上海地鐵地下連續(xù)墻混凝土碳化深度預(yù)測模型 地下連續(xù)墻澆筑混凝土

本文格式為Word版，下載可任意編輯——上海地鐵地下連續(xù)墻混凝土碳化深度預(yù)測模型地下連續(xù)墻澆筑混凝土

上海地鐵地下連續(xù)墻混凝土碳化深度預(yù)料模型

上海地鐵地下連續(xù)墻混凝土碳化深度預(yù)料模型摘要:為了得到針對地下連續(xù)墻的碳化深度預(yù)料模型,對現(xiàn)場取制試件舉行了快速碳化試驗.試件取自建成已10年之久的上海地鐵一號線,試驗分別在CO2為20%,30%兩種質(zhì)量分?jǐn)?shù)下舉行.利用Matlab對試驗數(shù)據(jù)舉行回歸得到了三種地下連續(xù)墻碳化深度預(yù)料模型:隨時間以及CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的預(yù)料模型;隨混凝土抗壓強度變化的預(yù)料模型;考慮碳化齡期和混凝土抗壓強度變化的預(yù)料模型.分析說明,所得碳化深度預(yù)料模型有其穩(wěn)當(dāng)性和實用性.隨著地下空間的開發(fā),地下連續(xù)墻得到了越來越多的應(yīng)用.相比地面混凝土布局,地下連續(xù)墻在耐久性能上既有自然的優(yōu)勢也有顯著的缺點.其有利因素在于:無雨水帶來的干濕變化;無人為損壞;溫差較小等.而不利因素在于地下連續(xù)墻處于水環(huán)境中,一旦裂縫延遲至鋼筋外觀,將會導(dǎo)致鋼筋的快速腐蝕,當(dāng)氯離子和硫酸根離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時尤其明顯;地下工程一次創(chuàng)辦資金投入巨大,且維修或改建都對比困難,由此對耐久性提出了更高的要求;地下布局隱秘性強,“小病不醫(yī)可能釀成大患”.另外,值得一提的是隨著地下軌道交通的進展和地下建筑物的大量興建,地下連續(xù)墻所處的環(huán)境日趨繁雜.并且,地下建筑物尤其是地鐵的修建大多集中在氯離子、硫酸根離子含量較高的沿海一帶.這些無疑都增加了地下連續(xù)墻耐久性研究的必要性.碳化作為主要影響因素一向是混凝土耐久性研究的重點.影響混凝土碳化的因素好多,歸納起來有兩種,其一:材料的因素,如水灰比、水泥品種及用量、骨料級配、外加劑品種及摻量等;其二:外部環(huán)境如CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)、相對濕度、養(yǎng)護方法、碳化時間、有無籠罩層、布局所處位置、上風(fēng)向、下風(fēng)向等[1].按碳化程度,混凝土可劃分為三個區(qū),靠外部的完全碳化區(qū);內(nèi)部的未碳化區(qū);中間的碳化回響區(qū).碳化深度通常指完全碳化區(qū)的深度,關(guān)于碳化深度計算,1855年費克提出了出名的費克(Fick)第確定律,建立了最簡樸的碳化深度與碳化時間的冪函數(shù)公式[2]:X=at1/2(1)式中:X為碳化深度;a為碳化系數(shù),取決于環(huán)境中的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其在混凝土中的有效分散;t為碳化時間.近年來,有學(xué)者利用數(shù)值計算方法[3]舉行混凝土碳化深度的研究,大部分國內(nèi)外的學(xué)者在此公式的根基上進展了更為全面的碳化深度公式,如表1所示.(1)現(xiàn)場試件不像測驗室自制試件那樣夢想化,它溫和了諸多自制試件難以模擬的因素:如現(xiàn)場施工因素、多種因素的耦合作用等.(2)因地鐵一號線已經(jīng)建成10年之久,混凝土內(nèi)部布局已經(jīng)趨于穩(wěn)定.用這樣的試件對混凝土的碳化規(guī)律舉行研究無疑會對現(xiàn)已投入使用的地下連續(xù)墻的耐久性狀況評估有很好的指導(dǎo)作用.1快速碳化試驗方案和測試數(shù)據(jù)1.1試驗方案通過現(xiàn)場取制試件的快速碳化試驗探求地下連續(xù)墻混凝土碳化腐蝕的變化規(guī)律,以尋求和建立隨碳化齡期、CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及抗壓強度變化的碳化深度模型.試驗是在同濟大學(xué)混凝土材料原國家重點測驗室舉行,如圖1所示,采用碳化箱舉行快速碳化試驗.試件全部取自地鐵一號線上海八萬人體育場站地下連續(xù)墻,取樣深度在地下約15~25m深度范圍內(nèi).其外形呈圓柱形.長為10cm,試件直徑見表2.試件分為2批,每批均為6個.2批試件分別在CO2為20%,30%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下舉行快速碳化試驗,碳化箱內(nèi)濕度為(70±5)%,溫度為(20±5)℃.碳化深度由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的酒精酚酞溶液測定,為了獲取盡可能多的數(shù)據(jù)資料,開箱齡期間隔時間較短,概括如下:第一批CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%,開箱齡期分別為:5.5,11.0,22.0,28.0,33.0,44.0d(表3).其次批CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,開箱齡期分別為:5.5,11.0,22.0,28.0,33.0,44.0d(表4).2試驗數(shù)據(jù)分析2.1初步分析見圖2~圖7.圖中1~12為試件編號.2.2碳化深度隨碳化齡期變化的規(guī)律由圖2和圖5可以看出地下連續(xù)墻碳化深度遠小于地面建筑物,這主要是由于試件取自建成已10年之久的地鐵車站,混凝土內(nèi)部布局已經(jīng)分外致密,因而有較好的耐久性和抗碳化才能.雖然碳化深度較小,但碳化深度時間曲線很有規(guī)律性.國外有關(guān)研究中描述混凝土碳化進展趨勢的公認(rèn)公式[7]是X=α1(wt)b(1)式中:比例常數(shù)α1和指數(shù)b是與混凝土自身布局和組成有關(guān)的常數(shù);w是混凝土周邊CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù).假設(shè)X=atb,運用Matlab[8]得碳化深度公式如下:CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的試件:X=0.192t0.6296=0.529(0.2t)0.6296(2)CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的試件:X=0.26t0.6795=0.5290(0.3t)0.6795(3)碳化深度計算值和實測值的對比如表5所示.可見誤差根本操縱在5%之內(nèi),有其可相信性.又由于第一批試件總離差平方和S1=(1.82)2+(-1.14)2+(-2.19)2+(2.50)2+(-2.26)2+(5.05)2=46.27,其次批試件總離差平方和S2=(2.47)2+(-0.75)2+(-4.9)2+(-3.85)2+(-1.76)2+(6.25)2=87.66,鮮明S1<S2,故取X=0.192t0.6296=0.529(0.2t)0.6296(4)一般地,X=0.529(wt)0.6296(5)式中:X為碳化深度,mm;t為碳化齡期,d.2.3碳化深度隨抗壓強度變化的規(guī)律由圖4和圖7可以看出,混凝土抗壓強度隨碳化深度的增加而提高.碳化初期抗壓強度增長較快,當(dāng)碳化超過一定深度后抗壓強度增長緩慢.可以認(rèn)為混凝土強度的增量與碳化深度的一般關(guān)系為Δf=αeβX(6)式中:Δf為混凝土抗壓強度的增量,MPa;X為碳化深度,mm.同樣,利用Matlab進行回歸分析得到地下連續(xù)墻混凝土抗壓強度隨碳化深度變化的公式為Δf=0.4772e0.8347X(7)由式(7)可得X=1.198ln(Δf)-0.6849(8)當(dāng)測定地下連續(xù)墻混凝土的抗壓強度后,利用式(8)便可以預(yù)測碳化深度.這在CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不易確定時,顯得尤為方便和重要.2.4碳化深度隨碳化齡期和抗壓強度變化的規(guī)律由式(2)和式(6)可知,碳化深度隨齡期和抗壓強度變化的一般規(guī)律可以表示為X=α(wt)β[ln(Δf)]γ(9)利用Matlab進行回歸分析得到地下連續(xù)墻碳化深度隨時間和混凝土抗壓強度變化的公式為X=0.2263(wt)0.4507[ln(Δf)]0.4806(10)式(8)和式(10)的方差分別為0.2802和0.1615.由此可以看出,同時考慮時間和抗壓強度變化的計算結(jié)果更加合理.3結(jié)論和建議(1)本文以現(xiàn)場試件快速碳化試驗研究了地鐵環(huán)境下地下連續(xù)墻的碳化規(guī)律,用回歸的方法得出了碳化深度隨時間變化的公式.(2)試驗結(jié)果也揭示了混凝土強度隨時間的變化規(guī)律,并推得了碳化深度隨抗壓強度變化的公式,為混凝土碳化深度的預(yù)測提供了另外一種思路.(3)本文綜合考慮碳化時間和混凝土抗壓強度變化的混凝土碳化深度預(yù)測模型.通過方差比較,該模型精度較單因素分析的模型精度高.(4)由于在實際環(huán)境下壓應(yīng)力的存在,在試驗中很難模擬,但這對混凝土來說是偏于安全的.應(yīng)力對混凝土碳化規(guī)律的影響將在下一步的試驗中進行探討.(5)本文結(jié)論適用于上海地鐵一號線的地下連續(xù)墻碳化深度預(yù)測,對其他軟土地區(qū)的地下連續(xù)墻碳化深度預(yù)測有一定參考意義.為提高本文經(jīng)驗公式的適用范圍,需進一步采集相關(guān)數(shù)據(jù),增加樣本數(shù)量后,重新擬合更好的經(jīng)驗公式.:[1]崔鵬飛,李興貴.混凝土碳化分析及其耐久性預(yù)測研究[J].水利與建筑工程學(xué)報,2003(12):49.CUIPengfei,LIXinggui.Analysisofconcretecarbonizationandpredictionofconcretedurability[J].JournalofWaterResourcesandArchitecturalEngineering,2003(12):49.[2]夏燕,江波.粉煤灰混凝土的耐久性及其評價[J].混凝土,2000(10):45.XIAYan,JIANGBo.Evaluationanddurabilityofflyashconcrete[J].Conrete,2000(10):45.[3]LiangMingte,LinShiengmin.Mathematicalmodelingandapplica-tionsforconcretecarbonation[J].JournalofMarineScienceandTechnology,2003,11(1):20.[4]郭院成,霍達,王云昌.混凝土碳化深度模糊預(yù)測[J].河南科學(xué),1998(12):432.GUOYuancheng,HUODa,WANGYunchang.Fuzzypredictiveofthecarbonationdepth[J].HenanScience,1998(12):432.[5]張譽,蔣利學(xué).基于碳化機理的混凝土碳化深度實用數(shù)學(xué)模型[J].工業(yè)建筑,1998,28(1):16.ZHANGYu,JIANGLixue.Apracticalmathematicalmodelofconcretecarbonationdepthbasedonthemechanism[J].IndustryBuilding,1998,28(1):16.[6]牛荻濤,董振平,浦聿修.預(yù)測混凝土碳化深度的隨機模型[J].工業(yè)建筑,1999,29(9):41.NIUDitaoDONGZhenping,PUYuxiu.Randommodelofpre-dictingthecarbonatedconcretedepth[J].IndustrialConstruction,1999,29(9):41.[7]金偉良,趙羽習(xí).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性[M].北京:科學(xué)出版社,2002.JINWeiliang,ZHAOYuxi.Durabilityofconcr