第期贡金鑫等沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究 7!$#!2#22"= "#:!#"!-#3#2 '##"#7!$##"#7"!77!!"3-$#! 3$!2#"##22 引言混凝土碳化是大气中的二氧化碳进入混凝土孔隙与孔隙水形成碳酸并与混凝土中的碱物质发生中和反应降低

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板云
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1 第卷第期年月建筑科学与工程学报!"#"#$%!&!'!##! #" 文章编号 ()))+ 沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究贡金鑫王振吉马丽娜赵艳华彭建大连理工大学建设工程学部辽宁大连辽宁大通公路工程有限公司辽宁沈阳辽宁省交通规划设计院公路养护技术研发中心辽宁沈阳辽宁省高速公路管理局辽宁沈阳摘要对沈海沈阳海口高速公路辽宁段沿线混凝土桥梁的碳化实测数据进行了统计分析建立了以混凝土抗压强度和时间为主要参数的不同地区桥梁和单个桥梁混凝土碳化深度的随机过程模型将混凝土碳化到钢筋表面的状态作为大气环境中的耐久性极限状态分析了沿线上海湾大桥不同服役时间的耐久性失效概率结果表明混凝土碳化深度随混凝土抗压强度的增大而减小但受多种复杂因素影响混凝土碳化深度离散性很大混凝土碳化系数计算模型的不确定性系数服从对数正态分布海湾大桥混凝土使用到第年时的耐久性失效概率小于 = 关键词混凝土桥梁混凝土碳化概率模型高速公路离散性中图分类号文献标志码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收稿日期 )) 基金项目国家重点基础研究发展计划九七三计划项目 %(( 辽宁省交通科技项目交通运输部建设科技项目 ++ 作者简介贡金鑫 ) 男河北衡水人教授博士研究生导师工学博士 ')-!8!:!-

2 第期贡金鑫等沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究 7!$#!2#22"= "#:!#"!-#3#2 '##"#7!$##"#7"!77!!"3-$#! 3$!2#"##22 引言混凝土碳化是大气中的二氧化碳进入混凝土孔隙与孔隙水形成碳酸并与混凝土中的碱物质发生中和反应降低混凝土碱性的过程碱性的降低使混凝土失去了对钢筋钝化膜的保护能力可诱发混凝土结构中钢筋锈蚀而锈蚀产物膨胀会引起混凝土保护层开裂甚至剥落对混凝土结构的耐久性具有很大的影响因此研究和建立混凝土碳化深度的预测模型对评价混凝土结构的耐久性寿命具有重要意义根据确定碳化模型中碳化系数方法的不同混凝土碳化模型可分为根据室内试验建立的理论模型和基于工程实测数据建立的实用模型理论模型是以混凝土组成和环境为影响参数的模型如肖佳等龚洛书等和许丽萍等考虑不同材料的模型陈树亮综合考虑不同材料环境及保护层厚度 )+ 的模型牛荻涛等考虑不同矿物掺和料的模型实用模型是以混凝土抗压强度为影响参数的模 ) ) 型此外部分学者研究了混凝土在不同应力状态下的碳化规律建立了多因素耦合作用下混凝土的碳化模型理论模型的优点在于模型中各参数的物理意义明确但由于考虑因素较多实际应用中有些参数很难确定因此不便于工程应用另外实验室条件往往与实际结构的现场条件差别很大预测结果误差较大根据实际工程数据建立的实用模型综合反映了结构所处环境条件材料性能结构施工因素养护因素及其他多种难以单独考虑的各种复杂因素的影响虽然离散性比较大但能够反映实际情况具有较好的实用性本文对沈海高速公路辽宁省境内沈大沈阳大连段沿线桥梁的混凝土碳化特征进行了统计分析沈大段高速公路全长 +9- 沿线共座桥梁其中沈阳段座辽阳段座鞍山段座营口段 + 座大连段座目前沈大段高速公路已运营年辽宁省高速公路管理局分别于年年年对沿线桥梁进行了次检测本文对混凝土碳化深度检测结果进行了统计分析将不同地区的公路段视为不同的环境条件建立了不同公路段桥梁的混凝土碳化预测模型另外也建立了沿线数据比较多的海湾大桥碳化概率模型并计算了不同服役时间的碳化失效概率沿线不同地区桥梁混凝土碳化模型混凝土碳化模型目前各国学者已经对混凝土的碳化进行了大量研究一般认为混凝土碳化深度可采用 6!9 第一定律描述即! 槡 " 式中为混凝土碳化深度! 为混凝土碳化系数 " 为混凝土碳化时间混凝土碳化系数体现了混凝土的抗碳化能力与水灰比水泥品种和用量环境因素养护方法等有关式明确了混凝土碳化深度与混凝土碳化时间的关系混凝土碳化时间一般从结构竣工算起本文根据桥梁现场测得的混凝土抗压强度和碳化深度确定碳化系数现场混凝土强度和碳化深度的实测本文混凝土强度和碳化深度数据来自于沈海高速公路沈大段沿线桥梁的检测资料由辽宁省交通规划设计院检测中心提供混凝土抗压强度和碳化深度按照回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 > ( 进行测量并结合混凝土碳化情况对混凝土抗压强度测量结果进行修正混凝土强度直接反映了混凝土的强度等级混凝土的制作和施工质量间接反映了混凝土的抗渗透性因此与混凝土的碳化系数! 有密切关系假定某地区第! 座桥梁的第个构件在第次检测的时间为 "! 测得的混凝土强度为 9 混凝土碳化深度为 9 则根据式得对应的混凝土碳化系数! 9 为! 9 9 "! 槡为建立混凝土碳化系数! 与混凝土抗压强度的关系将一个地区视为相同的环境将由式计算的同一地区不同桥梁不同构件不同检测时间的混凝土碳化系数视为一个母体进行统计分析, 混凝土碳化系数的确定目前各国学者已经提出了多个混凝土碳化系数与混凝土抗压强度关系的数学模型根据离散图的趋势并参考文献 + 模型和文献模型的形

3 建筑科学与工程学报年式采用下面个模型描述混凝土碳化系数与混凝土抗压强度的关系即! ##:$! # 槡 $ %! # $ %! # $ % 式中 #$% 均为通过回归分析确定的参数图为计算得到的混凝土碳化系数! 与混凝土抗压强度的关系由图可以看出混凝土碳化系数与混凝土抗压强度之间呈非线性降低关系这与以往的分析结果是一致的离散性较大反映了影响混凝土碳化因素的复杂性利用图中混凝土碳化系数与混凝土抗压强度的数据点对式中的参数 #$% 进行回归分析结果如表所示由图还可以看出大连段和营口段的条拟合曲线比较接近其他地区的曲线相互之间有一定偏离但差别不大式反映了混凝土碳化系数受混凝土材料抗压强度和桥梁所处环境的影响表为沈海高速公路沈大段沿线个地区的气候气象和水文条件二氧化碳浓度未能得到可以看出个地区自然条件相差不是很大一般情况下温度高时混凝土碳化速度快相对湿度为 == 时碳化速度最快因为相对湿度低时混凝土内碳化反应受到限制相对湿度高时二氧化碳进入混凝土毛细管的通道被阻塞图给出了根据式确定的碳化系数公式计算的碳化系数与混凝土抗压强度的关系当混凝土抗压强度小于 /1 时沈阳地区的碳化系数与其他个地区偏离较大这可能与沈阳地区的实测数据较少确定的碳化系数不是很准确有关将实测的混凝土碳化深度 - 与按式计算得到的碳化深度的比值定义为混凝土碳化系数计算模型的不确定系数! 即! - ( 系数! 反映了用式确定的碳化系数! 的准确程度如果! 则计算结果与实测结果是完全一致的但由图可以看出对于每一地区可以计算得到多个! 因此需要将! 视为随机变量按式分析得到的不同地区桥梁混凝土图不同地区桥梁混凝土碳化系数与抗压强度的关系 #! (#% )# #

4 第期贡金鑫等沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究 ( 表公式编号不同地区桥梁混凝土碳化系数公式的拟合参数 :! ;#! # )# # 拟合参数沈阳地区辽阳地区鞍山地区营口地区大连地区 # ( + $ ( # ( + ( $ + + % ( ( + # (( + (( ( $ ( ( +( +( + % + + (( # (++(++( $ +( ( (+( % + ( :! 表碳化系数计算模型不确定系数! 的平均值标! 准差! 和变异系数! 如表所示如果计算模型不确定系数! 的平均值接近于同时变异系数越小说明公式的预测精度越高由表可以看出各地区不同公式的计算模型不确定系数的统计参数非常接近图为按式确定的各地区桥梁混凝土碳化系数计算模型不确定系数的统计直方图其中! 为! 的概率密度函数采用法进行假设检验表明在的显著水平下各地区计算模型的不确定系数均服从对数正态分布的假定对式确定的碳化系数计算模型不确定系数进行假设检验也可以表明计算模型不确定系数服从对数正态分布为了实际工程应用方便本文各地区统一选取式作为计算碳化系数的公式不同地区的自然条件 0# # 地区沈阳地区辽阳地区鞍山地区营口地区大连地区气候温带季风气候温带湿润性季风气候温带季风性气候暖温带大陆性季风气候海洋性特点的暖温带大陆性季风气候年平均气温 D ( + ( 年降雨量 (+ 相对湿度 = +(+ ( ( 表, 不同地区桥梁混凝土碳化系数计算模型不确定系数的统计参数 :!, #;# +! $ )# # 图按式 - 确定的不同地区桥梁混凝土碳化系数曲线! 4# )# #!.- 根据上述分析结果得到沈大段高速公路沿线不同地区桥梁混凝土碳化深度的随机过程模型即!! 槡 "! # 槡 $ % 槡 "! 概率密度函数为 +!! #:! 槡!!! 公式编号统计参数沈阳地区辽阳地区鞍山地区营口地区大连地区! ++ +! ( + (+! ( +! + (! + (( +! + + (! + +! ( (! ( (+! ( +! + (+! 槡!!!! 槡式中!! 分别为! 的对数平均值和标准! ( + ( 差!! 分别为! 的平均值和变异系数将表中数值代入式计算得到的和!! 如表所示

5 + 建筑科学与工程学报年表 - 不同地区混凝土碳化系数计算模型不确定系数对数的统计参数 :!- #;# % +! $ )# # 统计参数沈阳地区辽阳地区鞍山地区营口地区大连地区! + (! 沿线单个桥梁混凝土碳化模型和概率分析前面研究的是沈海高速公路辽宁段沿线不同地区混凝土桥梁的碳化概率模型反映了沿线不同地区桥梁混凝土碳化的总体概率特征可用于该线路桥梁混凝土碳化耐久寿命的预测对于同一地区每座桥梁又有自身的特点局部微环境不同混凝土的碳化特征也有所差异对同一地区的每座桥梁进行耐久性评估时需采用每座桥梁各自的碳化概率模型单个桥梁混凝土碳化深度的统计分析方法与前面不同地区桥梁的分析方法是相同的只是采用每座桥梁各自的实测数据下面以大连地区的海湾大桥为例说明单个桥梁的混凝土碳化分析结果统计分析海湾大桥建于年左右分幅该桥于年进行改扩建原桥左侧新增半幅左幅原桥的左右幅桥合为右幅截至检测时该桥左幅已使用年右幅已使用年按式对该桥混凝土碳化系数进行拟合得到各公式的拟合参数如表所示数据点和拟合曲线如图所示表 / 海湾大桥混凝土碳化系数公式拟合参数 :!/ ;#! # 7) 参数式式式式 # + (( ( $ ( % + 图, 不同地区混凝土碳化系数计算模型不确定系数的统计直方图, #7## +! $ )# # 根据式 ( 计算不同混凝土碳化系数公式的计算模型不确定系数统计分析结果如表所示由表可以看出式计算模型不确定系数的平均值和变异系数均较大式式和式计算模型不确定系数的平均值和变异系数基本相同为与大连地区碳化系数的计算模型一致选取式作为海湾大桥混凝土碳化系数的计算公式海湾大桥混凝土碳化系数计算模型不确定系数! 的统计直方图如图所示采用法进行假设

6 第期贡金鑫等沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究图 - 海湾大桥混凝土碳化系数拟合曲线 - 4#! 7) 表 1 海湾大桥混凝土碳化系数计算模型不确定系数的统计参数 :!1 #;# +! $ 7) 统计参数式式式式!!! 图 / 海湾大桥混凝土碳化系数计算模型不确定系数的统计直方图 / #7# +! $ 7) 检验结果表明在的显著性水平下! 服从对数正态分布的假设对海湾大桥左右幅主要构件混凝土保护层厚度 & 按混凝土表面到箍筋外表面的距离计进行统计分析结果如图所示其中 & 为 & 的概率密度函数采用法进行假设检验结果表明在的显著水平下混凝土保护层厚度服从正态分布的假设表 ( 给出了左右幅各混凝土构件混凝土保护层厚度的统计参数对实测的海湾大桥不同构件的混凝土抗压强度进行了统计分析其平均值标准差和变异系数如表 + 所示采用法进行统计假设检验结果表明服从正态分布的假设由表 + 可以看出海湾图 1 海湾大桥构件混凝土保护层厚度统计直方图 1 #7## :%9# 4 "#$!# 7) 表海湾大桥构件混凝土保护层厚度统计参数 :! #;# :%9# 4 $!# 7) 左幅右幅统计参数梁箍筋盖梁箍筋梁箍筋盖梁箍筋注分别为 & 的平均值标准差和变异系数大桥左幅和右幅梁的混凝土强度变异性都比较

7 建筑科学与工程学报年表海湾大桥混凝土抗压强度统计参数 :! #;# (#% 7) 左幅右幅统计参数梁盖梁梁盖梁 / /1 ++ (+ 注分别为的平均值标准差和变异系数小而左幅和右幅盖梁的混凝土强度变异性都比较大左幅和右幅盖梁的混凝土强度统计直方图如图 ( 所示其中为的概率密度函数由于左幅和右幅梁的混凝土强度变异性较小本文不再给出梁混凝土强度的统计直方图表海湾大桥构件混凝土碳化失效概率 :! ;!!#!8 $!# 7) 左幅右幅时间年梁箍筋盖梁箍筋梁箍筋盖梁箍筋 ( ( (( ( +( + ( ( ( (( + ( +( >(+ 规定的概率不大于 = 的要求, 结语混凝土碳化深度随混凝土抗压强度的增大而减小受多种复杂因素影响混凝土碳化深度的离散性很大混凝土碳化深度与混凝土抗压强度可用多个不同的模型描述这些模型的精度相差不大本文采用了碳化深度与混凝土抗压强度平方根成反比的关系计算模型不确定系数服从对数正态分布海湾大桥不同构件混凝土碳化失效概率小于 = 符合中国耐久性标准的要求参考文献 # 韩建德孙伟潘钢华混凝土碳化反应理论模型的图海湾大桥混凝土抗压强度统计直方图 #7## (#% 7) 混凝土碳化到钢筋表面的概率以混凝土碳化深度到达钢筋表面作为混凝土碳化失效的极限状态建立功能函数 ' 为 '& &! # 槡 $ % 槡 " 混凝土碳化到钢筋表面的概率为 '& 式可采用可靠度理论的一次二阶矩法计算表为计算得到的海湾大桥不同构件混凝土碳化失效的概率由表可以看出按年考虑海湾大桥左幅和右幅梁及盖梁混凝土碳化失效的概率都能满足中国混凝土结构耐久性设计规范研究现状及展望硅酸盐学报 >)##".#) &#-#" ##"!/$#%7"!#) "!%#"#"#%!#2#%#-!!#"3+) 肖佳勾成福混凝土碳化研究综述混凝土 ) B?!>? % #)?&#&!#"##2# %#"#%7"!%#"#) 龚洛书苏曼青王洪琳混凝土多系数碳化方程及其应用混凝土 +) >?>)2 /)5!@>,)!)!"!/"!)#!!#"%7"#$'5"! %#"#+)

8 第期贡金鑫等沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究许丽萍黄士元预测混凝土中碳化深度的数学模型上海建材学院学报 ()( B!)!,>!)3 # /"#-"! /$# 1#$!"#$ %7"!.#"! %#"#!$! /"#!2() ( 陈树亮混凝土碳化机理影响因素及预测模型水利电力科技 ) %,' )! # /#!2-#! 6) "2$ 6#2" /$# %#"# #2#2$ '#"! 1# ) 牛荻涛李春晖宋华复掺矿物掺合料混凝土碳化深度预测模型西安建筑科技大学学报自然科学版 )((.!)"% )!?>, /$# 1#$!"!%7"!.#" %#"#!" /"!) -!#$-!:"#2B!E!&#2!"3!"#"#A #3"!##'$!"! )(( ( 宋华牛荻涛李春晖矿物掺合料混凝土碳化性能试验研究硅酸盐学报 ()(?>,.!)" % )!%7"! #2"%#"#%"!! /!#$-!:"#2 "#%!#2#%#-!!#"3( )( + 李春晖牛荻涛宋华复掺矿物掺合料混凝土碳化试验研究工程建设 ()+ % )!.!)"?>,':#!-#" #2# %7!4"!%#"#!" %-2)!"# $$!"! /!# $-!:"#'!##! %2""!()+ 曹明莉丁言兵郑进炫等混凝土碳化机理及预测模型研究进展混凝土 )+ %? /!)!.> )7!<,'>!): #"?&#&!#"#/#!2-$6#2"/$# %#"#%7!4"!%#"#)+ 张海燕把多铎王正中混凝土碳化深度的预测模型武汉大学学报工学版 ) < #) 4 /$#6#2"!%7!4"!.#" &#2!"3'!##!!##) 田浩李国平刘杰等受力状态下混凝土试件碳化试验研究同济大学学报自然科学版 +),>)!!##"':#!-#" #2# %7"!6#$ %#"##!) -#28!!&#2!"3"!) ##+) 卢朝辉吴蔚琳赵衍刚混凝土及预应力混凝土结构碳化深度预测模型研究铁道科学与工程学报 +)( )1#$!) "! /$#2%7"!.#" #!#$$ 1#2"#22#$%#"#""#2!) 3!##$'!##!+)( 杨林德潘洪科祝彦知等多因素作用下混凝土抗碳化性能的试验研究建筑材料学报 + )+ >!)$#1,)9#<, )4!#" ':#!-#""$3%#"#E2%7!4"! #) 2!2"#$#%-7!#$"!6"2)!$! /"#!2+)+ ''%? 6.'?6!#$ 22#22) -#""##"!2!#"##"$#) #"#$%#"# %7"! #2!2"#%#-#" $%#"#%-2!"#2) /?'?%? 6.'?#" ""!2"!32!2"#%7"!%#!!#"!?#!%#"#""#2%2""!$!$! /"#!2) 曾胜钟现场条件下混凝土碳化深度预测研究. 长沙中南大学 <'> #)4"$3 %#"#%7"!.#" 6#2"! 72!"#.% 2%#" "!&#2!"3 ( > 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 >#!#!!"!2#) "!%#"# %-#22!&#"#" 73 #7$ /#"$ + 张誉蒋利学张伟平等混凝土结构耐久性概论 / 上海上海科学技术出版社 %#"# ""#2/!!!#"!!A #!17!2#2 牛荻涛董振平浦聿修预测混凝土碳化深度的随机模型工业建筑 ).!)".?> < #)!1 ):!$- /$#1#$!"!"#%7"#$ %#"#.#" $2"!%2""!) > (+ 混凝土结构耐久性设计规范 > (+%$#.7!!"3.#2! %#"#""#2

自然科学版预处理视盘粗定位视盘垂直坐标的粗定位视盘水平坐标的粗定位

自然科学版预处理视盘粗定位视盘垂直坐标的粗定位视盘水平坐标的粗定位自然科学版文章编号视网膜图像中视盘的快速自动定位方法赵晓芳林土胜李碧摘要基于眼底视网膜血管的分布结构及视盘本身的特点提出一种快速自动定位视盘的方法首先根据视网膜血管的网络分布结构大致定位视盘的垂直坐标然后根据视盘的亮度信息及视盘与血管的关系来定位视盘的水平坐标最后把视盘限定在以粗定位的视盘为中心的一个小窗口内用变换精确定位视盘中心该方法不需要事先分割视网膜血管也不需要对算法进行训练