海港工程大掺量混凝土性能的量化评估方法

1.一种海港工程大掺量混凝土性能的量化评估方法，其特征是：本方法应用数学的方法对混凝土力学性能和结构耐久性指标加以量化，利用这两种性能指标的关系式，根据研究对象的边界条件与普通硅酸盐混凝土试件在相同条件下测试得到的各参数来建立模型，进而对研究对象的力学性能和耐久性进行综合评估；
本方法的具体步骤为：
(1)确定海港工程混凝土材料性能的影响因素：轴心立方体抗压强度标准值fcu,k、弹性模量E、表面氯离子浓度Cs、氯离子扩散系数Dcl、混凝土材料的水胶比w/b、氯离子阀值-
[Cl]、混凝土保护层厚度c、龄期衰减系数n、电通量腐蚀实验结果值Dd；
(2)选取与研究对象具有相同的养护条件和相同的养护龄期且其他配合物参数相同的的普通硅酸盐混凝土试件作为参照物；
(3)收集研究对象与参照物在实验初始时刻各影响因素的边界条件：轴心立方体抗压-
强度标准值fcu,k、混凝土材料的水胶比w/b、氯离子阀值[Cl]、混凝土保护层厚度c；
根据行业规范查找具体工程所要求的轴心立方体抗压强度标准值fcu,k、混凝土材料的水胶比w/b、氯离子阀值[Cl-]和混凝土保护层厚度c；
(4)收集研究对象与参照物的实验数据：弹性模量E、表面氯离子浓度Cs、氯离子扩散系数Dcl、龄期衰减系数n、电通量腐蚀实验结果值Dd；
(5)根据具体工程各构件的用途和所处环境，运用Matlab软件工具拟合分析各数据的权重，用一个定量的值来描述海港工程大掺量混凝土的性能，其内容包括海港工程大掺量混凝土的力学性能函数 其耐久性指标用函数Z＝γ(Dcl,Dd)表示；
(6)通过对参照物在现场环境的腐蚀规律与拟使用的大掺量混凝土试件在相同环境下的腐蚀规律进行对比分析，得到混凝土结构在其他胶凝材料替代水泥的比例不同的情况下海港工程大掺量混凝土结构的腐蚀情况，进而得到研究对象在不同掺量情况下的力学性能和耐久性指标方面的优劣情况；用大掺量混凝土与参照物的短期相似关系对不同服役环境的相似关系进行修正，得到适用于研究对象的基于环境时间的多因素相关模型；根据这个多因素相关模型，对研究对象的力学性能和耐久性进行综合评估；
(7)根据力学性能和耐久性指标的参数，判别设定的配合比和具体改动方案对结果的影响。
2.根据权利要求1所述的量化评估方法，其特征是：步骤(4)的具体实施方法为：
测定表面氯离子浓度Cs时，将试样溶液与电极标准液放置于同一室温下8h后再测量，最后计算时，将0～10mm深度处的氯离子含量作为表面氯离子浓度Cs；氯离子扩散系数Dcl通过快速氯离子渗透(RCM)实验测得；其计算公式如下：
式中，m为穿透物质总量；l为穿透距离；t为时间；S为穿透面积； 为两边浓度梯度；
龄期衰减系数n的计算公式如下：
式中，Di为历经环境作用时间ti后测得的扩散系数；指数θ与胶凝材料种类、掺量及不同环境条件有关；
将与研究对象相对应的普通硅酸盐混凝土试件摆放在与工程结构部位相对应的现场环境中，并对现场摆放的大掺量混凝土试件进行定期取样检测。
3.根据权利要求1所述的量化评估方法，其特征是：所述耐久性指标由快速氯离子渗透实验及电通量腐蚀实验得出的数据得到。

海港工程大掺量混凝土性能的量化评估方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种混凝土性能的评估方法，具体是一种海港工程大掺量混凝土性能的量化评估方法，此处性能指的是力学性能和耐久性指标。\n背景技术\n[0002] 我国拥有广阔的海洋，并且大规模的建设基本集中在沿海地区。在沿海地区，因海水中的氯离子渗透等因素会导致混凝土构件腐蚀情况严重，从而给社会带来了巨大的经济损失，甚至还会威胁到作业人员和使用群众的生命财产安全。\n[0003] 在海港工程中，大掺量混凝土的力学性能和耐久性指标是衡量该种混凝土性能优劣的重要指标。目前，对国内外海港工程大掺量混凝土性能评估方法主要通过定性分析或工程经验估算，难以定量计算，因此有必要提出一种量化评估方法，其可以根据特定算法定量地分析评估海港工程中设计的大掺量混凝土的力学性能和耐久性指标，根据量化的性能指标数据来决定是否使用该项胶凝材料替代水泥及其替代的比例，还可以分析配合比是否合理，并为具体工程的不同要求快捷精准地确定配合比。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是提供一种用量化指标来快捷、精准地评估海港工程大掺量混凝土的力学性能及耐久性指标的方法。其中，力学性能包括抗压强度和弹性模量，耐久性指标由快速氯离子渗透(RCM)实验及电通量腐蚀实验得出的数据得到。该方法解决了现有的对于海洋环境下混凝土的力学性能和耐久性评估参数主要通过定性分析或工程经验估算、难以定量计算的缺陷。\n[0005] 一种海港工程大掺量混凝土性能的量化评估方法，其应用数学的方法对混凝土力学性能和结构耐久性指标加以量化，利用这两种性能指标的关系式，根据研究对象的边界条件与普通硅酸盐混凝土试件在相同条件下测试得到的各参数来建立模型，进而对研究对象的力学性能和耐久性进行综合评估。\n[0006] 本方法的具体步骤为：\n[0007] (1)确定海港工程混凝土材料性能的影响因素：轴心立方体抗压强度标准值fcu,k、弹性模量E、表面氯离子浓度Cs、氯离子扩散系数Dcl、混凝土材料的水胶比w/b、氯离子阀值[Cl-]、混凝土保护层厚度c、龄期衰减系数n、电通量腐蚀实验结果值Dd；\n[0008] (2)选取与研究对象具有相同的养护条件和相同的养护龄期且其他配合物参数相同的的普通硅酸盐混凝土试件作为参照物；\n[0009] (3)收集研究对象与参照物在实验初始时刻各影响因素的边界条件：轴心立方体抗压强度标准值fcu,k、混凝土材料的水胶比w/b、氯离子阀值[Cl-]、混凝土保护层厚度c；\n[0010] 根据行业规范查找具体工程所要求的轴心立方体抗压强度标准值fcu,k、混凝土材-\n料的水胶比w/b、氯离子阀值[Cl]和混凝土保护层厚度c；\n[0011] (4)收集研究对象与参照物的实验数据：弹性模量E、表面氯离子浓度Cs、氯离子扩散系数Dcl、龄期衰减系数n、电通量腐蚀实验结果值Dd；\n[0012] (5)根据具体工程各构件的用途和所处环境，运用Matlab软件工具拟合分析各数据的权重，用一个定量的值来描述海港工程大掺量混凝土的性能，其内容包括海港工程大掺量混凝土的力学性能函数 其耐久性指标用函数Z＝γ(Dcl,Dd)表示；\n[0013] (6)通过对参照物在现场环境的腐蚀规律与拟使用的大掺量混凝土试件在相同环境下的腐蚀规律进行对比分析，得到混凝土结构在其他胶凝材料替代水泥的比例(掺量)不同的情况下海港工程大掺量混凝土结构的腐蚀情况，进而得到研究对象在不同掺量情况下的力学性能和耐久性指标方面的优劣情况；用大掺量混凝土与参照物的短期相似关系对不同服役环境的相似关系进行修正，得到适用于研究对象的基于环境时间的多因素相关模型；根据这个多因素相关模型，对研究对象的力学性能和耐久性进行综合评估；\n[0014] (7)根据力学性能和耐久性指标的参数，判别设定的配合比和具体改动方案对结果的影响。\n[0015] 本发明的显著优点和突出的特点在于：\n[0016] 1.选取常用来衡量海港工程混凝土性能的力学性能和耐久性指标来评估大掺量混凝土的配合比设计是否合理；\n[0017] 2.通过多因素模型综合分析实际测量得到的海港工程大掺量混凝土的抗压强度和弹性模量来表示其力学性能；\n[0018] 3.通过多因素模型综合分析实验得到的海港工程大掺量混凝土的快速氯离子扩散实验值和腐蚀实验值来表示其耐久性指标；\n[0019] 4.定量地分析海港工程大掺量混凝土配合比的微小变化对其力学性能和耐久性指标的具体影响；\n[0020] 5.可以为具体工程的不同要求，快捷精准地确定配合比。\n[0021] 6.对于海港工程具体项目上制备得到能同时满足该环境和工程承载条件下力学性能和耐久性的设计要求的高性能混凝土，具有十分重要的指导意义。\n附图说明\n[0022] 图1为海港工程大掺量混凝土构件的工作环境示意图。\n具体实施方式\n[0023] 以下结合具体实施方式对本发明作详细描述。\n[0024] 本发明是一种将理论知识和实际工程案例的具体数据紧密结合的海港工程大掺量混凝土性能的量化评估方法。这种方法面向大多数实际工程中既要抵御氯离子侵蚀又需要保证其强度不急剧降低的矛盾而进行的海港工程混凝土构件的配合比设计和调整的问题。该方法解决了现有的对于海洋环境下混凝土结构力学性能和耐久性评估参数主要通过定性分析或工程经验估算、难以定量计算的缺陷。\n[0025] 鉴于图1所示的海港工程大掺量混凝土构件的工作环境，本发明提供了一种海港工程大掺量混凝土性能的量化评估方法，该方法包括以下步骤：\n[0026] (1)确定海港工程混凝土材料性能的影响因素：轴心立方体抗压强度标准值fcu,k、弹性模量E、表面氯离子浓度Cs、氯离子扩散系数Dcl、混凝土材料的水胶比w/b、氯离子阀值[Cl-]、混凝土保护层厚度c、龄期衰减系数n、电通量腐蚀实验结果值Dd；\n[0027] (2)选取与研究对象具有相同的养护条件和相同的养护龄期且其他配合物参数相同的的普通硅酸盐混凝土试件作为参照物；\n[0028] (3)收集研究对象与参照物在实验初始时刻各影响因素的边界条件：轴心立方体抗压强度标准值fcu,k、混凝土材料的水胶比w/b、氯离子阀值[Cl-]、混凝土保护层厚度c；\n[0029] 根据行业规范查找具体工程所要求的轴心立方体抗压强度标准值fcu,k、混凝土材料的水胶比w/b、氯离子阀值[Cl-]和混凝土保护层厚度c；\n[0030] (4)收集研究对象与参照物的实验数据：弹性模量E、表面氯离子浓度Cs、氯离子扩散系数Dcl、龄期衰减系数n、电通量腐蚀实验结果值Dd；\n[0031] 测定表面氯离子浓度Cs时，将试样溶液与电极标准液放置于同一室温下8h后再测量，最后计算时，将0～10mm深度处的氯离子含量作为表面氯离子浓度Cs。氯离子扩散系数Dcl通过快速氯离子渗透(RCM)实验测得。其计算公式如下：\n[0032]\n[0033] 式中，m为穿透物质总量；l为穿透距离；t为时间；S为穿透面积； 为两边浓度梯度。\n[0034] 龄期衰减系数n的计算公式如下：\n[0035]\n[0036] 式中，Di为历经环境作用时间ti后测得的扩散系数；指数θ与胶凝材料种类、掺量及不同环境条件有关。\n[0037] 将与研究对象相对应的普通硅酸盐混凝土试件摆放在与工程结构部位相对应的现场环境中，并对现场摆放的大掺量混凝土试件进行定期取样检测。一般情况下，每28天取一次样，至少取样3次，以获得试件在现场海洋环境中的腐蚀规律。\n[0038] (5)根据具体工程各构件的用途和所处环境，运用Matlab软件工具拟合分析各数据的权重，用一个定量的值取代之前用定性的术语来描述海港工程大掺量混凝土的性能。\n其内容包括海港工程大掺量混凝土的力学性能函数 其耐久性指标用函数Z＝γ(Dcl,Dd)表示。假定普通硅酸盐混凝土的力学性能和耐久性为1.0，大掺量混凝土的性能表示为一个小于1.0的值，这意味着其性能相对低于普通硅酸盐混凝土，或者一个值大于\n1.0，这意味着该大掺量混凝土在这方面的特定属性和功能要强于普通硅酸盐混凝土；\n[0039] (6)通过对参照物在现场环境的腐蚀规律与拟使用的大掺量混凝土试件在相同环境下的腐蚀规律进行对比分析，得到混凝土结构在其他胶凝材料替代水泥的比例(掺量)不同的情况下海港工程大掺量混凝土结构的腐蚀情况，进而得到研究对象在不同掺量情况下的力学性能和耐久性指标方面的优劣情况。用大掺量混凝土与参照物的短期相似关系对上述不同服役环境的相似关系进行修正，得到适用于研究对象的基于环境时间的多因素相关模型。根据这个多因素相关模型，便可对研究对象的力学性能和耐久性进行综合评估；\n[0040] (7)根据力学性能和耐久性指标的参数，判别设定的配合比和具体改动方案对结果的影响。在具体工程中，可以根据环境的变化和具体施工的不同要求，为评估混凝土配合比设计提供可靠依据。\n[0041] 本发明的混凝土性能评估方法既能评估海港工程大掺量混凝土的力学性能和耐久性指标，同时也可以设置其他参数和指标评估其他环境下混凝土的受腐蚀状况和力学性能。