关资料可以了解到混凝土的抗冻等级，再利用钢筋锈蚀测量仪了解钢筋电位水平，将得到的耐久性指标进行无量纲化处理，然后根据公式得到各个指标相对重要度的熵、实用权重、关联系数，最后就能够得到关联度。

（2）高温潮湿环境，同样根据专家意见构造出两两比较可拓区间判断矩阵，能够得到可拓区间数权重向量和初始权重，得到各个指标相对总要度的熵、使用权重和关联系数，即可得到关联度。

（3）冻融环境，同样构造可拓区间判断矩阵、可拓区间数权重向量，从而获得在冻融环境下的初始权重。以我国东北三省某建筑为例，其保护厚度为25mm，水泥用量400kg/m3,水灰比0.45，年平均气温5.1℃，最大积雪深度39cm，降雪期达到半年，最大冻结深度 141cm，该建筑处于明显的寒冷地区，冻融循环作用十分明显，处于典型的冻融环境，通过实测数据得到各个指标相对重要度的熵，各指标实用权重、各因素关联系数，最终得到关联度为0.5110，该结构耐久性较差。

（4）海洋环境，由专家意见构造可拓区间判断矩阵、可拓区间数权重向量，得到高温潮湿环境下各个耐久性因素的初始权重，同样利用实测数据得到各个指标相对重要度的熵、各指标实用权重、各因素关联系数，则能够了解该结构的耐久性。

（5）除冰盐等其他氯化物环境的指标权重，通过经过上述一样的操作步骤得到高温潮湿环境下的各个耐久性影响因素的初始权重，同样根据实测数据获得各个指标相对重要度的熵、各指标使用权重、各因素关系系数，得到关联度。

4.结语

在以往的研究中一般只考虑单一环境下的混凝土耐久性状况，对于在不同环境条件下的耐久性研究的并不多，因此为了能够为实际工程的混凝土耐久性研究提供参考，本文从单一环境和不同环境两种不同情况分别进行分析，全面考虑到各种复杂因素又考虑到环境条件的影响，旨在能够得到最真实的混凝土耐久性结果。

[1]巴恒静,张武满,邓宏卫. 评价高性能混凝土耐久性综合指标——抗氯离子渗透性及其研究现状[J]. 混凝土,2006,11(03）:3-4+14.

[2]冯仲伟,李化建,李林香. 混凝土材料耐久性能的影响因素及评价指标研究[J].铁道建筑,2010,17(10):126-129.

[3]巴恒静,张武满,邓宏卫. 评价高性能混凝土耐久性综合指标——抗氯离子渗透性及其研究现状[J]. 混凝土,2005,29(09):18-19+32.

[4]杨钱荣,黄士元. 对混凝土耐久性模型的思考——兼与《评价高性能混凝土耐久性综合指标》作者商榷和讨论[J]. 混凝土,2008,18（04):15-18.

[5]张杉,张雅娜,刘燕. 混凝土耐久性评价指标体系及寿命预测研究[J]. 混凝土,2014,11（03）:48-51.

G322

B

1007-6344（2016）07-0329-01

卜仁杰(1995.02--)男，辽宁省沈阳市人，本科学历，专业：无机非金属材料工程。

方泉炯(1994.11--)男，浙江省诸暨市人，本科学历，专业：无机非金属材料工程。

王同双(1995.03--)男，甘肃省白银市人，本科学历，专业：无机非金属材料工程。