一种预测混凝土氯离子扩散系数的方法

x4 = ( 粉 煤 灰 占 B 重 量 百 分 比 - 2215 ) /
2215 ; x5 = (矿渣占 B 重量百分比 - 35) / 35 ; x6 = lg10 (养护天数 - 2) / 3 ; x7 = (混凝土温度 ℃- 24) / 14 ; x8 = 1 ,碎石作粗骨料 ; x9 = 0 ,卵石作粗骨料 。
如果对比混凝土的胶凝材料中有 6 %的硅灰 , 则 DC 值会从 74mm2 / a 降到 50mm2 / a 。如果混凝土 的胶凝材料中有 50 %的粒化高炉矿渣 , DC 值会从 74mm2 / a 降到 34mm2 / a 。
对比混凝土标准养护 28d 时的 DC 值 74mm2 / a , 一年以后才降到 70mm2 / a 。然而 ,如果其中 15 %的 胶凝材料是粉煤灰 ,28d 的 DC 值是 71mm2 / a ,经过 一年后会变为 62mm2 / a 。 312 骨料的影响
表 1 预测混凝土 DC 时的影响因素及其 适用范围和标准值
影响因素 水胶比 ( W/ B) 胶凝材料用量 B/ (kg·m - 3) 硅灰 ,占总 B 重量的百分 比/ %
范围
标准值
0125～0165 x1 = ( W/ B - 0145) / 012 250～600 x2 = ( B - 425) / 175
需注意 ,式 (1) 是有其限制条件的 。首先 ,大量 不同的水泥 、掺合料 、粗细骨料 、化学外加剂 、配合比 以及养护时间的不同组合形成了一个庞大复杂的体
一种预测混凝土氯离子扩散系数的方法 ———赵铁军等
系 。由于式 (1) 是通过对需要进行使用寿命估计的
实际混凝土结构广泛采样建立起来的 ,所以很少有
较高水胶比的少灰混凝土或富灰混凝土 。实际上 ,
水泥用量少和 (或) 较高的水胶比的混凝土都会导致
很高的 DC ( > 150mm2 / a) ,而且这种混凝土通常也不
会用于腐蚀性的环境中 。
应当注意到 ,当超出试验领域使用公式时 ,任何
回归模型都可能产生较大误差 。因为 DC 预测所用
的数据不是由一个单独的试验获得的 ,所以其适用
离差和标准值 ,就可以知道各影响因素超出试验范
围有多远 ,以及哪个参数需要调整以避免误差外推 。
表 2 预测 DC 的计算表
影响因素
实际值
标准值 常数
W/ B
014
B/ (kg·m - 3)
350
硅灰 ,占总 B 的百分比
6
粉煤灰 ,占总 B 的百分比 0
矿渣 ,占总 B 的百分比
0
养护时间/ d
A METHOD FOR PREDICTING CHLORIDE DIFFUSION COEFFICIENTS OF CONCRETE
Zhao Tiejun Wan Xiaomei (Qingdao Institute of Architecture and Engineering Qingdao 266033)
范围也不能明确地确定 。但出于慎重需进行离差统
计 。离差统计值 Δ 作为标准化变量的函数由式 (3)
给出 : Δ = ( x21 + x22 + x23 + x24 + x25 + x26 +
x27 + x28 ) 1/ 2
(3)
提供 DC 数Βιβλιοθήκη Baidu来源的混凝土包括离差值从 318
到 619 的配合比 。在一定条件下 ,离差值可能小于
近年来 ,由于混凝土耐久性问题引起的结构物 破坏屡屡发生 ,其修复费用高且损失严重[1 ,2] 。在这 种情况下 ,设法降低工程的全程造价 (而不仅仅是建 设投资) 受到广泛关注 。有文献[3～6] 依据 Fick 第二 扩散定律导出了在腐蚀环境下结构物使用寿命的预 测模型 。要应用这些模型 ,设计者必须首先确定适 当的 方 程 、边 界 条 件 及 合 适 的 氯 离 子 扩 散 系 数 ( DC) 。
如果对比混凝土中的碎石粗骨料用卵石取代 , 因为卵石相比碎石而言可以使氯离子容易传输 ,所 以这种替换会使 DC 值提高 。通过计算可知 DC 值 从 74mm2 / a 提高到 80mm2 / a 。 313 温度的影响
21891 x1 x6 - 11053 x4 x6 ) 2
(1)
式中 Dp ———预测的氯离子扩散系数 ,mm2 / a ;
x1 = (水胶比 W/ B - 0145) / 012 ;
x2 = ( 胶凝材料 B - 425) / 175 , B 的单位为
kgΠm2 ;
x3 = (硅灰占 B 重量百分比 - 5) / 5 ;
3 主要影响因素 要分析各种因素的影响效果 ,可采取变化各因
素值考察混凝土 DC 值变化情况的办法 。 在此 ,设定某一对比混凝土 ,该混凝土的配合比
为 :350kgΠm3 的波特兰水泥 ,014 的水灰比 ,不含掺 合料 ,混凝土成型时温度是 21 ℃,采用碎石粗骨料 并标准养护 28d 。应用式 (1) 、式 (2) 得到 DC 保守估 计值为 74mm2 / a 。以下将分别改变水灰比 、胶凝材 料用量和构成 、养护龄期 、粗骨料形状及成型温度 , 观察混凝土 DC 保守估计值的变化情况 。 311 水胶比( W/ B ) 、胶凝材料及养护龄期的影响
2 应 用
公式 (1) 给出了混凝土的 DC 平均值 。但是 ,正
如平均抗压强度通常要求比设计强度略高些一样 ,
DC 最好采用一个较保守的估计值 。为此 ,对于给定
的混凝土配合比 、温度和养护时间 ,依据保守估计值
具有 95 %以上的保证率 ,计算式如式 (2) 。混凝土
的 DC 平均值和保守估计值的关系见图 1 。
40 Industrial Construction 2001 ,Vol131 ,No112
范围和标准值 。
Dp = (51760 + 51810 x1 - 01567 x2 -
11323 x3 + 01740 x4 - 21117 x5 - 21780 x6 +
01254 x7 - 01368 x8 + 11071 x1 x4 -
318 。但这不会构成太大的问题 ,因为当 DC 接近均
值时 ,离差值将接近于零 。原则上 ,离差是为了防止
误差外推和太小的 DC 值出现 。所以实际上 ,对 D
< 6 的混凝土用式 (1) 处理就可以得到合理的估计
值 。除了离差参数 ,如果混凝土参数落在试验区范
围之外 ,标准值 xi 就小于 - 1 或大于 1 。通过衡量
Abstract : The chloride diffusion coefficient of a concrete is an important parameter in predicting the corrosion of steel in a concrete and the durability of the structures. This paper provides an equation to estimate the chloride diffusion coefficient from concrete mixture proportions , points out the problems in applications and discusses some influential factors. Keywords : water2binding materials ratio mineral admixture curing age statistical analysis
1 计算公式 DC 计算公式是建立在大量试验和对试验结果
及参数进行统计分析基础上的 。共试验了各类混凝 土 420 组 ,所有试样都在标准试验条件下成型和养 护 ,并在测试前达到饱和 。采用筛选和加权的手段 对几个重要变量的线性组合进行多元回归分析 ,作 为结果的模型方程 (1) 可以解释大约 80 %的总体变 化率 (图 1) 。表 1 给出了相应的影响因素及其适用
0～10 x3 = (硅灰 % - 5) / 5
粉煤灰 ,占总 B 重量的百分 比/ %
0～45
x4 = (粉煤灰 % - 2215) / 2215
粒化高炉矿渣 ,占总 B 重量 的百分比/ %
养护时间/ d 混凝土拌和温度/ ℃ 粗骨料表面状况
0～70 x5 = (矿渣 % - 35) / 35
3～1 100 x6 = lg10 (养护时间 - 2) / 3 10～38 x7 = (温度 - 24) / 14 有棱角 x8 = 1 光滑 x8 = 0
3 国家自然科学基金 (批准号 59878021) 和山东省自然科学基金 (批 准号 L20000F02) 资助项目 。 第一作者 :赵铁军 男 1961 年 1 月出生 博士 教授 收稿日期 :2001 - 08 - 10
工业建筑 2001 年第 31 卷第 12 期
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
在这些要求中 ,选择合适的 DC 最为困难 。目 前国际上还没有一个通用的确定混凝土 DC 的试验 方法 。比较有影响的方法是分析现有结构的 、多年 浸泡试验的或稳态扩散试验的氯离子剖面 (即氯离 子浓度可用深度的函数来表示) ,以及近年来提出的 一些快速试验方法[7～9] 。本文则介绍一种无须进行 试验就能迅速得到 DC 估计值的方法[10] 。
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系数 51760 51810 - 01567 - 11323 01740 - 21117 - 21780 01254 - 01368 11071 - 21891 - 11503
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© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
28
混凝土成型时温度/ ℃
21
粗骨料表面状况
碎石
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DC 平均值/ (mm2·a - 1) DC 保守估计值/ (mm2·a - 1) Δ,离差 (期望小于 6)
2715 50 416
x1 = - 01250 x2 = - 01429 x3 = 01200 x4 = - 11000 x5 = - 1100 x6 = 01472 x7 = - 01214 x8 = 11000 x1 ×x4 = 01250 x1 ×x6 = - 01120 x4 ×x6 = - 01470
一种预测混凝土氯离子扩散系数的方法 3
赵铁军 万小梅
(青岛建筑工程学院 青岛 266033)
摘 要 : 混凝土的氯离子扩散系数是预测混凝土中钢筋锈蚀及结构耐久性的重要参数 。介绍了一种由混凝土组成材 料预测其氯离子扩散系数的经验计算公式 ,指出应用中注意的问题 ,并讨论了主要影响因素 。 关键词 : 水胶比 掺合料 龄期 统计分析
分析表明 , W/ B 是影响 DC 保守估计值最重要 的因素 。例如 ,将对比混凝土的水胶比从 014 提高 到 015 ,则 DC 值从 74mm2 / a 提高到 106mm2 / a 。若 保持 014 的水胶比不变 ,增加 50kgΠm3 的水泥和相应 的水 , DC 值则相对保持不变 。这与文献[ 11 ]所述情 况一致 。但还需进一步研究某一特定混凝土是否存 在最佳的胶凝材料用量 ,因为氯离子主要是通过浆 体传输 ,而较高的胶凝材料含量会增大浆体的体积 。
DC 保守值 = 16 + 1124 ×Dp
(2)
图 1 DC 测量值与预测值相比较 1 - DC 保守估计值 ;2 - 平均线
使用式 (1) 、式 (2) 的简单方法是将所有影响因 素列在如表 2 的表格内 ,其中第一列的上部是预测 变量 ,第二列是用于改变预测扩散系数的实际值 ,第 三列和第四列是与表 1 相对应的标准值 。例如 ,表 2 中所示的水胶比 W/ B 是由 (014 - 015) / 012 = 0125 得来的 。最后一列参数是由式 (1) 给出的系 数 。表 2 的最后 3 行分别是用式 (1) 、式 (2) 、式 (3) 计算出的结果 。