土木專業(yè)外文翻譯

1、 關(guān)于預(yù)測暴露在海洋環(huán)境中混凝土的耐用年限的可靠性方法By Mônica Prezzi, Philippe Geyskens, and Paulo J. M. Monteiro在上述混凝土的使用壽命中，結(jié)構(gòu)承受外界因素或作用劑及時(shí)的作用都可能使混凝土從安全使用狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭Щ驌p壞狀態(tài)。其中一個(gè)能引發(fā)包裹在混凝土中的鋼筋的銹蝕的過程是氯離子到達(dá)主筋后導(dǎo)致鈍化膜的破壞。本文提供了一種解釋浸沒試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測暴露在氯離子環(huán)境中混凝土的使用壽命的方法。一旦浸沒試驗(yàn)決定了氯離子分布，我們就能通過測量每一點(diǎn)氯離子含量來知道氯離子自由擴(kuò)散系數(shù)的情況。這些樣品用來估算擴(kuò)散系數(shù)作用的概率密度。緊接著進(jìn)行

2、有關(guān)10個(gè)不同輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土混合比的可靠分析。當(dāng)腐蝕從鋼筋處開始時(shí)，就視為該鋼筋混凝土構(gòu)件失效，也就是說，在鋼筋處的氯離子濃度達(dá)到一定量的時(shí)候鋼筋混凝土構(gòu)件就視為失效。然后我們計(jì)算一些被調(diào)查的混凝土混合物經(jīng)過一段時(shí)間后開始腐蝕的概率。關(guān)鍵詞：氯離子；腐蝕；高強(qiáng)混凝土；輕質(zhì)混凝土；可能性因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的保養(yǎng)和修復(fù)的費(fèi)用很高，混凝土耐久性成為混凝土混合物特性重要的考慮因素之一。其中一種廣泛的損壞是混凝土大橋，道路，停車庫，海洋結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕。據(jù)估計(jì)，單美國每年因腐蝕損害花費(fèi)大概就達(dá)到1260億美元?；炷晾镤摻畹匿P蝕通常和以下一種或幾種原因有關(guān)：氯離子的侵入，碳酸化作用，酸類的侵蝕和生物作用。本文關(guān)注

3、處在暴露環(huán)境的開始于氯離子的侵蝕的混凝土中的鋼筋。不管是來自防凍鹽水還是海水的氯離子，都可能侵入混凝土或貫穿混凝土進(jìn)而覆蓋和接觸到鋼筋。一旦氯離子接觸到鋼筋，就會分解掉在鋼筋表面形成的鈍化膜，或抑制鈍化膜的形成。不幸的是，盡管過去一些年關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕的機(jī)理的理解已經(jīng)取得大量進(jìn)展，但是關(guān)于預(yù)測一個(gè)結(jié)構(gòu)預(yù)期的和剩下的使用壽命還沒有完全滿意和可靠的預(yù)測?；炷林袖摻畹母g包括很多因素。不確定因素與材料本身，暴露的環(huán)境和缺乏能夠充分解釋混凝土隨時(shí)間、海洋深度和不同的所處環(huán)境產(chǎn)生化學(xué)變化的理論模型有關(guān)，這些都是研究者所要面對的難題。通常，氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)是從諸如浸沒試驗(yàn)的試驗(yàn)測試估計(jì)

4、來的。經(jīng)過一段時(shí)間的暴露之后，在遠(yuǎn)離暴露的混凝土表面的一些位置測得氯離子含量。（氯離子含量分布）。本文提出一個(gè)混凝土樣本的擴(kuò)散系數(shù)可以通過菲克第二定律的特解在每個(gè)有氯離子含量的測量的點(diǎn)的模型反演來估算。得到的擴(kuò)散系數(shù)用來確定概率密度分布函數(shù)（PDF）。在給定擴(kuò)散系數(shù)的概率密度分布函數(shù)后，就可以進(jìn)行評價(jià)給定的一組環(huán)境下的腐蝕概率的可靠性分析。當(dāng)腐蝕進(jìn)行到一定深度的時(shí)候，也就是說當(dāng)一定氯離子臨界濃度超過那個(gè)深度，研究中的鋼筋混凝土就視為達(dá)到它的極限狀態(tài)（失效），我們將會執(zhí)行十個(gè)輕質(zhì)高強(qiáng)的混凝土混合比的可靠性分析來看哪個(gè)浸沒試驗(yàn)結(jié)果適合寫入文獻(xiàn)中。 研究意義結(jié)構(gòu)或材料的使用壽命的預(yù)測是工程師們面對的

5、主要挑戰(zhàn)之一。能夠抵抗惡劣環(huán)境的材料的需求在日益增長。研究人員不僅在努力滿足這種需要，并且也在發(fā)展實(shí)用規(guī)程來最好的預(yù)測這些材料的使用壽命。本文提出一種方法來解釋浸沒試驗(yàn)的結(jié)果并預(yù)測暴露在氯離子環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。 使用壽命的預(yù)測 根據(jù)Clifton所說，該方法適用于估計(jì)處于惡化進(jìn)程中的混凝土的使用壽命的依據(jù)是：（1）經(jīng)驗(yàn)；（2）相似材料的表現(xiàn)；（3）加速試驗(yàn)；（4）能夠描述化學(xué)和物理降解過程的數(shù)學(xué)模型；（5）可靠性和隨機(jī)概念的應(yīng)用。 本文集中在基于可靠性和隨機(jī)概念的應(yīng)用，但一些方法可能同時(shí)被使用。呈現(xiàn)在這里的可靠性分析適用于與氯離子作用導(dǎo)致鋼筋開始腐蝕的混凝土的惡化過程。其他惡化過程

6、也可以進(jìn)行相似的分析，只要調(diào)節(jié)惡化機(jī)理的數(shù)學(xué)公式就可以被使用。以當(dāng)前的知識水平，將腐蝕過程中包括的所有變量引入數(shù)學(xué)模型實(shí)際上是不可能的。為了預(yù)測已知的混凝土構(gòu)件，我們需要做很多假設(shè)。在一個(gè)完全干燥的環(huán)境，因?yàn)槿狈鬏旊x子的電解質(zhì)溶液，腐蝕是不可能發(fā)生的，并且，氯離子通過混凝土保護(hù)層的傳送也被限制。然而，在再濕潤期間，毛細(xì)作用力拖拽外部的溶液進(jìn)入混凝土，同時(shí)將帶有氯離子的鹽分帶了進(jìn)來。為了模擬多孔性材料里的氯化物進(jìn)入過程，我們假設(shè)飽和環(huán)境存在，并且菲克定律適用，即使當(dāng)材料被浸濕，但是由于缺乏氧氣而不產(chǎn)生陰極反應(yīng)因此腐蝕沒有發(fā)生。事實(shí)上，是由暴露的環(huán)境和氯離子侵入機(jī)理共同作用形成了一部分特定結(jié)構(gòu)的

7、腐蝕過程。使用菲克定律的另一個(gè)問題是一些來自方程式的假設(shè)并不很符合混凝土的情況。例如，其中一個(gè)由菲克第二定律引出的假設(shè)是多孔介質(zhì)是均勻的，這并不符合混凝土的實(shí)際情況。我們還假設(shè)介質(zhì)是不起反應(yīng)的且不吸附的，這點(diǎn)對混凝土也不適用。物理上來講，氯離子可以吸附在細(xì)孔的表面，化學(xué)上來講，氯離子還可以和鋁酸鹽類結(jié)合，形成氯-鋁酸鹽復(fù)合物。此外，混凝土試樣的實(shí)驗(yàn)測試還表明氯離子的擴(kuò)散率隨著時(shí)間，電解質(zhì)溶液類型和濃度的變化而變化。時(shí)間依賴性部分上是水泥持續(xù)水化反應(yīng)和細(xì)孔持續(xù)堵塞的直接結(jié)果。盡管基于菲克定律做的假設(shè)和打算應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)有出入，菲克定律仍然提供了一個(gè)唯一能模仿氯離子擴(kuò)散進(jìn)混凝土的方式。一旦其他能精確的

8、表現(xiàn)氯離子傳輸進(jìn)混凝土的定律或模型發(fā)展出來，我們就能執(zhí)行呈現(xiàn)在這里的一樣的分析。為了單方面表現(xiàn)氯離子擴(kuò)散進(jìn)混凝土，我們就采用菲克第二定律如下形式 應(yīng)用如下邊界條件：并且假設(shè)混凝土是均勻的各項(xiàng)同性的材料，并且混凝土和擴(kuò)散的物質(zhì)是不發(fā)生反應(yīng)的，微分方程的解答就顯而易見了這里Ci是從海水中（或其他電解質(zhì)溶液）擴(kuò)散進(jìn)混凝土的i類物的集合（氯離子），有著溶質(zhì)濃度Cs(Cs保留了隨著時(shí)間的常量)Co是混凝土構(gòu)件中氯離子的初始濃度，D是擴(kuò)散率或擴(kuò)散系數(shù)。x 是從混凝土暴露表面到我們要考慮的點(diǎn)之間的距離。t 是混凝土構(gòu)件在海水中或綜合的溶液中暴露的時(shí)間，erfc是余誤差函數(shù)。估計(jì)氯化物分布每一點(diǎn)的擴(kuò)散系數(shù)假設(shè)

9、沒有氯化物粘合或吸附，并且100%飽和，用下列轉(zhuǎn)換公式可以將由像浸沒實(shí)驗(yàn)這種實(shí)驗(yàn)室測得的氯離子含量分布轉(zhuǎn)換為氯離子濃度分布：這里C（百分?jǐn)?shù)）是每單位水重量的氯離子濃度，Cdry concrete （百分?jǐn)?shù)）是每單位干混凝土重量的氯離子含量。dry concrete (kg/m3)是混凝土單位重量，是水密度(1000 kg/m3 = 62.43 lb/ft3)，n是混凝土孔隙率。為了將氯離子粘合物和吸附物考慮進(jìn)去，每單位轉(zhuǎn)換后獲得的值乘以換算系數(shù)來獲得自由氯離子濃度分布剖面圖。用暴露在海水或氯離子溶液中一定時(shí)間的氯離子濃度分布剖面圖，可以反過來用菲克第二定律Eq. (2)的反解反算出來擴(kuò)散系數(shù)。

10、菲克第二定律的逆運(yùn)算沒有精確解，但是一個(gè)牛頓拉普森的求根算法可以算出已知時(shí)間t和位置x的相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)D。腐蝕開始的氯離子臨界濃度 腐蝕開始（失效或極限狀態(tài)）的模式能用指定一個(gè)氯離子濃度臨界值這種簡化的方法，達(dá)到或超過臨界值腐蝕就會開始。根據(jù)一些研究人員的成果，規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)詳細(xì)指定了氯離子含量的臨界值。Gjørv et al.4總結(jié)了用不同的規(guī)范說明的氯離子含量的臨界值。隨后的分析中，我們采用挪威規(guī)范中 NS 3420推薦的暴露在氯離子環(huán)境中的正常鋼筋混凝土里的氯離子含量臨界值。（按照混凝土重量百分比的0,4%的氯離子酸溶液） Hausmann5 和Gouda6提議當(dāng)氯離子和氫氧離子

11、的比例界限超過一定值時(shí)，腐蝕開始發(fā)生。根據(jù)Hausmann5的說法是氯離子和氫氧根離子比例超過0.6. Hausmann5是調(diào)查鋼筋暴露在氫氧化鈣溶液中的實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果。Gouda6提議了一個(gè)相似的數(shù)據(jù)，除了氯離子濃度臨界值在高于13.5PH值時(shí)，氯離子濃度臨界值實(shí)際上是保持不變的。Gouda6的溶液的PH值要比Hausmann5調(diào)查中所用的要高。Diamond7檢查了Gouda6的實(shí)驗(yàn)并建議PH更能代表混凝土中的孔隙溶液，更恰當(dāng)?shù)呐R界值是Cl/OH = 0.3 (pH =13.3).如果混凝土孔隙溶液的PH值已知，那么氯離子濃度的臨界值就可以從之前討論的關(guān)系中估算出來。 鋼筋混凝土中氯離子濃

12、度達(dá)到臨界值后所達(dá)到的極限狀態(tài)環(huán)境的假設(shè)，與像Tuutti.8提出的混凝土中鋼筋腐蝕的概念性模型相一致。因?yàn)槌擞苫炷撂峁┑拟g化膜可能抵抗腐蝕，有些人可能爭辯當(dāng)我們?nèi)P分析耐久性的時(shí)候這個(gè)方式就很局限。其他考慮所有因素的概念模型在文獻(xiàn)中就有提及。(Mehta andGerwick9 and Mehta10).盡管如此，考慮到理論上模擬混凝土降解過程的難度，我們先分析更簡單的問題，然后努力吸收完整的分析中的相關(guān)要考慮的內(nèi)容這樣更講得通。 可靠性公式化 可靠性分析提供了一個(gè)評估一個(gè)構(gòu)件失效概率的方法(Der Kiureghian11)。術(shù)語“component”即描述將極限狀態(tài)定義為一個(gè)單一連續(xù)

13、的極限狀態(tài)函數(shù)的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件，目前的問題是只有擴(kuò)散系數(shù)D被認(rèn)為是自由的，極限狀態(tài)函數(shù)(D)可以寫為這里CT是氯離子濃度臨界值，因?yàn)橐阎狢o和Cs,濃度值C(D)就是距離混凝土表面x和時(shí)間t時(shí)候的氯離子濃度。只有混凝土構(gòu)件是安全狀態(tài)，函數(shù)值g（D）才是正的，也就是說，在鋼筋處的氯離子濃度（距離混凝土表面x處的）低于臨近濃度值。極限狀態(tài)函數(shù)g（D）也可以視為超出CT的安全邊界。有了PDF的D，最尖端的可靠性軟件如CALREL就可以用來評估失效概率，也就是說，給定x和t后氯離子臨界濃度CT達(dá)到的概率。給定時(shí)間t和位置x后氯離子濃度超出臨界值的概率可以表達(dá)為這里FC(.)是C的累積分布函數(shù)（CDF）

14、，這樣一來，在Eq. (2)里描述的C和D一對一的關(guān)系，超出數(shù)失效概率就可以寫為。這里FD(.)是累積分布函數(shù)的D，DT是由菲克第二定律的反解得到的擴(kuò)散率臨界值(DT = f 1CT).假設(shè)擴(kuò)散系數(shù)有著對數(shù)正態(tài)分布。結(jié)果可像如下求得超越概率：D和D標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的參量，(.)是CDF的標(biāo)準(zhǔn)形式，參量D和D是由已知的每個(gè)氯離子濃度剖面圖的菲克第二定律的解的模型反演得到的擴(kuò)散值估算出的。DT值可以由牛頓拉普森迭代輕松地推算出來。失效概率可以通過CALREL或表達(dá)式計(jì)算出來。用CALREL的優(yōu)點(diǎn)是，它能考慮到分布規(guī)律和極限狀態(tài)函數(shù)的參量進(jìn)而計(jì)算出失效概率估算值的敏感性。并且CFLREL容許引進(jìn)問題中的

15、自由變量，更進(jìn)一步改進(jìn)了分析。試驗(yàn)結(jié)果的評估 文獻(xiàn)中(Zhang atal.13)可以使用的浸沒試驗(yàn)的測試結(jié)果可以證明先前內(nèi)容提議的分析的適用性。試件的預(yù)備程序和浸沒試驗(yàn)的方法可以從Gjørv et al.4中找到。使用Zhanget al.的13試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)是它代表了試件樣本暴露在海水中的野外條件。樣本暴露在海水中7年3個(gè)月的10種挑選的混凝土混合比的一些特征值呈現(xiàn)在表一中(Gjørv et al.4)。輕質(zhì)混合物的特征值可以從zhang的文獻(xiàn)中找到。Gjørv.14 表 2呈現(xiàn)了試樣暴露在海水中7年又3個(gè)月后測得的酸性電解質(zhì)溶液中氯離子含量剖面圖。表2顯示了

16、在海水中7年3個(gè)月所有構(gòu)件樣本的氯離子含量剖面圖有著共同的圖案。氯離子含量從樣本表面增加直到到0.45到0.75cm（0.18或0.3英寸）的深度。從峰值向3.13cm（1.24英寸）深的氯離子濃度最后測點(diǎn)，氯離子濃度遞減。（由氯離子含量繪制的剖面圖有兩個(gè)階段）。初看，這個(gè)影響看起來讓人詫異，因?yàn)闃颖疽呀?jīng)持續(xù)浸泡著而且離子擴(kuò)散（離子濃度梯度導(dǎo)致）是唯一預(yù)料到飛傳送氯離子的機(jī)制。如果樣本循環(huán)干濕，事實(shí)上毛細(xì)水吸力就可以解釋這種現(xiàn)象。這個(gè)未預(yù)料到的表現(xiàn)的原因至少一定程度上可以解釋為，選擇測量氯離子含量和多孔性材料的過程的形式。 實(shí)際原因是，氯離子含量測量形式通常是干混凝土重量的百分比，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中

17、非常難以測量水泥漿溶液孔中氯離子的實(shí)際濃度。并且更難的是測定氯離子濃度從混凝土表面開始時(shí)如何變化的。氯離子含量剖面圖中氯離子含量的測量形式是混凝土或水泥重量的百分比，然而不要呈現(xiàn)出實(shí)際中被浸沒試驗(yàn)?zāi)７碌默F(xiàn)象。如果擴(kuò)散是考慮到的現(xiàn)象，并且菲克定律適用，那么就應(yīng)該考慮在混凝土孔隙溶液中的自由氯離子濃度，而不是材料中的氯離子含量。為此，以干材料或干水泥中重量的百分比形式的氯離子含量就應(yīng)該改為氯離子濃度值，也就是說，采用溶液重量的百分比。查閱 Eq. (3). 為了用轉(zhuǎn)換公式（3），我們就需要知道孔隙率和單位重量隨距混凝土表面的距離是如何變化的。（兩者應(yīng)該在測量氯離子含量時(shí)同時(shí)測得）。我們需要知道單位

18、重量混凝土隨樣本剖面變化的的原因關(guān)系到“表面”效應(yīng)和混凝土孔隙率。正常重量的混凝土振動過后，水分帶著混凝土微粒流向表面。這個(gè)過程使得樣本混凝土構(gòu)件外表面的混凝土內(nèi)部的砂子的含量增多。結(jié)果混凝土樣本外表面包含了一層由砂子帶來的一層水泥漿，而且和只有在這層下的塊體.這些表層可以作為混凝土擁有特別性能和組成的“表面”(Kreijger15)從文獻(xiàn)里查得。單位重量合成物的影響在本研究中不予考慮，因?yàn)橐徊糠只炷帘韺釉诒┞对诤Ｋ兄熬捅灰迫チ耍敳凯h(huán)氧層被切掉）并且只有混凝土樣本的單位毛重能夠確定。并且，混凝土配合比中包括了比其他混凝土組成成分更輕且容易移動到表面的混凝土輕骨料。 另一個(gè)因素是混凝土孔

19、隙率，除了水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)這些原因，混凝土孔隙率會隨著時(shí)間顯著改變。據(jù)報(bào)告一些暴露在海水中的混凝土表面的孔隙率會顯著減少。(Buenfeld 和Newman16 和 Haynes17). Buenfeld 和 Newman18 和Buenfeld et al.19測量了永久浸沒在海水里的混凝土和灰漿樣本的電阻系數(shù)，測量結(jié)果顯示浸沒了海水的電阻率增加因此支持了孔隙率縮減的理論?？紫堵士s減的原因是氫氧化鎂碳酸鈣混合物層在材料表面的形成，此外還有更普遍的水泥漿孔微觀結(jié)構(gòu)壓縮飛漸變 (Buenfeld and Newman16,18)。暴露在海水中混凝土孔隙縮減的過程在文獻(xiàn)中被指為“入口處氯離子的

20、自閉塞” (Poulsen20).由干材料或水泥重量百分比描繪的氯離子含量所得的“兩階段”剖面圖可以成為測量工程量過程的結(jié)果。描繪干混凝土或干水泥中氯離子含量的重量百分比可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的解釋。假設(shè)混凝土孔隙率因?yàn)榫嚯x上小于x而減少，實(shí)際上氯離子濃度可能從x到暴露的混凝土表面增大，同時(shí)相關(guān)聯(lián)的氯離子含量的干混凝土重量百分比減少。查閱 Eq. (3); chloride concentration Cis inversely related to porosity.本研究無視氯離子含量剖面圖中峰值前測得的氯離子含量。 就考慮到腐蝕而言，只有混凝土漿空隙中溶液中的自由氯離子起決定作用。在研究自由氯離子

21、剖面圖時(shí)，自由氯離子濃度，更精確的說是在暴露的樣本表面邊界的自由氯離子濃度已知，而且等于海水中的自由氯離子濃度（3.5%的重量百分比）。即使用不同的方法來測量酸溶液和變成粉末的混凝土樣本中氯離子的總量，我們在實(shí)驗(yàn)中也認(rèn)為他們的總量是一樣的。用氯離子含量剖面圖計(jì)算氯離子總量的時(shí)候的缺點(diǎn)之一是樣本暴露的表面的氯離子總量被假設(shè)做曲線擬合時(shí)認(rèn)為是一個(gè)變量。在擴(kuò)散率和表面氯離子含量之外，一些作者也認(rèn)為樣本的初始氯離子含量是一個(gè)變量。用曲線擬合得到的擴(kuò)散率決定于氯離子含量剖面圖的點(diǎn)的數(shù)量、假設(shè)的表面的值、初始氯離子含量和擬合方法。通過分析菲克定律的解，我們可以很清楚的知道，如果在整個(gè)樣本里氯離子化合物不變

22、，用氯離子含量剖面圖算出來的擴(kuò)散率就將只能等于用自由氯離子濃度剖面圖得到的擴(kuò)散率。因?yàn)閷σ恍┱澈衔锏陌俜致剩僭O(shè)隨著樣本保持不變）做了可靠性分析后，沒有得到研究中的硬化混凝土的粘合能力的試驗(yàn)結(jié)果。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以評估粘合物擴(kuò)散率值的影響和使用壽命的預(yù)測。用Eq(3)可以將總氯離子含量值和氯離子臨界值轉(zhuǎn)化為氯離子濃度值。這個(gè)值再乘以下列折減系數(shù)：0.2，0.25,0.3，0.35和0.4。由每個(gè)樣本計(jì)算獲得的五個(gè)自由氯離子濃度分布剖面圖分別對應(yīng)百分之80,75,70,65和60的粘合物百分率。圖一顯示了有配合比1的樣本獲得的總的自由氯離子濃度剖面圖。觀察到總的氯離子濃度分布剖面圖根據(jù)考慮到

23、的粘合物百分比劃定范圍，而表面氯離子濃度，即海水氯離子濃度（3.5%）在五個(gè)氯離子濃度分布剖面圖里保持不變。 結(jié)果分析 表3總結(jié)了由7年3個(gè)月得到的試樣的擴(kuò)散率的平均結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)偏差。因?yàn)闆]有評估樣本的氯離子粘合物的特征值，我們就以考慮到的粘合物的百分比的形式來比較擴(kuò)散率。硅粉對擴(kuò)散率的影響可以通過比較由配合比2和4的結(jié)果來評估，配合比2包括500 kg/m3 (31.2lb/ft3)的水泥和50 kg/m3 (3.12 lb/ft3)的硅粉；配合比4包括550 kg/m3 (34.3 lb/ft3)的水泥，且沒有硅粉。4號配合比樣本的擴(kuò)散率對2號配合比樣本的擴(kuò)散率的比率從1.86增長為2.47

24、.這個(gè)結(jié)果表明硅粉對混凝土微觀結(jié)構(gòu)有很大影響，因此對擴(kuò)散率也有很大影響。2號和5號的混合比很相似，分別是500 和50 kg/m3 (31.2 和3.12 lb/ft3)的水泥和硅粉。2號混合物有0.34的水灰比和39.4%的體積的自然砂子代替了細(xì)小輕質(zhì)的聚合物。5號混合物有0.36的水灰比和細(xì)小輕質(zhì)的聚合物，沒有砂子。有5號配合比的混合物的樣本的擴(kuò)散率對2好和配合比的混合物的樣本的擴(kuò)散率的比例從1.09減到1.06，同時(shí)粘合物百分比從80%減到60%。這個(gè)結(jié)果表明2號混合物比5號混合物更能保護(hù)鋼筋混凝土。2號和10號的混合比幾乎相同，除了骨料的最大尺寸。此外，10號混合物有0.35的水灰比。

25、10號混合物的試樣的擴(kuò)散率比2號的從1.61漲到1.91。同時(shí)粘合物百分比從80%減少到60%。無疑地，10號混合物中大尺寸的骨料對混凝土在海水中的表現(xiàn)有害。很有可能越大尺寸的骨料對傳送空間的特征越有害，越可能產(chǎn)生裂縫。 5,6,7,8,9號混合物配了5中不同的輕骨料，其中水灰比從0.36到0.44 。5號和8號的混合物水灰比是0.36。用8號有Leca骨料的混合物做的試件的擴(kuò)散率比5號有Liapor骨料的混合物做的試件的擴(kuò)散率高14%到26%。5號的Liapor8骨料比8號的Leca骨料的密度要小一些。6號混合物配有Liapor7骨料和與5號和8號有相同的混合比，但高一些的水灰比（0.37）

26、，適合于6號混合物的擴(kuò)散率大概是5號的85%。然而Liapor8和Leca骨料比Liapor7骨料更密實(shí)些（分別是10%和4%）。輕骨料的種類影響了混凝土的特性，反過來又影響了氯離子滲透的過程。結(jié)果顯示，Liapor7骨料比其他兩種骨料對混凝土混合物更有益。但是根據(jù)這些骨料的表現(xiàn)，我們不能得到確切的結(jié)論，因?yàn)槊總€(gè)混合比中只有一個(gè)試件被測試，并且擴(kuò)散率的不同之處可能還是由環(huán)境的可變性導(dǎo)致的。7號混合比配有0.4的水灰比和Liapor6的骨料。9號混合比配有0.44的水灰比和Lytag的骨料。適用于9號混合比的擴(kuò)散率在7號的96-114%之間。這些結(jié)果反映了骨料和水灰比的共同影響。Lytag骨料比

27、Liapor6密度密實(shí)35%。3號混合比和7號和9號有相同的水灰比，但更低的水泥含量。盡管如此，適用于3號的擴(kuò)散率和7號與9號的很相似?？茖W(xué)的講，3號混合比不僅能和7號和9號表現(xiàn)的一樣好，并且能夠節(jié)約成本。 表3中顯示的值證明了考慮到7年又三個(gè)月的試件算出的平均擴(kuò)散率的氯離子粘合物的百分比的影響。當(dāng)大部分浸沒了7年又三個(gè)月的試件的氯離子粘合物的百分比從80%降低到60%的時(shí)候，我們觀察到，擴(kuò)散率從30%上升到50%(Cfree = 0.2 Ctotal to Cfree = 0.4 Ctotal).混合比4的試件和混合比10的試件由于粘合物的百分比的改變在擴(kuò)散率上分別產(chǎn)生了大幅度增長（90%和

28、69%）除了平均擴(kuò)散率，表3顯示了擴(kuò)散率值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。試件改變的的系數(shù)在16%-52%范圍內(nèi)浮動。圖一顯示用混合比1配的試件的氯離子濃度分布剖面隨著距離試件表面的距離改變的情況。因?yàn)楸砻娴穆入x子濃度仍舊和所有考慮到的自由氯離子濃度分布相同，假設(shè)的粘合物的百分比越大，距離試件表面近的氯離子濃度分布的坡度越大。（在0到0.45cm之間）。在這個(gè)范圍內(nèi)的坡越陡，擴(kuò)散率的值就越小。離表面近的擴(kuò)散率的小值拉低了平均擴(kuò)散率但增加了標(biāo)準(zhǔn)偏差。正如擬合曲線，平均擴(kuò)散率的值決定于表面附近氯離子含量測量的點(diǎn)的數(shù)量。無視這些測量數(shù)據(jù)是不合理的，因?yàn)橛凶C據(jù)，混凝土暴露在海水中的表層比塊體混凝土的孔要少。試件的氯離子含

29、量也是以相同的空間距離測得的。（在每0.3cm處即0.12英尺）每個(gè)給定位置計(jì)算得到的擴(kuò)散率代表了考慮到的位置的混凝土的特征。因此，由文獻(xiàn)中提到的方法計(jì)算得到的平均擴(kuò)散率可以視為通過氯離子濃度分布圖測得的。（如果在距離混凝土表面很近范圍內(nèi)有的點(diǎn)避災(zāi)塊體混凝土中有更大的值，結(jié)果肯定會被誤導(dǎo)）。通過5圖2顯示了配有混合比1,4,5,10的試件的失效概率。結(jié)果顯示如果假定鋼筋固定在距混凝土表面5cm處，腐蝕開始的臨界氯離子含量是水泥重量百分比的0.4%。由混合比4和10配的每個(gè)試件得到的5個(gè)概率曲線一致顯示了粘合物百分比越高，腐蝕開始的概率越低。對于由混合物1和5配置的試件，5個(gè)概率曲線的特定的點(diǎn)在

30、相關(guān)的位置會倒置。這個(gè)倒置和這些試件的擴(kuò)散率的分布規(guī)律的參數(shù)有關(guān)。像先前解釋的，考慮到的粘合物的百分比越高，距離混凝土表面近的氯離子濃度分布曲線坡度越陡，這些點(diǎn)的擴(kuò)散系數(shù)越小。如果這些距離混凝土表面近的點(diǎn)的擴(kuò)散系數(shù)忽略不計(jì)，平均擴(kuò)散系數(shù)會變大，但是標(biāo)準(zhǔn)偏差會減小。為了證明這個(gè)影響，配有混合比1號試件的距離表面0.45到0.75cm的擴(kuò)散率忽略不計(jì)。在先前考慮的情況下做可靠性分析和失效概率分析。根據(jù)考慮到的粘合物百分比，失效概率是50%，開始腐蝕的時(shí)間是57到59年之間。如果表面附近的擴(kuò)散率的值沒有忽視，開始腐蝕的時(shí)間在63到70年之間（查看表4）。并且，5條概率曲線不再改變位置，但符合預(yù)期表現(xiàn)

31、。只有試件表面影響嚴(yán)重，觀察到的概率曲線才會倒置。關(guān)于50%的失效概率，表4表明了鋼筋處的氯離子濃度達(dá)到臨界值的年限。表中結(jié)果表明，粘合物百分?jǐn)?shù)不影響腐蝕開始需要的時(shí)間，也不影響擴(kuò)散率。結(jié)果也反映了每種混合比氯離子濃度的臨界值的不同之處。對于大部分的試件（除了配混合比4和10的），粘合物百分比從80%到60% (0.2Ctotal to 0.4 Ctotal)的改變導(dǎo)致到失效用的時(shí)間減少了10%。粘合物百分比也是一樣的變化。4號和10號到失效用時(shí)分別減少了31%和22%。表5表明關(guān)于極限狀態(tài)函數(shù)參數(shù)的失效概率的靈敏度：到混凝土表面的距離(x)，時(shí)間(t)，開始腐蝕的濃度(Co)，表面氯離子濃度

32、(Cs)和氯離子臨界濃度(Ct)。假設(shè)含有80%的粘合物時(shí)用由自由氯離子濃度分布算得的混合比1,4,5,10號混凝土的擴(kuò)散率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差在CALREL上運(yùn)算(Cfree = 0.2Ctotal).表5顯示的靈敏度值符合腐蝕開始的概率是50%的點(diǎn)。靈敏度值給出了一個(gè)單位在極限狀態(tài)時(shí)的改變的變化范圍（計(jì)算單位：x是cm，t是s，Cs, Co, 和Ct是百分?jǐn)?shù)的形式）。表6表明了腐蝕開始概率的靈敏度和x,t, Cs，Ct和擴(kuò)散率平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（分別是D和D）的關(guān)系。失效概率和鋼筋混凝土覆蓋層厚度比和時(shí)間的關(guān)系更敏感，且它和氯離子濃度有間接的敏感性。比較而言，D的改變對失效概率的影響比D的改變

33、對其的影響更大。 總結(jié) 混凝土中鋼筋的腐蝕通常和氯離子滲透入混凝土中有關(guān)。一旦氯離子到達(dá)鋼筋，它們可以分解在金屬表面覆蓋的鈍化膜或阻止鈍化膜的形成。事實(shí)上，氯離子擴(kuò)散進(jìn)混凝土的擴(kuò)散率是從像浸沒試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中估計(jì)出來的，并且菲克第二定律的解符合實(shí)驗(yàn)測試得到的氯離子含量分布剖面圖。然而，只有混凝土孔隙溶液中多余的自由氯離子濃度對腐蝕不利。氯離子吸附在混凝土孔隙的表面，氯化鋁復(fù)合物的形成和孔隙阻塞都減弱了混凝土孔隙溶液中氯離子的有效性。 在本文中提出了浸沒試驗(yàn)結(jié)果的解釋和暴露在海洋環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測。我們對文獻(xiàn)中可以直接利用的有浸沒試驗(yàn)結(jié)果的十個(gè)輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土配合比進(jìn)行了試驗(yàn)分析。浸沒

34、試驗(yàn)后獲得氯離子分布圖后，氯離子擴(kuò)散率D通過菲克第二定律在有氯離子含量測試的每個(gè)深度的反解算得。假設(shè)給定D的正太分布，就能算得分布參數(shù)，給定的一系列環(huán)境后的失效概率也能評估出來。 可靠性分析的結(jié)果提供給了工程有價(jià)值的情報(bào)，一旦被定義的工程的不確定性程度可以容忍，可靠性結(jié)果幫助我們在對最好的能滿足科學(xué)需要的同時(shí)價(jià)格便宜的混合比的選擇過程。 感謝 作者想要感謝NSF,CAPES的資金支持, Carlson-Polivka的獎學(xué)金。特別感謝本文所引用的NTH的Odd Gjørv教授的提供的測試結(jié)果。 參考文獻(xiàn) 1. Jones, D. A., Principles and Preventi

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