貢金鑫++王振吉++馬麗娜++趙艷華++彭建

摘要：對沈海（沈陽—?？冢└咚俟愤|寧段沿線混凝土橋梁的碳化實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，建立了以混凝土抗壓強(qiáng)度和時(shí)間為主要參數(shù)的不同地區(qū)橋梁和單個(gè)橋梁混凝土碳化深度的隨機(jī)過程模型。將混凝土碳化到鋼筋表面的狀態(tài)作為大氣環(huán)境中的耐久性極限狀態(tài)，分析了沿線上海灣大橋不同服役時(shí)間的耐久性失效概率。結(jié)果表明：混凝土碳化深度隨混凝土抗壓強(qiáng)度的增大而減小，但受多種復(fù)雜因素影響，混凝土碳化深度離散性很大；混凝土碳化系數(shù)計(jì)算模型的不確定性系數(shù)服從對數(shù)正態(tài)分布；海灣大橋混凝土使用到第100年時(shí)的耐久性失效概率小于10%。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁；混凝土碳化；概率模型；高速公路；離散性

中圖分類號(hào)：U444 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

混凝土碳化是大氣中的二氧化碳進(jìn)入混凝土孔隙，與孔隙水形成碳酸并與混凝土中的堿物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，降低混凝土堿性的過程。堿性的降低使混凝土失去了對鋼筋鈍化膜的保護(hù)能力，可誘發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕，而銹蝕產(chǎn)物膨脹會(huì)引起混凝土保護(hù)層開裂甚至剝落，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性具有很大的影響。因此，研究和建立混凝土碳化深度的預(yù)測模型對評價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性壽命具有重要意義。

根據(jù)確定碳化模型中碳化系數(shù)方法的不同，混凝土碳化模型可分為根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)建立的理論模型和基于工程實(shí)測數(shù)據(jù)建立的實(shí)用模型[1]。理論模型是以混凝土組成和環(huán)境為影響參數(shù)的模型，如肖佳等[2]、龔洛書等[3]和許麗萍等[4]考慮不同材料的模型，陳樹亮[5]綜合考慮不同材料、環(huán)境及保護(hù)層厚度的模型，牛荻濤等[68]考慮不同礦物摻和料的模型；實(shí)用模型是以混凝土抗壓強(qiáng)度為影響參數(shù)的模型[910]。此外，部分學(xué)者[1113]研究了混凝土在不同應(yīng)力狀態(tài)下的碳化規(guī)律，建立了多因素耦合作用下混凝土的碳化模型。理論模型的優(yōu)點(diǎn)在于模型中各參數(shù)的物理意義明確，但由于考慮因素較多，實(shí)際應(yīng)用中有些參數(shù)很難確定，因此不便于工程應(yīng)用[14]；另外，實(shí)驗(yàn)室條件往往與實(shí)際結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場條件差別很大，預(yù)測結(jié)果誤差較大。根據(jù)實(shí)際工程數(shù)據(jù)建立的實(shí)用模型綜合反映了結(jié)構(gòu)所處環(huán)境條件、材料性能、結(jié)構(gòu)施工因素、養(yǎng)護(hù)因素及其他多種難以單獨(dú)考慮的各種復(fù)雜因素的影響[15]，雖然離散性比較大，但能夠反映實(shí)際情況，具有較好的實(shí)用性[16]。

本文對沈海高速公路遼寧省境內(nèi)沈大（沈陽—大連）段沿線橋梁的混凝土碳化特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。沈大段高速公路全長348 km，沿線共455座橋梁，其中沈陽段6座，遼陽段32座，鞍山段63座，營口段138座，大連段216座。目前，沈大段高速公路已運(yùn)營25年，遼寧省高速公路管理局分別于2011年，2012年，2013年對沿線橋梁進(jìn)行了3次檢測。本文對混凝土碳化深度檢測結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，將不同地區(qū)的公路段視為不同的環(huán)境條件，建立了不同公路段橋梁的混凝土碳化預(yù)測模型。另外，也建立了沿線數(shù)據(jù)比較多的海灣大橋碳化概率模型，并計(jì)算了不同服役時(shí)間的碳化失效概率。

參考文獻(xiàn)：

References：

[1] 韓建德，孫 偉，潘鋼華.混凝土碳化反應(yīng)理論模型的研究現(xiàn)狀及展望[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2012，40（8）：11431153.

HAN Jiande，SUN Wei，PAN Ganghua.Recent Development on Theoretical Model of Carbonation Reaction of Concrete[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2012，40（8）：11431153.

[2]肖 佳，勾成福.混凝土碳化研究綜述[J].混凝土，2010（1）：4044，52.

XIAO Jia，GOU Chengfu.Overview of the Research for Concrete Carbonation[J].Concrete，2010（1）：4044，52.

[3]龔洛書，蘇曼青，王洪琳.混凝土多系數(shù)碳化方程及其應(yīng)用[J].混凝土，1985（6）：1016.

GONG Luoshu，SU Manqing，WANG Honglin.Application of Multicoefficient Carbonated Equation[J].Concrete，1985（6）：1016.

[4]許麗萍，黃士元.預(yù)測混凝土中碳化深度的數(shù)學(xué)模型[J].上海建材學(xué)院學(xué)報(bào)，1991，4（4）：347357.

XU Liping，HUANG Shiyuan.The Mathematical Model of Predicted Carbonation Depth in Concrete[J].Journal of Building Materials，1991，4（4）：347357.

[5]陳樹亮.混凝土碳化機(jī)理、影響因素及預(yù)測模型[J].水利電力科技，2010，36（2）：1323.

CHEN Shuliang.The Mechanism，Influencing Factors and Forecast Model of Concrete Carbonization[J].Water Resources and Electric Power，2010，36（2）：1323.

[6]牛荻濤，李春暉，宋 華.復(fù)摻礦物摻合料混凝土碳化深度預(yù)測模型[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，42（4）：464467，472.

NIU Ditao，LI Chunhui，SONG Hua.A Model for Predicting Carbonation Depth of Concrete with Multimineral Admixtures[J].Journal of Xian University of Architecture & Technology：Natural Science Edition，2010，42（4）：464467，472.

[7]宋 華，牛荻濤，李春暉.礦物摻合料混凝土碳化性能試驗(yàn)研究[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2009，37（12）：20662070.

SONG Hua，NIU Ditao，LI Chunhui.Carbonation Test of Concrete Containing Mineral Admixtures[J].Journal of the Chinese Ceramic Society，2009，37（12）：20662070.

[8]李春暉，牛荻濤，宋 華.復(fù)摻礦物摻合料混凝土碳化試驗(yàn)研究[J].工程建設(shè)，2009，41（6）：711，18.

LI Chunhui，NIU Ditao，SONG Hua.Experimental Research of Carbonization of Concrete with Composite Addition of Mineral Admixture[J].Engineering Construction，2009，41（6）：711，18.

[9]曹明莉，丁言兵，鄭進(jìn)炫，等.混凝土碳化機(jī)理及預(yù)測模型研究進(jìn)展[J].混凝土，2012（9）：3538，46.

CAO Mingli，DING Yanbing，ZHENG Jinxuan，et al.Overview the Mechanism and Forecast Model of Concrete Carbonization[J].Concrete，2012（9）：3538，46.

[10]張海燕，把多鐸，王正中.混凝土碳化深度的預(yù)測模型[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2006，46（5）：4245.

ZHANG Haiyan，BA Duoduo，WANG Zhengzhong.A Model for Forecasting Carbonization Depth of Concrete[J].Engineering Journal of Wuhan University：Engineering Science，2006，46（5）：4245.

[11]田 浩，李國平，劉 杰，等.受力狀態(tài)下混凝土試件碳化試驗(yàn)研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，38（2）：200204，213.

TIAN Hao，LI Guoping，LIU Jie，et al.Experimental Research on Carbonation of Forced Concrete Specimens[J].Journal of Tongji University：Natural Science，2010，38（2）：200204，213.

[12]盧朝輝，吳蔚琳，趙衍剛.混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)碳化深度預(yù)測模型研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2015，12（2）：368375.

LU Zhaohui，WU Weilin，ZHAO Yangang.Prediction Models for Carbonation Depth of Reinforced and Prestressed Concrete Structures[J].Journal of Railway Science and Engineering，2015，12（2）：368375.

[13]楊林德，潘洪科，祝彥知，等.多因素作用下混凝土抗碳化性能的試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2008，11（3）：345348.

YANG Linde，PAN Hongke，ZHU Yanzhi，et al.Experimental Study of Concretes Carbonization Resistance Under Combined Action of Factors[J].Journal of Building Materials，2008，11（3）：345348.

[14]NEVES R，BRANCO F，DE BRITO J.Field Assessment of the Relationship Between Natural and Accelerated Concrete Carbonation Resistance[J].Cement and Concrete Composites，2013，41：915.

[15]MONTEIRO I，BRANCO F A，DE BRITO J，et al.Statistical Analysis of the Carbonation Coefficient in Open Air Concrete Structures[J].Construction and Building Materials，2012，29：263269.

[16]曾勝鐘.現(xiàn)場條件下混凝土碳化深度預(yù)測研究[D].長沙：中南大學(xué)，2013.

ZENG Shengzhong.Study on Concrete Carbonation Depth Forecast in Jobsite[D].Changsha：Central South University，2013.

[17]JGJ/T 23—2011，回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].

JGJ/T 23—2011，Technical Specification for Inspecting of Concrete Compressive Strength by Rebound Method[S].

[18]張 譽(yù)，蔣利學(xué)，張偉平，等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概論[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003.

ZHANG Yu，JIANG Lixue，ZHANG Weiping，et al.Durability of Concrete Structures[M].Shanghai：Shanghai Scientific & Technical Publishers，2003.

[19]牛荻濤，董振平，浦聿修.預(yù)測混凝土碳化深度的隨機(jī)模型[J].工業(yè)建筑，1999，29（9）：4145.

NIU Ditao，DONG Zhenping，PU Yuxiu.Random Model of Predicting the Carbonated Concrete Depth[J].Industrial Construction，1999，29（9）：4145.

[20]GB/T 50746—2008，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

GB/T 50746—2008，Code for Durability Design of Concrete Structures[S].