海港工程大摻量混凝土性能的量化評估方法與流程
2023-06-10 15:44:46 2
本發明涉及一種混凝土性能的評估方法，具體是一種海港工程大摻量混凝土性能的量化評估方法，此處性能指的是力學性能和耐久性指標。
背景技術：
我國擁有廣闊的海洋，並且大規模的建設基本集中在沿海地區。在沿海地區，因海水中的氯離子滲透等因素會導致混凝土構件腐蝕情況嚴重，從而給社會帶來了巨大的經濟損失，甚至還會威脅到作業人員和使用群眾的生命財產安全。
在海港工程中，大摻量混凝土的力學性能和耐久性指標是衡量該種混凝土性能優劣的重要指標。目前，對國內外海港工程大摻量混凝土性能評估方法主要通過定性分析或工程經驗估算，難以定量計算，因此有必要提出一種量化評估方法，其可以根據特定算法定量地分析評估海港工程中設計的大摻量混凝土的力學性能和耐久性指標，根據量化的性能指標數據來決定是否使用該項膠凝材料替代水泥及其替代的比例，還可以分析配合比是否合理，並為具體工程的不同要求快捷精準地確定配合比。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種用量化指標來快捷、精準地評估海港工程大摻量混凝土的力學性能及耐久性指標的方法。其中，力學性能包括抗壓強度和彈性模量，耐久性指標由快速氯離子滲透(RCM)實驗及電通量腐蝕實驗得出的數據得到。該方法解決了現有的對於海洋環境下混凝土的力學性能和耐久性評估參數主要通過定性分析或工程經驗估算、難以定量計算的缺陷。
一種海港工程大摻量混凝土性能的量化評估方法，其應用數學的方法對混凝土力學性能和結構耐久性指標加以量化，利用這兩種性能指標的關係式，根據研究對象的邊界條件與矽酸鹽混凝土試件在相同條件下測試得到的各參數來建立模型，進而對研究對象的力學性能和耐久性進行綜合評估。
本方法的具體步驟為：
(1)確定海港工程混凝土材料性能的影響因素：軸心立方體抗壓強度標準值fcu,k、彈性模量E、表面氯離子濃度Cs、氯離子擴散係數Dcl、混凝土材料的水膠比w/b、氯離子閥值[Cl-]、混凝土保護層厚度c、齡期衰減係數n、電通量腐蝕實驗結果值Dd；
(2)選取與研究對象具有相似環境條件的第三方參照物；
(3)收集研究對象與第三方參照物在實驗初始時刻各影響因素的邊界條件：軸心立方體抗壓強度標準值fcu,k、混凝土材料的水膠比w/b、氯離子閥值[Cl-]、混凝土保護層厚度c；
根據具體工程規範查找軸心立方體抗壓強度標準值fcu,k、混凝土材料的水膠比w/b、氯離子閥值[Cl-]和混凝土保護層厚度c；
(4)收集研究對象與第三方參照物的實驗數據：彈性模量E、表面氯離子濃度Cs、氯離子擴散係數Dcl、齡期衰減係數n、電通量腐蝕實驗結果值Dd；
(5)根據具體工程各構件的用途和所處環境，運用Matlab軟體工具擬合分析各數據的權重，用一個定量的值來描述海港工程大摻量混凝土的性能，其內容包括海港工程大摻量混凝土的力學性能函數其耐久性指標用函數Z＝γ(Dci,Dd)表示；
(6)通過對第三方參照物在現場環境的腐蝕規律與相對應的混凝土試件在相同環境下的腐蝕規律進行對比分析，得到混凝土結構在其他膠凝材料替代水泥的比例(摻量)不同的情況下海港工程大摻量混凝土結構的腐蝕情況，並與普通矽酸鹽混凝土相對應試件的腐蝕規律進行對比，從而得到研究對象在力學性能和耐久性指標方面的優劣情況；用這個短期的相似關係對不同服役環境的相似關係進行修正，得到適用於研究對象的基於環境時間的多因素相關模型；根據這個多因素相關模型，對研究對象的力學性能和耐久性進行綜合評估；
(7)根據力學性能和耐久性指標的參數，判別設定的配合比和具體改動方案對結果的影響。
本發明的顯著優點和突出的特點在於：
1.選取常用來衡量海港工程混凝土性能的力學性能和耐久性指標來評估大摻量混凝土的配合比設計是否合理；
2.通過多因素模型綜合分析實際測量得到的海港工程大摻量混凝土的抗壓強度和彈性模量來表示其力學性能；
3.通過多因素模型綜合分析實驗得到的海港工程大摻量混凝土的快速氯離子擴散實驗值和腐蝕實驗值來表示其耐久性指標；
4.定量地分析海港工程大摻量混凝土配合比的微小變化對其力學性能和耐久性指標的具體影響；
5.可以為具體工程的不同要求，快捷精準地確定配合比。
6.對於海港工程具體項目上製備得到能同時滿足該環境和工程承載條件下力學性能和耐久性的設計要求的高性能混凝土，具有十分重要的指導意義。
附圖說明
圖1為海港工程大摻量混凝土構件的工作環境示意圖。
具體實施方式
以下結合具體實施方式對本發明作詳細描述。
本發明是一種將理論知識和實際工程案例的具體數據緊密結合的海港工程大摻量混凝土性能的量化評估方法。這種方法面向大多數實際工程中既要抵禦氯離子侵蝕又需要保證其強度不急劇降低的矛盾而進行的海港工程混凝土構件的配合比設計和調整的問題。該方法解決了現有的對於海洋環境下混凝土結構力學性能和耐久性評估參數主要通過定性分析或工程經驗估算、難以定量計算的缺陷。
鑑於圖1所示的海港工程大摻量混凝土構件的工作環境，本發明提供了一種海港工程大摻量混凝土性能的量化評估方法，該方法包括以下步驟：
(1)確定海港工程混凝土材料性能的影響因素：軸心立方體抗壓強度標準值fcu,k、彈性模量E、表面氯離子濃度Cs、氯離子擴散係數Dcl、混凝土材料的水膠比w/b、氯離子閥值[Cl-]、混凝土保護層厚度c、齡期衰減係數n、電通量腐蝕實驗結果值Dd；
(2)選取與研究對象具有相似環境條件的第三方參照物，第三方參照物選取與研究對象具有相同的養護條件和相同的養護齡期且其他配合物參數相同的普通矽酸鹽混凝土；
(3)收集研究對象與第三方參照物在實驗初始時刻各影響因素的邊界條件：軸心立方體抗壓強度標準值fcu,k、混凝土材料的水膠比w/b、氯離子閥值[Cl-]、混凝土保護層厚度c；
根據具體工程規範查找軸心立方體抗壓強度標準值fcu,k、混凝土材料的水膠比w/b、氯離子閥值[Cl-]和混凝土保護層厚度c；
(4)收集研究對象與第三方參照物的實驗數據：彈性模量E、表面氯離子濃度Cs、氯離子擴散係數Dcl、齡期衰減係數n、電通量腐蝕實驗結果值Dd；
測定表面氯離子濃度Cs時，將試樣溶液與電極標準液放置於同一室溫下8h後再測量，最後計算時，將0～10mm深度處的氯離子含量作為表面氯離子濃度Cs。氯離子擴散係數Dcl通過快速氯離子滲透(RCM)實驗測得。其計算公式如下：
式中，m為穿透物質總量；l為穿透距離；t為時間；S為穿透面積；為兩邊濃度梯度。
齡期衰減係數n的計算公式如下：
式中，Di為歷經環境作用時間ti後測得的擴散係數；指數θ與膠凝材料種類、摻量及不同環境條件有關。
將與研究對象相對應的普通矽酸鹽混凝土試件擺放在與工程結構部位相對應的現場環境中，並對現場擺放的混凝土試件進行定期取樣檢測。一般情況下，每28天取一次樣，至少取樣3次，以獲得試件在現場海洋環境中的腐蝕規律。
(5)根據具體工程各構件的用途和所處環境，運用Matlab軟體工具擬合分析各數據的權重，用一個定量的值取代之前用定性的術語來描述海港工程大摻量混凝土的性能。其內容包括海港工程大摻量混凝土的力學性能函數其耐久性指標用函數Z＝γ(Dci,Dd)表示。假定普通矽酸鹽混凝土的力學性能和耐久性為1.0，大摻量混凝土的性能表示為一個小於1.0的值，這意味著其性能相對低於普通矽酸鹽混凝土，或者一個值大於1.0，這意味著該大摻量混凝土在這方面的特定屬性和功能要強於普通矽酸鹽混凝土；
(6)通過對第三方參照物在現場環境的腐蝕規律與相對應的混凝土試件在相同環境下的腐蝕規律進行對比分析，得到混凝土結構在其他膠凝材料替代水泥的比例(摻量)不同的情況下海港工程大摻量混凝土結構的腐蝕情況，並與普通矽酸鹽混凝土相對應試件的腐蝕規律進行對比，從而得到研究對象在力學性能和耐久性指標方面的優劣情況。用這個短期的相似關係對上述不同服役環境的相似關係進行修正，得到適用於研究對象的基於環境時間的多因素相關模型。根據這個多因素相關模型，便可對研究對象的力學性能和耐久性進行綜合評估；
(7)根據力學性能和耐久性指標的參數，判別設定的配合比和具體改動方案對結果的影響。在具體工程中，可以根據環境的變化和具體施工的不同要求，為評估混凝土配合比設計提供可靠依據。
本發明的混凝土性能評估方法既能評估海港工程大摻量混凝土的力學性能和耐久性指標，同時也可以設置其他參數和指標評估其他環境下混凝土的受腐蝕狀況和力學性能。