廖靈青 唐瀅 彭雪雁

摘 要：考慮混凝土主要配合比參數(shù)水膠比、粉煤灰摻量和礦粉摻量對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)甄選原則合理地選取47組28天齡期的大摻量高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的RCM法試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過多元回歸方法分析各影響因素與混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)關(guān)系，據(jù)此建立了大摻量高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的多因素耦合預(yù)測模型。研究結(jié)果表明，本文建立的多因素模型能較好地反映水膠比、粉煤灰摻量、礦粉摻量等因素與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的耦合關(guān)系，具有較好的可信度與適用性。

關(guān)鍵詞：大摻量高性能混凝土；氯離子擴(kuò)散系數(shù)；多因素耦合模型；RCM

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.125

1 引言

對(duì)于海洋環(huán)境和除冰鹽環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，氯離子侵入到混凝土內(nèi)部，使得混凝土中鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞而發(fā)生銹蝕，最終導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂、剝落，混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生耐久性破壞[1-2]。因此，氯鹽環(huán)境下混凝土的抗氯離子滲透性能是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要影響因素，而評(píng)價(jià)混凝土抗氯離子滲透性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)則是氯離子擴(kuò)散系數(shù)[3]。

目前我國多數(shù)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工指南采用RCM法來測定氯離子擴(kuò)散系數(shù)。RCM法也稱為快速氯離子遷移系數(shù)法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)儀器設(shè)備簡單、易于操作、測試周期短、試驗(yàn)速度快等，是國內(nèi)外使用最普遍的評(píng)定混凝土抗氯離子滲透性能的快速試驗(yàn)方法之一。

已有的研究成果顯示，混凝土的水膠比和粉煤灰、礦粉等礦物摻合料對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)影響顯著。近年來，對(duì)于大摻量礦物摻合料的高性能混凝土研究較多，且結(jié)果表明，摻合料的摻量超過40%時(shí)會(huì)對(duì)混凝土性能有明顯影響。因此，研究學(xué)者通常把水膠比和礦物摻合料摻量用作氯離子擴(kuò)散系數(shù)預(yù)測模型的基本參數(shù)，并依此分析混凝土抗氯離子滲透性能與這些參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性。然而，目前大多數(shù)研究是針對(duì)普通摻量的混凝土中某個(gè)或某兩個(gè)因素而建立的氯離子擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算模型，關(guān)于大摻量高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)多因素模型研究相對(duì)較少。

為了建立適用性更廣泛的大摻量高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)多因素計(jì)算模型，本文通過文獻(xiàn)調(diào)研，收集了47組國內(nèi)不同課題組利用RCM試驗(yàn)測定得到的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4-6]。其中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的甄選原則有：（1）混凝土原材料中，水泥主要選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，礦物摻合料采用粉煤灰和礦粉，且礦物摻合料的總量占水泥用量的比例為大摻量（40%～70%），水膠比的范圍為0.31～0.38；（2）混凝土試件的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期為28天，氯離子擴(kuò)散系數(shù)的測定方法是RCM法。在此基礎(chǔ)上，通過多元回歸方法，分析了混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水膠比、粉煤灰摻量、礦粉摻量等主要影響因素之間的耦合關(guān)系，建立了大摻量高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的多因素耦合模型，并對(duì)其擬合效果進(jìn)行分析。

2 大摻量高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的多因素耦合預(yù)測模型的建立

以水膠比W/B、粉煤灰摻量RFA、礦粉摻量RSG為自變量（RFA和RSG均為摻量的百分?jǐn)?shù)），28天齡期大摻量高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)D28為因變量，并假定自變量與因變量間為耦合關(guān)系。由此可建立大摻量高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水膠比、粉煤灰摻量、礦粉摻量之間的耦合模型：

（1）

令；其中，b0、b1 、b2、 b3 、b4、b5為待定系數(shù)。則耦合預(yù)測模型為：

（2）

令，則式（2）可簡化為：

（3）

為確保建立的氯離子擴(kuò)散系數(shù)多因素耦合模型的工程適用性，本文遵循引言部分?jǐn)⑹龅脑囼?yàn)數(shù)據(jù)甄選原則，收集了47組國內(nèi)不同課題組的RCM法試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并在簡化的線性關(guān)系式（3）的基礎(chǔ)上，通過最小二乘法對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水膠比、粉煤灰摻量、礦粉摻量等因素之間的耦合模型進(jìn)行多元線性回歸分析，得到正規(guī)方程組：

（4）

將收集整理后的47組試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式（4）中，可得方程組（5）：

（5）

求解可得：

[b0 b1 b2 b3 b4 b5]=[-16.2316 61.8892 0.2145 0.3016 -0.4399 -0.9421] （6）

因此，根據(jù)式（6）得到的多元線性回歸模型：

（7）

即氯離子擴(kuò)散系數(shù)的多因素耦合模型：

（8）

式中，D28為28天齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的耦合模型計(jì)算值（×10-12m2/s）。

3 耦合模型擬合效果分析

根據(jù)公式（8）的氯離子擴(kuò)散系數(shù)多因素耦合模型，再同文獻(xiàn)[4-6]中復(fù)摻為粉煤灰和礦粉的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到的擬合結(jié)果如圖1所示。圖中各形狀數(shù)據(jù)點(diǎn)為收集的47組氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)值和模型擬合值數(shù)據(jù)點(diǎn)，參考直線以試驗(yàn)值與擬合值相等的直線表示，各形狀點(diǎn)越靠近參考直線表明模型的擬合效果越好。再根據(jù)通用公式：模型計(jì)算值=1.645變異系數(shù)試驗(yàn)值，可以分別畫出計(jì)算氯離子擴(kuò)散系數(shù)的變異系數(shù)為0.3，耦合預(yù)測模型保證率為95%時(shí)的上下限參考線。

從圖1可看出，試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)較均勻地分布于參考直線的上下兩側(cè)，并都包含于變異系數(shù)為0.3的上下限范圍內(nèi)，表明本文建立的氯離子擴(kuò)散系數(shù)耦合模型計(jì)算值與收集到的47組試驗(yàn)值吻合程度高，擬合效果良好。

4 結(jié)論

本文基于甄選的多組大摻量高性能混凝土RCM試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用最小二乘法的原理建立了大摻量高性能混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水膠比、粉煤灰摻量、礦粉摻量之間的多因素耦合預(yù)測模型。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，該預(yù)測模型能合理地?cái)M合甄選的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并簡易地表達(dá)了復(fù)摻有粉煤灰和礦粉的大摻量混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與各影響因素之間的耦合關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]Loser R.，Lothenbach B.，Leemann A.，Tuchschmid M.Chloride resistance of concrete and its binding capacity-Comparison between experimental results and thermodynamic modeling[J]. Cement

and Concrete Composites，2010，32（01）：34-42.

[2]張俊芝，莊華夏，伍亞玲等.臨海既有混凝土氯離子侵蝕及鋼筋初銹時(shí)間預(yù)測[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2014，17（03）：454-458+464.

[3]楊綠峰，周明，陳正，蔡榮，袁彥華，蔣瓊明.氯鹽環(huán)境下混凝

土耐久性多因素模型的試驗(yàn)研究及統(tǒng)計(jì)分析[J].水運(yùn)工程，2013（05）：

55-62.

[4]古付兵，黎鵬平.自密實(shí)海工高性能混凝土工作性與耐久性的影響因素分析及工程應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2014（43）：371-375.

[5]姜福香，王兆星，趙鐵軍，萬小梅.海工混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)研究[J].公路，2009（09）：269-272.

[6]吳毅峰.雙摻粉煤灰和礦粉的海工混凝土抗氯離子性能試驗(yàn)分析[J].福建建設(shè)科技，2012（03）：35-37.

基金項(xiàng)目：

1.2017年度廣西科技大學(xué)科學(xué)基金項(xiàng)目：大摻量礦物摻合料混凝土的

制備及耐久性能研究，項(xiàng)目編號(hào)：?？谱?711313，2017.11～2020.11

2.2018年國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目：大摻量礦物摻合料混凝土的制備及耐久性能研究，2018.04～2019.05

作者簡介：廖靈青（1992-），女，瑤族，廣西桂林人，碩士研究生，助教，研究方向：混凝土耐久性。