沈海高速公路遼寧段沿線橋梁混凝土碳化概率特征研究

貢金鑫++王振吉++馬麗娜++趙艷華++彭建

摘要：對(duì)沈海（沈陽(yáng)—?？冢└咚俟愤|寧段沿線混凝土橋梁的碳化實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，建立了以混凝土抗壓強(qiáng)度和時(shí)間為主要參數(shù)的不同地區(qū)橋梁和單個(gè)橋梁混凝土碳化深度的隨機(jī)過(guò)程模型。將混凝土碳化到鋼筋表面的狀態(tài)作為大氣環(huán)境中的耐久性極限狀態(tài)，分析了沿線上海灣大橋不同服役時(shí)間的耐久性失效概率。結(jié)果表明：混凝土碳化深度隨混凝土抗壓強(qiáng)度的增大而減小，但受多種復(fù)雜因素影響，混凝土碳化深度離散性很大；混凝土碳化系數(shù)計(jì)算模型的不確定性系數(shù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布；海灣大橋混凝土使用到第100年時(shí)的耐久性失效概率小于10%。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁；混凝土碳化；概率模型；高速公路；離散性

中圖分類號(hào)：U444 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

混凝土碳化是大氣中的二氧化碳進(jìn)入混凝土孔隙，與孔隙水形成碳酸并與混凝土中的堿物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，降低混凝土堿性的過(guò)程。堿性的降低使混凝土失去了對(duì)鋼筋鈍化膜的保護(hù)能力，可誘發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕，而銹蝕產(chǎn)物膨脹會(huì)引起混凝土保護(hù)層開裂甚至剝落，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性具有很大的影響。因此，研究和建立混凝土碳化深度的預(yù)測(cè)模型對(duì)評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性壽命具有重要意義。

根據(jù)確定碳化模型中碳化系數(shù)方法的不同，混凝土碳化模型可分為根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)建立的理論模型和基于工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立的實(shí)用模型[1]。理論模型是以混凝土組成和環(huán)境為影響參數(shù)的模型，如肖佳等[2]、龔洛書等[3]和許麗萍等[4]考慮不同材料的模型，陳樹亮[5]綜合考慮不同材料、環(huán)境及保護(hù)層厚度的模型，牛荻濤等[68]考慮不同礦物摻和料的模型；實(shí)用模型是以混凝土抗壓強(qiáng)度為影響參數(shù)的模型[910]。此外，部分學(xué)者[1113]研究了混凝土在不同應(yīng)力狀態(tài)下的碳化規(guī)律，建立了多因素耦合作用下混凝土的碳化模型。理論模型的優(yōu)點(diǎn)在于模型中各參數(shù)的物理意義明確，但由于考慮因素較多，實(shí)際應(yīng)用中有些參數(shù)很難確定，因此不便于工程應(yīng)用[14]；另外，實(shí)驗(yàn)室條件往往與實(shí)際結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)條件差別很大，預(yù)測(cè)結(jié)果誤差較大。根據(jù)實(shí)際工程數(shù)據(jù)建立的實(shí)用模型綜合反映了結(jié)構(gòu)所處環(huán)境條件、材料性能、結(jié)構(gòu)施工因素、養(yǎng)護(hù)因素及其他多種難以單獨(dú)考慮的各種復(fù)雜因素的影響[15]，雖然離散性比較大，但能夠反映實(shí)際情況，具有較好的實(shí)用性[16]。

本文對(duì)沈海高速公路遼寧省境內(nèi)沈大（沈陽(yáng)—大連）段沿線橋梁的混凝土碳化特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。沈大段高速公路全長(zhǎng)348 km，沿線共455座橋梁，其中沈陽(yáng)段6座，遼陽(yáng)段32座，鞍山段63座，營(yíng)口段138座，大連段216座。目前，沈大段高速公路已運(yùn)營(yíng)25年，遼寧省高速公路管理局分別于2011年，2012年，2013年對(duì)沿線橋梁進(jìn)行了3次檢測(cè)。本文對(duì)混凝土碳化深度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，將不同地區(qū)的公路段視為不同的環(huán)境條件，建立了不同公路段橋梁的混凝土碳化預(yù)測(cè)模型。另外，也建立了沿線數(shù)據(jù)比較多的海灣大橋碳化概率模型，并計(jì)算了不同服役時(shí)間的碳化失效概率。

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