混凝土耐久性評價指標研究

卜仁杰 方泉炯 王同雙

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

混凝土耐久性評價指標研究

卜仁杰 方泉炯 王同雙

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

混凝土在土木工程中的應用越來越廣泛，其已經成為房屋建筑、公路、橋梁等工程中十分普遍的結構形式。但是隨著時間的推移以及各種環境因素的影響，混凝土結構出現開裂、剝落，繼而影響到混凝土中鋼筋，導致鋼筋腐蝕斷面減小，粘結力喪失，最終結構抗力衰減，影響混凝土結構使用年限。介于此，本文重點分析混凝土耐久性，旨在展現出一定實用性。

混凝土；耐久性；灰色關聯度

0.引言

我國正逐漸加強基礎設施的建設，在這種大環境下出現混凝土結構耐久性問題就越來越明顯。 有相關研究顯示，我國針對公路橋梁中的耐久性問題的維修費達到 40億元[1]。因腐蝕到時的損失數字十分驚人，都是因為耐久性問題而導致出現問題的建筑物，十分需要科學的耐久性評價，從而為混凝土結構的加固、維修以及拆除提供決策依據，避免事故的發生。

1.評價指標的確定

影響混凝土耐久性的因素包含碳化、氯離子侵蝕、凍融循環、鋼筋銹蝕、堿-集料反應，與其對應的評價指標為碳化深度d，氯離子遷移系數、抗凍融循環次數、鋼筋電位水平、堿含量。

碳化其實對混凝土的影響不大，甚至可以降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的強度，還能夠減弱外界物質向混凝土內部擴散的速度。但是，碳化會影響混凝土堿度，導致鋼筋表面的鈍化膜受損，鋼筋失去保護作用，通過導致鋼筋銹蝕影響到結構的耐久性能。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構的使用壽命，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層到達鋼筋表面導致PH值下降，破壞鋼筋表面鈍化膜，當這種影響積累到一定程度就會暴露出鐵基體，與完好狀態的鈍化膜產生電位差，形成腐蝕電池。混凝土砸凍融循環的反復作用下逐漸出現疲勞，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次數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受到銹蝕，但是由于混凝土的碳化或者氯離子的侵入，導致混凝土逐漸中性化而破壞鈍化膜，通過及時掌握鋼筋的銹蝕程度，就能夠深入了解結構的耐久性。堿-集料反應會導致明顯的混凝土體積膨脹甚至開裂，導致影響混凝土結構，使得混凝土各項力學性能下降，加上混凝土表面出現裂縫更會加劇腐蝕和凍融破壞的出現。影響堿-集料反應的最主要因素是混凝土中的堿含量。

2.統一環境下的混凝土耐久性評估分析

以往針對鋼筋混凝土結構的耐久性評價，主要是采用層次分析法，再結合專家的意見對每個層次的影響因素進行權重的確定，計算得到其他層次影響因素的狀態，最后得到混凝土耐久性的綜合損傷值。這種方式雖然應用廣泛，但是在應用的過程中需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，如果判斷矩陣無法滿足一致性，則無法得到權向量結果。

考慮到影響混凝土耐久性的因素很多，在不同的環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，可以采用灰色關聯分析法進行計算[3]。

利用灰色關聯分析法建立指標體系評判模型，第一，建立灰色單層次評判模型，先采用數學模型，確定最優指標集，對指標進行規范化處理，確定各個指標相對最優指標的關聯系數，然后確定各個指標的權重，關于權重的確定可以采取專家估測法、熵值法、AHP法等[4]，綜合考慮每一種方式的優缺點，決定在 AHP法的基礎上聯合可拓理論對影響因素的初始權重進行確定。

首先進行AHP建立權重集，這個過程包含層次結構的建立、構造判斷矩陣、求解判斷矩陣的最大特征值以及特征向量、進行判斷矩陣一致性檢驗。使用可拓層次分析法確定指標權重，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權重[5]，通過構造可拓區間數判斷矩陣、計算特征向量、計算有對應性的可拓區間數權重向量、計算權重，根據上述步驟就可獲得各個影響因素對混凝土結構耐久性的權重。但是可拓層次分析法對指標權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權重計算的主觀性。首先將得到的實測數據進行無量綱化處理，求解衡量各個指標相對重要度的熵，采用上述方法得到的因素權重不會隨著時間的推移以及影響因素的損傷程度而變化，通過求實用權重對耐久性影響因素的權重進行修正。得到灰色關聯度，其數值越大說明實際指標集越接近最優指標集，也就是說結構的耐久性越好。

3.不同環境下的混凝土耐久性評估分析

上述研究中是針對在同一環境下進行混凝土耐久性評價，現進行不同環境下的耐久性評估。

（1）干燥環境，在考慮干燥環境特點的基礎上對影響因素進行分析，將之前提到的五個影響因素進行兩兩比較，同時再結合專家意見構造出可拓區間判斷矩陣。分析混凝土強度、裂縫寬度、保護層厚度、鋼筋銹蝕程度、堿含量、混凝土碳化深度、氯離子含量，通過結合相關資料可以了解到混凝土的抗凍等級，再利用鋼筋銹蝕測量儀了解鋼筋電位水平，將得到的耐久性指標進行無量綱化處理，然后根據公式得到各個指標相對重要度的熵、實用權重、關聯系數，最后就能夠得到關聯度。

（2）高溫潮濕環境，同樣根據專家意見構造出兩兩比較可拓區間判斷矩陣，能夠得到可拓區間數權重向量和初始權重，得到各個指標相對總要度的熵、使用權重和關聯系數，即可得到關聯度。

（3）凍融環境，同樣構造可拓區間判斷矩陣、可拓區間數權重向量，從而獲得在凍融環境下的初始權重。以我國東北三省某建筑為例，其保護厚度為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，降雪期達到半年，最大凍結深度 141cm，該建筑處于明顯的寒冷地區，凍融循環作用十分明顯，處于典型的凍融環境，通過實測數據得到各個指標相對重要度的熵，各指標實用權重、各因素關聯系數，最終得到關聯度為0.5110，該結構耐久性較差。

（4）海洋環境，由專家意見構造可拓區間判斷矩陣、可拓區間數權重向量，得到高溫潮濕環境下各個耐久性因素的初始權重，同樣利用實測數據得到各個指標相對重要度的熵、各指標實用權重、各因素關聯系數，則能夠了解該結構的耐久性。

（5）除冰鹽等其他氯化物環境的指標權重，通過經過上述一樣的操作步驟得到高溫潮濕環境下的各個耐久性影響因素的初始權重，同樣根據實測數據獲得各個指標相對重要度的熵、各指標使用權重、各因素關系系數，得到關聯度。

4.結語

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

[1]巴恒靜,張武滿,鄧宏衛. 評價高性能混凝土耐久性綜合指標——抗氯離子滲透性及其研究現狀[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價指標研究[J].鐵道建筑,2010,17(10):126-129.

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

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

[5]張杉,張雅娜,劉燕. 混凝土耐久性評價指標體系及壽命預測研究[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，本科學歷，專業：無機非金屬材料工程。

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

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