程 琤

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

0 引言

由于我國西北地區(qū)氣候、環(huán)境等自然條件比較惡劣，建筑物長期處于惡劣的環(huán)境中，會使混凝土受到多因素耦合作用，減少混凝土的使用壽命[1]。在工程建設(shè)中，只有了解把控多因素耦合作用發(fā)展趨勢，才能獲取能夠增強混凝土材料耐久性的配合比，為特殊環(huán)境下混凝土的配比與應(yīng)用提供參考。在西北地區(qū)景泰川電力提灌工程中，筆者引入灰色關(guān)聯(lián)度分析法，采用碳化-硫酸鹽侵蝕-干濕循環(huán)加濕試驗，對混凝土材料進行多因素耦合作用下的耐久性試驗。獲得基于灰色關(guān)聯(lián)的多因素耦合作用下混凝土材料耐久性評估結(jié)果。

1 試驗

1.1 試驗材料和方案設(shè)計

首先考慮景泰川電力提灌工程所在區(qū)域的氣候特征，并通過水膠比、粉煤灰對混凝土耐久性的影響以及水工混凝土建筑物的服役環(huán)境，設(shè)計混凝土材料的配比，如表1所示。

表1 混凝土材料的配比設(shè)計

試驗運用人工加速鹽離子侵蝕與加速干濕循環(huán)方法完成試驗，采用強度為42.5級水泥作為混凝土試塊，將汝河河砂作為細骨料材料，將5～25mm表面粗糙的連續(xù)級配碎石作為粗骨料，該碎石質(zhì)地較堅硬[2]。試驗測試質(zhì)量和動彈模量運用120mm×120mm×380mm 的長方體作為試驗試件。

首先將混凝土試件在標準條件下養(yǎng)護28d，取出后再進行28d 的碳化處理，試驗前2 天將試塊從養(yǎng)護室中取出。檢測該試件的各項初始值，然后將試件放入烘干箱內(nèi)，在低于60℃的條件下進行烘干，烘干時長為48h。試件碳化至28d時將其取出。試件每進行十次硫酸鹽干濕循環(huán)后，進行一次測試，主要測試試件的質(zhì)量、動彈模量與抗壓強度[3-4]。依據(jù)混凝土材料的試驗規(guī)程，當(dāng)混凝土模量高達60%，質(zhì)量損壞程度達到5%，或已經(jīng)進行120次干濕循環(huán)時結(jié)束試驗[5]。

1.2 測試結(jié)果與分析

為驗證多因素耦合作用下混凝土材料的耐久性，以混凝土試件的抗壓強度、質(zhì)量損失率與相關(guān)動彈性模量作為評估指標。

（1）首先在不同水膠比情況下，測試混凝土試件的耐久性，如圖1所示。根據(jù)圖1可見，在碳化-硫酸鹽侵蝕-干濕循環(huán)加濕多因素耦合作用下，水膠比為0.44、0.49、0.54的混凝土試件耐久性評估指標的整體趨勢相同。混凝土的緊密程度會隨著水膠比的降低而提高，然而混凝土試件的相對動彈性模量會隨著水膠比的提高而降低速率，增加質(zhì)量損失速度，最后導(dǎo)致混凝土試件的質(zhì)量損失極大，沒有質(zhì)量穩(wěn)定階段。

圖1 不同水膠比混凝土試件的耐久性

（2）在不同粉煤灰摻量情況下，測試混凝土試件的耐久性，如圖2所示。

圖2 不同粉煤灰摻量下混凝土試件的耐久性

根據(jù)圖2可見，在碳化-硫酸鹽侵蝕-干濕循環(huán)加濕多因素耦合作用下，摻加一定量的粉煤灰可以增加混凝土材料的耐久性，降低混凝土材料的劣化程度。在一定范圍內(nèi)，混凝土試件的相對動彈性模量、抗壓強度耐蝕系數(shù)與損失率會隨著粉煤灰摻量的增加而提高，但并不是粉煤灰摻量越多越好，根據(jù)試驗可知粉煤灰的最優(yōu)摻量大約在20%～30%的范圍內(nèi)。

2 基于灰色關(guān)聯(lián)度的混凝土耐久性評估

混凝土材料耐久性評估，要以灰色關(guān)聯(lián)度作為評估依據(jù)，具體計算公式為：

評估混凝土材料耐久性時，首先對中間層次的各試件進行耐久性評估，并以試件的耐久性評估結(jié)果作為初始值，再以此計算歸一化值、指標權(quán)重、關(guān)聯(lián)系數(shù)，最終確定灰色關(guān)聯(lián)度，以此劃分混凝土材料耐久性等級。

基于灰色關(guān)聯(lián)度大小，混凝土材料耐久性評估狀態(tài)分為5級，具體如表2所示。

表2 混凝土材料耐久性評估標準

根據(jù)表2可知，如果評估等級為1級或2級，說明此時混凝土材料無需進行修復(fù)，只需要進行日常維護即可；如果評估等級為3級，說明需要對混凝土材料進行修復(fù)才能恢復(fù)其安全性；如果評估等級為4級，說明需要對混凝土材料進行安全性評估，并采取相應(yīng)措施及時修復(fù)；如果評估等級為5級，那么應(yīng)該立即提出解決方案，盡快修復(fù)混凝土材料。

3 試驗結(jié)果

計算P2組試驗數(shù)據(jù)和每10次循環(huán)后各評估指標相對于最優(yōu)指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)，具體如表3所示。

表3 各評估指標關(guān)聯(lián)系數(shù)

根據(jù)表3所見，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，各指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)整體呈下降趨勢，在循環(huán)30次的時候，關(guān)聯(lián)系數(shù)的值最高。說明多因素耦合作用下混凝土材料干濕循環(huán)30次時耐久性最好。

根據(jù)本文方法計算得出多因素耦合作用下混凝土材料各評價指標在循環(huán)后對于最優(yōu)指標關(guān)聯(lián)度為R=（0.872，0.921, 10.999, 0.892, 0.781, 0.611, 0.533, 0.462,0.407,0.365）。采取同樣計算方法可以獲得每個試驗組在每次循環(huán)后相對于最優(yōu)指標的關(guān)聯(lián)度，具體如表4所示。

表4 各試驗組關(guān)聯(lián)度值

根據(jù)表4可見，在試驗的前20天，混凝土材料的耐久性關(guān)聯(lián)度值并未達到最高值，而最高值出現(xiàn)在第30天，但這種現(xiàn)象并不能代表混凝土材料在20天內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)損傷。多因素耦合作用下混凝土材料耐久性關(guān)聯(lián)度值的變化趨勢均為先上升再下降，關(guān)聯(lián)度最大值均出現(xiàn)在第30天，說明混凝土材料整體上出現(xiàn)了耐久性先增強再下降的過程。當(dāng)試驗第50天時，混凝土材料耐久性處于優(yōu)等狀態(tài)，當(dāng)試驗80天時，混凝土材料耐久性處于低劣狀態(tài)。通過對比各試驗組在不同時期的關(guān)聯(lián)度值可知，無論何時，P組的關(guān)聯(lián)度值始終處于P1＞P2＞P3的順序，說明混凝土水灰比越小，混凝土材料的耐久性越強；在M組試驗中，M2的關(guān)聯(lián)度值始終為最大值，說明摻入一定量的粉煤灰能夠提高混凝土材料的耐久性，且最優(yōu)摻量處于20%左右。在N組試驗中，N1、N3的關(guān)聯(lián)度值差距較小，說明摻入引氣劑能夠增加混凝土材料的耐久性，但是實際效果并不明顯。

4 結(jié)束語

本文為更好評估碳化-硫酸鹽侵蝕-干濕循環(huán)加濕多因素耦合作用下混凝土的耐久性，引用灰色關(guān)聯(lián)度法，為驗證多因素耦合作用下混凝土材料的耐久性，以混凝土試件的抗壓強度、質(zhì)量損失率與相關(guān)動彈性模量作為評價混凝土材料耐久性的指標。降低了主觀因素對于評估結(jié)果的影響，降低計算難度。但是本文僅考慮了三個評估指標，存在評估指標較少的問題，仍需根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進行改善。