沈海高速公路辽宁段沿线桥梁混凝土碳化概率特征研究

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100年时的耐久性失效概率小于10%。

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：U444 文献标志码：A

0 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[1]。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[2]、龚洛书等[3]和许丽萍等[4]考虑不同材料的模型，陈树亮[5]综合考虑不同材料、环境及保护层厚度的模型，牛荻涛等[68]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[910]。此外，部分学者[1113]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[14]；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[15]，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[16]。

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348 km，沿线共455座桥梁，其中沈阳段6座，辽阳段32座，鞍山段63座，营口段138座，大连段216座。目前，沈大段高速公路已运营25年，辽宁省高速公路管理局分别于2011年，2012年，2013年对沿线桥梁进行了3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。

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