| 标题 | 大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数的多因素耦合模型 |
| 范文 | 廖灵青 唐滢 彭雪雁 摘 要：考虑混凝土主要配合比参数水胶比、粉煤灰掺量和矿粉掺量对混凝土抗氯离子渗透性能的影响，基于试验数据甄选原则合理地选取47组28天龄期的大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数的RCM法试验数据，并通过多元回归方法分析各影响因素与混凝土氯离子扩散系数的相关关系，据此建立了大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数的多因素耦合预测模型。研究结果表明，本文建立的多因素模型能较好地反映水胶比、粉煤灰掺量、矿粉掺量等因素与氯离子扩散系数的耦合关系，具有较好的可信度与适用性。 关键词：大掺量高性能混凝土；氯离子扩散系数；多因素耦合模型；RCM DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.125 1 引言 对于海洋环境和除冰盐环境中的钢筋混凝土结构，氯离子侵入到混凝土内部，使得混凝土中钢筋表面的钝化膜遭到破坏而发生锈蚀，最终导致混凝土保护层开裂、剥落，混凝土结构发生耐久性破坏[1-2]。因此，氯盐环境下混凝土的抗氯离子渗透性能是混凝土结构耐久性的重要影响因素，而评价混凝土抗氯离子渗透性能的一个关键指标则是氯离子扩散系数[3]。 目前我国多数耐久性设计标准和施工指南采用RCM法来测定氯离子扩散系数。RCM法也称为快速氯离子迁移系数法，该方法的优点是试验仪器设备简单、易于操作、测试周期短、试验速度快等，是国内外使用最普遍的评定混凝土抗氯离子渗透性能的快速试验方法之一。 已有的研究成果显示，混凝土的水胶比和粉煤灰、矿粉等矿物掺合料对氯离子扩散系数影响显著。近年来，对于大掺量矿物掺合料的高性能混凝土研究较多，且结果表明，掺合料的掺量超过40%时会对混凝土性能有明显影响。因此，研究学者通常把水胶比和矿物掺合料掺量用作氯离子扩散系数预测模型的基本参数，并依此分析混凝土抗氯离子渗透性能与这些参数之间的关联性。然而，目前大多数研究是针对普通掺量的混凝土中某个或某两个因素而建立的氯离子扩散系数计算模型，关于大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数多因素模型研究相对较少。 为了建立适用性更广泛的大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数多因素计算模型，本文通过文献调研，收集了47组国内不同课题组利用RCM试验测定得到的混凝土氯离子扩散系数的试验数据[4-6]。其中，试验数据的甄选原则有：（1）混凝土原材料中，水泥主要选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，矿物掺合料采用粉煤灰和矿粉，且矿物掺合料的总量占水泥用量的比例为大掺量（40%～70%），水胶比的范围为0.31～0.38；（2）混凝土试件的标准养护龄期为28天，氯离子扩散系数的测定方法是RCM法。在此基础上，通过多元回归方法，分析了混凝土氯离子扩散系数与水胶比、粉煤灰掺量、矿粉掺量等主要影响因素之间的耦合关系，建立了大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数的多因素耦合模型，并对其拟合效果进行分析。 2 大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数的多因素耦合预测模型的建立 以水胶比W/B、粉煤灰掺量RFA、矿粉掺量RSG为自变量（RFA和RSG均为掺量的百分数），28天龄期大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数D28为因变量，并假定自变量与因变量间为耦合关系。由此可建立大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数与水胶比、粉煤灰掺量、矿粉掺量之间的耦合模型： （1） 令；其中，b0、b1 、b2、 b3 、b4、b5为待定系数。则耦合预测模型为： （2） 令，则式（2）可简化为： （3） 为确保建立的氯离子扩散系数多因素耦合模型的工程适用性，本文遵循引言部分叙述的试验数据甄选原则，收集了47组国内不同课题组的RCM法试验数据，并在简化的线性关系式（3）的基础上，通过最小二乘法对氯离子扩散系数与水胶比、粉煤灰掺量、矿粉掺量等因素之间的耦合模型进行多元线性回归分析，得到正规方程组： （4） 将收集整理后的47组试验数据代入式（4）中，可得方程组（5）： （5） 求解可得： [b0 b1 b2 b3 b4 b5]=[-16.2316 61.8892 0.2145 0.3016 -0.4399 -0.9421] （6） 因此，根据式（6）得到的多元线性回归模型： （7） 即氯离子扩散系数的多因素耦合模型： （8） 式中，D28为28天龄期混凝土氯离子扩散系数的耦合模型计算值（×10-12m2/s）。 3 耦合模型拟合效果分析 根据公式（8）的氯离子扩散系数多因素耦合模型，再同文献[4-6]中复掺为粉煤灰和矿粉的混凝土氯离子扩散系数试验数据进行对比，得到的拟合结果如图1所示。图中各形状数据点为收集的47组氯离子扩散系数试验值和模型拟合值数据点，参考直线以试验值与拟合值相等的直线表示，各形状点越靠近参考直线表明模型的拟合效果越好。再根据通用公式：模型计算值=1.645变异系数试验值，可以分别画出计算氯离子扩散系数的变异系数为0.3，耦合预测模型保证率为95%时的上下限参考线。 从图1可看出，试验数据点较均匀地分布于参考直线的上下两侧，并都包含于变异系数为0.3的上下限范围内，表明本文建立的氯离子扩散系数耦合模型计算值与收集到的47组试验值吻合程度高，拟合效果良好。 4 结论 本文基于甄选的多组大掺量高性能混凝土RCM试验数据，利用最小二乘法的原理建立了大掺量高性能混凝土的氯离子扩散系数与水胶比、粉煤灰掺量、矿粉掺量之间的多因素耦合预测模型。统计分析结果表明，该预测模型能合理地拟合甄选的试验数据，并简易地表达了复掺有粉煤灰和矿粉的大掺量混凝土的氯离子扩散系数与各影响因素之间的耦合关系。 参考文献： [1]Loser R.，Lothenbach B.，Leemann A.，Tuchschmid M.Chloride resistance of concrete and its binding capacity-Comparison between experimental results and thermodynamic modeling[J]. Cement and Concrete Composites，2010，32（01）：34-42. [2]张俊芝，庄华夏，伍亚玲等.临海既有混凝土氯离子侵蚀及钢筋初锈时间预测[J].建筑材料学报，2014，17（03）：454-458+464. [3]杨绿峰，周明，陈正，蔡荣，袁彦华，蒋琼明.氯盐环境下混凝 土耐久性多因素模型的试验研究及统计分析[J].水运工程，2013（05）： 55-62. [4]古付兵，黎鹏平.自密实海工高性能混凝土工作性与耐久性的影响因素分析及工程应用[J].施工技术，2014（43）：371-375. [5]姜福香，王兆星，赵铁军，万小梅.海工混凝土抗氯离子渗透性能试验研究[J].公路，2009（09）：269-272. [6]吴毅峰.双掺粉煤灰和矿粉的海工混凝土抗氯离子性能试验分析[J].福建建设科技，2012（03）：35-37. 基金项目： 1.2017年度广西科技大学科学基金项目：大掺量矿物掺合料混凝土的 制備及耐久性能研究，项目编号：校科自1711313，2017.11～2020.11 2.2018年国家级大学生创新创业训练项目：大掺量矿物掺合料混凝土的制备及耐久性能研究，2018.04～2019.05 作者简介：廖灵青（1992-），女，瑶族，广西桂林人，硕士研究生，助教，研究方向：混凝土耐久性。 |
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