土木專業(yè)外文翻譯

1、 有關(guān)預(yù)測暴露在海洋環(huán)境中混凝土的耐用年限的可靠性措施By Mnica Prezzi, Philippe Geyskens, and Paulo J. M. Monteiro在上述混凝土的使用壽命中，構(gòu)造承受外界因素或作用劑及時的作用都也許使混凝土從安全使用狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭Щ驌p壞狀態(tài)。其中一種能引起包裹在混凝土中的鋼筋的銹蝕的過程是氯離子達(dá)到主筋后導(dǎo)致鈍化膜的破壞。本文提供了一種解釋浸沒實驗成果和預(yù)測暴露在氯離子環(huán)境中混凝土的使用壽命的措施。一旦浸沒實驗決定了氯離子分布，我們就能通過測量每一點氯離子含量來懂得氯離子自由擴散系數(shù)的狀況。這些樣品用來估算擴散系數(shù)作用的概率密度。緊接著進(jìn)行有關(guān)10個不

2、同輕質(zhì)高強混凝土混合比的可靠分析。當(dāng)腐蝕從鋼筋處開始時，就視為該鋼筋混凝土構(gòu)件失效，也就是說，在鋼筋處的氯離子濃度達(dá)到一定量的時候鋼筋混凝土構(gòu)件就視為失效。然后我們計算某些被調(diào)查的混凝土混合物通過一段時間后開始腐蝕的概率。核心詞：氯離子；腐蝕；高強混凝土；輕質(zhì)混凝土；也許性由于構(gòu)造的保養(yǎng)和修復(fù)的費用很高，混凝土耐久性成為混凝土混合物特性重要的考慮因素之一。其中一種廣泛的損壞是混凝土大橋，道路，停車庫，海洋構(gòu)造中鋼筋的腐蝕。據(jù)估計，單美國每年因腐蝕損害耗費大概就達(dá)到1260億美元。混凝土里鋼筋的銹蝕一般和如下一種或幾種因素有關(guān)：氯離子的侵入，碳酸化作用，酸類的侵蝕和生物作用。本文關(guān)注處在暴露環(huán)境

3、的開始于氯離子的侵蝕的混凝土中的鋼筋。不管是來自防凍鹽水還是海水的氯離子，都也許侵入混凝土或貫穿混凝土進(jìn)而覆蓋和接觸到鋼筋。一旦氯離子接觸到鋼筋，就會分解掉在鋼筋表面形成的鈍化膜，或克制鈍化膜的形成。不幸的是，盡管過去某些年有關(guān)混凝土構(gòu)造中鋼筋腐蝕的機理的理解已經(jīng)獲得大量進(jìn)展，但是有關(guān)預(yù)測一種構(gòu)造預(yù)期的和剩余的使用壽命還沒有完全滿意和可靠的預(yù)測?；炷林袖摻畹母g涉及諸多因素。不擬定因素與材料自身，暴露的環(huán)境和缺少可以充足解釋混凝土隨時間、海洋深度和不同的所處環(huán)境產(chǎn)生化學(xué)變化的理論模型有關(guān)，這些都是研究者所要面對的難題。一般，氯離子在混凝土中的擴散系數(shù)是從諸如浸沒實驗的實驗測試估計來的。通過一

4、段時間的暴露之后，在遠(yuǎn)離暴露的混凝土表面的某些位置測得氯離子含量。（氯離子含量分布）。本文提出一種混凝土樣本的擴散系數(shù)可以通過菲克第二定律的特解在每個有氯離子含量的測量的點的模型反演來估算。得到的擴散系數(shù)用來擬定概率密度分布函數(shù)（PDF）。在給定擴散系數(shù)的概率密度分布函數(shù)后，就可以進(jìn)行評價給定的一組環(huán)境下的腐蝕概率的可靠性分析。當(dāng)腐蝕進(jìn)行到一定深度的時候，也就是說當(dāng)一定氯離子臨界濃度超過那個深度，研究中的鋼筋混凝土就視為達(dá)到它的極限狀態(tài)（失效），我們將會執(zhí)行十個輕質(zhì)高強的混凝土混合比的可靠性分析來看哪個浸沒實驗成果適合寫入文獻(xiàn)中。 研究意義構(gòu)造或材料的使用壽命的預(yù)測是工程師們面對的重要挑戰(zhàn)之一

5、?？梢缘钟鶒毫迎h(huán)境的材料的需求在日益增長。研究人員不僅在努力滿足這種需要，并且也在發(fā)展實用規(guī)程來最佳的預(yù)測這些材料的使用壽命。本文提出一種措施來解釋浸沒實驗的成果并預(yù)測暴露在氯離子環(huán)境中的混凝土構(gòu)造的使用壽命。 使用壽命的預(yù)測 根據(jù)Clifton所說，該措施合用于估計處在惡化進(jìn)程中的混凝土的使用壽命的根據(jù)是：（1）經(jīng)驗；（2）相似材料的體現(xiàn)；（3）加速實驗；（4）可以描述化學(xué)和物理降解過程的數(shù)學(xué)模型；（5）可靠性和隨機概念的應(yīng)用。 本文集中在基于可靠性和隨機概念的應(yīng)用，但某些措施也許同步被使用。呈目前這里的可靠性分析合用于與氯離子作用導(dǎo)致鋼筋開始腐蝕的混凝土的惡化過程。其她惡化過程也可以進(jìn)行相

6、似的分析，只要調(diào)節(jié)惡化機理的數(shù)學(xué)公式就可以被使用。以目前的知識水平，將腐蝕過程中涉及的所有變量引入數(shù)學(xué)模型事實上是不也許的。為了預(yù)測已知的混凝土構(gòu)件，我們需要做諸多假設(shè)。在一種完全干燥的環(huán)境，由于缺少傳播離子的電解質(zhì)溶液，腐蝕是不也許發(fā)生的，并且，氯離子通過混凝土保護(hù)層的傳送也被限制。然而，在再濕潤期間，毛細(xì)作用力拖拽外部的溶液進(jìn)入混凝土，同步將帶有氯離子的鹽分帶了進(jìn)來。為了模擬多孔性材料里的氯化物進(jìn)入過程，我們假設(shè)飽和環(huán)境存在，并且菲克定律合用，雖然當(dāng)材料被浸濕，但是由于缺少氧氣而不產(chǎn)生陰極反映因此腐蝕沒有發(fā)生。事實上，是由暴露的環(huán)境和氯離子侵入機理共同作用形成了一部分特定構(gòu)造的腐蝕過程。使

7、用菲克定律的另一種問題是某些來自方程式的假設(shè)并不很符合混凝土的狀況。例如，其中一種由菲克第二定律引出的假設(shè)是多孔介質(zhì)是均勻的，這并不符合混凝土的實際狀況。我們還假設(shè)介質(zhì)是不起反映的且不吸附的，這點對混凝土也不合用。物理上來講，氯離子可以吸附在細(xì)孔的表面，化學(xué)上來講，氯離子還可以和鋁酸鹽類結(jié)合，形成氯-鋁酸鹽復(fù)合物。此外，混凝土試樣的實驗測試還表白氯離子的擴散率隨著時間，電解質(zhì)溶液類型和濃度的變化而變化。時間依賴性部分上是水泥持續(xù)水化反映和細(xì)孔持續(xù)堵塞的直接成果。盡管基于菲克定律做的假設(shè)和打算應(yīng)用的現(xiàn)實有出入，菲克定律仍然提供了一種唯一能模仿氯離子擴散進(jìn)混凝土的方式。一旦其她能精確的體現(xiàn)氯離子傳

8、播進(jìn)混凝土的定律或模型發(fā)展出來，我們就能執(zhí)行呈目前這里的同樣的分析。為了單方面體現(xiàn)氯離子擴散進(jìn)混凝土，我們就采用菲克第二定律如下形式 應(yīng)用如下邊界條件：并且假設(shè)混凝土是均勻的各項同性的材料，并且混凝土和擴散的物質(zhì)是不發(fā)生反映的，微分方程的解答就顯而易見了這里Ci是從海水中（或其她電解質(zhì)溶液）擴散進(jìn)混凝土的i類物的集合（氯離子），有著溶質(zhì)濃度Cs(Cs保存了隨著時間的常量)Co是混凝土構(gòu)件中氯離子的初始濃度，D是擴散率或擴散系數(shù)。x 是從混凝土暴露表面到我們要考慮的點之間的距離。t 是混凝土構(gòu)件在海水中或綜合的溶液中暴露的時間，erfc是余誤差函數(shù)。估計氯化物分布每一點的擴散系數(shù)假設(shè)沒有氯化物粘

9、合或吸附，并且100%飽和，用下列轉(zhuǎn)換公式可以將由像浸沒實驗這種實驗室測得的氯離子含量分布轉(zhuǎn)換為氯離子濃度分布：這里C（百分?jǐn)?shù)）是每單位水重量的氯離子濃度，Cdry concrete （百分?jǐn)?shù)）是每單位干混凝土重量的氯離子含量。dry concrete (kg/m3)是混凝土單位重量，是水密度(1000 kg/m3 = 62.43 lb/ft3)，n是混凝土孔隙率。為了將氯離子粘合物和吸附物考慮進(jìn)去，每單位轉(zhuǎn)換后獲得的值乘以換算系數(shù)來獲得自由氯離子濃度分布剖面圖。用暴露在海水或氯離子溶液中一定期間的氯離子濃度分布剖面圖，可以反過來用菲克第二定律Eq. (2)的反解反算出來擴散系數(shù)。菲克第二定律

10、的逆運算沒有精確解，但是一種牛頓拉普森的求根算法可以算出已知時間t和位置x的有關(guān)擴散系數(shù)D。腐蝕開始的氯離子臨界濃度 腐蝕開始（失效或極限狀態(tài)）的模式能用指定一種氯離子濃度臨界值這種簡化的措施，達(dá)到或超過臨界值腐蝕就會開始。根據(jù)某些研究人員的成果，規(guī)范和原則已經(jīng)具體指定了氯離子含量的臨界值。Gjrv et al.4總結(jié)了用不同的規(guī)范闡明的氯離子含量的臨界值。隨后的分析中，我們采用挪威規(guī)范中 NS 3420推薦的暴露在氯離子環(huán)境中的正常鋼筋混凝土里的氯離子含量臨界值。（按照混凝土重量比例的0,4%的氯離子酸溶液） Hausmann5 和Gouda6建議當(dāng)氯離子和氫氧離子的比例界線超過一定值時，腐

11、蝕開始發(fā)生。根據(jù)Hausmann5的說法是氯離子和氫氧根離子比例超過0.6. Hausmann5是調(diào)查鋼筋暴露在氫氧化鈣溶液中的實驗得到的成果。Gouda6建議了一種相似的數(shù)據(jù)，除了氯離子濃度臨界值在高于13.5PH值時，氯離子濃度臨界值事實上是保持不變的。Gouda6的溶液的PH值要比Hausmann5調(diào)查中所用的要高。Diamond7檢查了Gouda6的實驗并建議PH更能代表混凝土中的孔隙溶液，更恰當(dāng)?shù)呐R界值是Cl/OH = 0.3 (pH =13.3).如果混凝土孔隙溶液的PH值已知，那么氯離子濃度的臨界值就可以從之前討論的關(guān)系中估算出來。 鋼筋混凝土中氯離子濃度達(dá)到臨界值后所達(dá)到的極限

12、狀態(tài)環(huán)境的假設(shè)，與像Tuutti.8提出的混凝土中鋼筋腐蝕的概念性模型相一致。由于除了由混凝土提供的鈍化膜也許抵御腐蝕，有人也許爭辯當(dāng)我們?nèi)P分析耐久性的時候這個方式就很局限。其她考慮所有因素的概念模型在文獻(xiàn)中就有提及。(Mehta andGerwick9 and Mehta10).盡管如此，考慮到理論上模擬混凝土降解過程的難度，我們先分析更簡樸的問題，然后努力吸取完整的分析中的有關(guān)要考慮的內(nèi)容這樣更講得通。 可靠性公式化 可靠性分析提供了一種評估一種構(gòu)件失效概率的措施(Der Kiureghian11)。術(shù)語“component”即描述將極限狀態(tài)定義為一種單一持續(xù)的極限狀態(tài)函數(shù)的構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)

13、件，目前的問題是只有擴散系數(shù)D被覺得是自由的，極限狀態(tài)函數(shù)(D)可以寫為這里CT是氯離子濃度臨界值，由于已知Co和Cs,濃度值C(D)就是距離混凝土表面x和時間t時候的氯離子濃度。只有混凝土構(gòu)件是安全狀態(tài)，函數(shù)值g（D）才是正的，也就是說，在鋼筋處的氯離子濃度（距離混凝土表面x處的）低于臨近濃度值。極限狀態(tài)函數(shù)g（D）也可以視為超過CT的安全邊界。有了PDF的D，最尖端的可靠性軟件如CALREL就可以用來評估失效概率，也就是說，給定x和t后氯離子臨界濃度CT達(dá)到的概率。給定期間t和位置x后氯離子濃度超過臨界值的概率可以體現(xiàn)為這里FC(.)是C的累積分布函數(shù)（CDF），這樣一來，在Eq. (2)

14、里描述的C和D一對一的關(guān)系，超過數(shù)失效概率就可以寫為。這里FD(.)是累積分布函數(shù)的D，DT是由菲克第二定律的反解得到的擴散率臨界值(DT = f 1CT).假設(shè)擴散系數(shù)有著對數(shù)正態(tài)分布。成果可像如下求得超越概率：D和D原則正態(tài)分布的參量，(.)是CDF的原則形式，參量D和D是由已知的每個氯離子濃度剖面圖的菲克第二定律的解的模型反演得到的擴散值估算出的。DT值可以由牛頓拉普森迭代輕松地推算出來。失效概率可以通過CALREL或體現(xiàn)式計算出來。用CALREL的長處是，它能考慮到分布規(guī)律和極限狀態(tài)函數(shù)的參量進(jìn)而計算出失效概率估算值的敏感性。并且CFLREL容許引進(jìn)問題中的自由變量，更進(jìn)一步改善了分析

15、。實驗成果的評估 文獻(xiàn)中(Zhang atal.13)可以使用的浸沒實驗的測試成果可以證明先前內(nèi)容建議的分析的合用性。試件的預(yù)備程序和浸沒實驗的措施可以從Gjrv et al.4中找到。使用Zhanget al.的13實驗成果的長處是它代表了試件樣本暴露在海水中的野外條件。樣本暴露在海水中7年3個月的10種挑選的混凝土混合比的某些特性值呈目前表一中(Gjrv et al.4)。輕質(zhì)混合物的特性值可以從zhang的文獻(xiàn)中找到。Gjrv.14 表 2呈現(xiàn)了試樣暴露在海水中7年又3個月后測得的酸性電解質(zhì)溶液中氯離子含量剖面圖。表2顯示了在海水中7年3個月所有構(gòu)件樣本的氯離子含量剖面圖有著共同的圖案。

16、氯離子含量從樣本表面增長直到到0.45到0.75cm（0.18或0.3英寸）的深度。從峰值向3.13cm（1.24英寸）深的氯離子濃度最后測點，氯離子濃度遞減。（由氯離子含量繪制的剖面圖有兩個階段）。初看，這個影響看起來讓人驚訝，由于樣本已經(jīng)持續(xù)浸泡著并且離子擴散（離子濃度梯度導(dǎo)致）是唯一預(yù)料到飛傳送氯離子的機制。如果樣本循環(huán)干濕，事實上毛細(xì)水吸力就可以解釋這種現(xiàn)象。這個未預(yù)料到的體現(xiàn)的因素至少一定限度上可以解釋為，選擇測量氯離子含量和多孔性材料的過程的形式。 實際因素是，氯離子含量測量形式一般是干混凝土重量的比例，由于在實驗中非常難以測量水泥漿溶液孔中氯離子的實際濃度。并且更難的是測定氯離子

17、濃度從混凝土表面開始時如何變化的。氯離子含量剖面圖中氯離子含量的測量形式是混凝土或水泥重量的比例，然而不要呈現(xiàn)出實際中被浸沒實驗?zāi)７碌默F(xiàn)象。如果擴散是考慮到的現(xiàn)象，并且菲克定律合用，那么就應(yīng)當(dāng)考慮在混凝土孔隙溶液中的自由氯離子濃度，而不是材料中的氯離子含量。為此，以干材料或干水泥中重量的比例形式的氯離子含量就應(yīng)當(dāng)改為氯離子濃度值，也就是說，采用溶液重量的比例。查閱 Eq. (3). 為了用轉(zhuǎn)換公式（3），我們就需要懂得孔隙率和單位重量隨距混凝土表面的距離是如何變化的。（兩者應(yīng)當(dāng)在測量氯離子含量時同步測得）。我們需要懂得單位重量混凝土隨樣本剖面變化的的因素關(guān)系到“表面”效應(yīng)和混凝土孔隙率。正常重

18、量的混凝土振動過后，水分帶著混凝土微粒流向表面。這個過程使得樣本混凝土構(gòu)件外表面的混凝土內(nèi)部的砂子的含量增多。成果混凝土樣本外表面涉及了一層由砂子帶來的一層水泥漿，并且和只有在這層下的塊體.這些表層可以作為混凝土擁有特別性能和構(gòu)成的“表面”(Kreijger15)從文獻(xiàn)里查得。單位重量合成物的影響在本研究中不予考慮，由于一部分混凝土表層在暴露在海水中之前就被移去了（頂部環(huán)氧層被切掉）并且只有混凝土樣本的單位毛重可以擬定。并且，混凝土配合比中涉及了比其她混凝土構(gòu)成成分更輕且容易移動到表面的混凝土輕骨料。 另一種因素是混凝土孔隙率，除了水化反映和火山灰反映這些因素，混凝土孔隙率會隨著時間明顯變化。

19、據(jù)報告某些暴露在海水中的混凝土表面的孔隙率會明顯減少。(Buenfeld 和Newman16 和 Haynes17). Buenfeld 和 Newman18 和Buenfeld et al.19測量了永久浸沒在海水里的混凝土和灰漿樣本的電阻系數(shù)，測量成果顯示浸沒了海水的電阻率增長因此支持了孔隙率縮減的理論。孔隙率縮減的因素是氫氧化鎂碳酸鈣混合物層在材料表面的形成，此外尚有更普遍的水泥漿孔微觀構(gòu)造壓縮飛漸變 (Buenfeld and Newman16,18)。暴露在海水中混凝土孔隙縮減的過程在文獻(xiàn)中被指為“入口處氯離子的自閉塞” (Poulsen20).由干材料或水泥重量比例描繪的氯離子含量

20、所得的“兩階段”剖面圖可以成為測量工程量過程的成果。描繪干混凝土或干水泥中氯離子含量的重量比例也許導(dǎo)致錯誤的解釋。假設(shè)混凝土孔隙率由于距離上不不小于x而減少，事實上氯離子濃度也許從x到暴露的混凝土表面增大，同步有關(guān)聯(lián)的氯離子含量的干混凝土重量比例減少。查閱 Eq. (3); chloride concentration Cis inversely related to porosity.本研究忽視氯離子含量剖面圖中峰值前測得的氯離子含量。 就考慮到腐蝕而言，只有混凝土漿空隙中溶液中的自由氯離子起決定作用。在研究自由氯離子剖面圖時，自由氯離子濃度，更精確的說是在暴露的樣本表面邊界的自由氯離子濃度

21、已知，并且等于海水中的自由氯離子濃度（3.5%的重量比例）。雖然用不同的措施來測量酸溶液和變成粉末的混凝土樣本中氯離子的總量，我們在實驗中也覺得她們的總量是同樣的。用氯離子含量剖面圖計算氯離子總量的時候的缺陷之一是樣本暴露的表面的氯離子總量被假設(shè)做曲線擬合時覺得是一種變量。在擴散率和表面氯離子含量之外，某些作者也覺得樣本的初始氯離子含量是一種變量。用曲線擬合得到的擴散率決定于氯離子含量剖面圖的點的數(shù)量、假設(shè)的表面的值、初始氯離子含量和擬合措施。通過度析菲克定律的解，我們可以很清晰的懂得，如果在整個樣本里氯離子化合物不變，用氯離子含量剖面圖算出來的擴散率就將只能等于用自由氯離子濃度剖面圖得到的擴

22、散率。由于對某些粘合物的百分率（假設(shè)隨著樣本保持不變）做了可靠性分析后，沒有得到研究中的硬化混凝土的粘合能力的實驗成果。通過這個實驗，我們可以評估粘合物擴散率值的影響和使用壽命的預(yù)測。用Eq(3)可以將總氯離子含量值和氯離子臨界值轉(zhuǎn)化為氯離子濃度值。這個值再乘如下列折減系數(shù)：0.2，0.25,0.3，0.35和0.4。由每個樣本計算獲得的五個自由氯離子濃度分布剖面圖分別相應(yīng)百分之80,75,70,65和60的粘合物百分率。圖一顯示了有配合比1的樣本獲得的總的自由氯離子濃度剖面圖。觀測到總的氯離子濃度分布剖面圖根據(jù)考慮到的粘合物比例劃定范疇，而表面氯離子濃度，即海水氯離子濃度（3.5%）在五個氯

23、離子濃度分布剖面圖里保持不變。 成果分析 表3總結(jié)了由7年3個月得到的試樣的擴散率的平均成果和原則偏差。由于沒有評估樣本的氯離子粘合物的特性值，我們就以考慮到的粘合物的比例的形式來比較擴散率。硅粉對擴散率的影響可以通過比較由配合比2和4的成果來評估，配合比2涉及500 kg/m3 (31.2lb/ft3)的水泥和50 kg/m3 (3.12 lb/ft3)的硅粉；配合比4涉及550 kg/m3 (34.3 lb/ft3)的水泥，且沒有硅粉。4號配合比樣本的擴散率對2號配合比樣本的擴散率的比率從1.86增長為2.47.這個成果表白硅粉對混凝土微觀構(gòu)造有很大影響，因此對擴散率也有很大影響。2號和5

24、號的混合比很相似，分別是500 和50 kg/m3 (31.2 和3.12 lb/ft3)的水泥和硅粉。2號混合物有0.34的水灰比和39.4%的體積的自然砂子替代了細(xì)小輕質(zhì)的聚合物。5號混合物有0.36的水灰比和細(xì)小輕質(zhì)的聚合物，沒有砂子。有5號配合比的混合物的樣本的擴散率對2好和配合比的混合物的樣本的擴散率的比例從1.09減到1.06，同步粘合物比例從80%減到60%。這個成果表白2號混合物比5號混合物更能保護(hù)鋼筋混凝土。2號和10號的混合比幾乎相似，除了骨料的最大尺寸。此外，10號混合物有0.35的水灰比。10號混合物的試樣的擴散率比2號的從1.61漲到1.91。同步粘合物比例從80%減

25、少到60%。無疑地，10號混合物中大尺寸的骨料對混凝土在海水中的體既有害。很有也許越大尺寸的骨料對傳送空間的特性越有害，越也許產(chǎn)生裂縫。 5,6,7,8,9號混合物配了5中不同的輕骨料，其中水灰比從0.36到0.44 。5號和8號的混合物水灰比是0.36。用8號有Leca骨料的混合物做的試件的擴散率比5號有Liapor骨料的混合物做的試件的擴散率高14%到26%。5號的Liapor8骨料比8號的Leca骨料的密度要小某些。6號混合物配有Liapor7骨料和與5號和8號有相似的混合比，但高某些的水灰比（0.37），適合于6號混合物的擴散率大概是5號的85%。然而Liapor8和Leca骨料比Li

26、apor7骨料更密實些（分別是10%和4%）。輕骨料的種類影響了混凝土的特性，反過來又影響了氯離子滲入的過程。成果顯示，Liapor7骨料比其她兩種骨料對混凝土混合物更有益。但是根據(jù)這些骨料的體現(xiàn)，我們不能得到確切的結(jié)論，由于每個混合比中只有一種試件被測試，并且擴散率的不同之處也許還是由環(huán)境的可變性導(dǎo)致的。7號混合比配有0.4的水灰比和Liapor6的骨料。9號混合比配有0.44的水灰比和Lytag的骨料。合用于9號混合比的擴散率在7號的96-114%之間。這些成果反映了骨料和水灰比的共同影響。Lytag骨料比Liapor6密度密實35%。3號混合比和7號和9號有相似的水灰比，但更低的水泥含量

27、。盡管如此，合用于3號的擴散率和7號與9號的很相似?？茖W(xué)的講，3號混合比不僅能和7號和9號體現(xiàn)的同樣好，并且可以節(jié)省成本。 表3中顯示的值證明了考慮到7年又三個月的試件算出的平均擴散率的氯離子粘合物的比例的影響。當(dāng)大部分浸沒了7年又三個月的試件的氯離子粘合物的比例從80%減少到60%的時候，我們觀測到，擴散率從30%上升到50%(Cfree = 0.2 Ctotal to Cfree = 0.4 Ctotal).混合比4的試件和混合比10的試件由于粘合物的比例的變化在擴散率上分別產(chǎn)生了大幅度增長（90%和69%）除了平均擴散率，表3顯示了擴散率值的原則偏差。試件變化的的系數(shù)在16%-52%范疇

28、內(nèi)浮動。圖一顯示用混合比1配的試件的氯離子濃度分布剖面隨著距離試件表面的距離變化的狀況。由于表面的氯離子濃度仍舊和所有考慮到的自由氯離子濃度分布相似，假設(shè)的粘合物的比例越大，距離試件表面近的氯離子濃度分布的坡度越大。（在0到0.45cm之間）。在這個范疇內(nèi)的坡越陡，擴散率的值就越小。離表面近的擴散率的小值拉低了平均擴散率但增長了原則偏差。正如擬合曲線，平均擴散率的值決定于表面附近氯離子含量測量的點的數(shù)量。忽視這些測量數(shù)據(jù)是不合理的，由于有證據(jù)，混凝土暴露在海水中的表層比塊體混凝土的孔要少。試件的氯離子含量也是以相似的空間距離測得的。（在每0.3cm處即0.12英尺）每個給定位置計算得到的擴散率

29、代表了考慮到的位置的混凝土的特性。因此，由文獻(xiàn)中提到的措施計算得到的平均擴散率可以視為通過氯離子濃度分布圖測得的。（如果在距離混凝土表面很近范疇內(nèi)有的點避災(zāi)塊體混凝土中有更大的值，成果肯定會被誤導(dǎo)）。通過5圖2顯示了配有混合比1,4,5,10的試件的失效概率。成果顯示如果假定鋼筋固定在距混凝土表面5cm處，腐蝕開始的臨界氯離子含量是水泥重量比例的0.4%。由混合比4和10配的每個試件得到的5個概率曲線一致顯示了粘合物比例越高，腐蝕開始的概率越低。對于由混合物1和5配備的試件，5個概率曲線的特定的點在有關(guān)的位置會倒置。這個倒置和這些試件的擴散率的分布規(guī)律的參數(shù)有關(guān)。像先前解釋的，考慮到的粘合物的

30、比例越高，距離混凝土表面近的氯離子濃度分布曲線坡度越陡，這些點的擴散系數(shù)越小。如果這些距離混凝土表面近的點的擴散系數(shù)忽視不計，平均擴散系數(shù)會變大，但是原則偏差會減小。為了證明這個影響，配有混合比1號試件的距離表面0.45到0.75cm的擴散率忽視不計。在先前考慮的狀況下做可靠性分析和失效概率分析。根據(jù)考慮到的粘合物比例，失效概率是50%，開始腐蝕的時間是57到59年之間。如果表面附近的擴散率的值沒有忽視，開始腐蝕的時間在63到70年之間（查看表4）。并且，5條概率曲線不再變化位置，但符合預(yù)期體現(xiàn)。只有試件表面影響嚴(yán)重，觀測到的概率曲線才會倒置。有關(guān)50%的失效概率，表4表白了鋼筋處的氯離子濃度

31、達(dá)到臨界值的年限。表中成果表白，粘合物百分?jǐn)?shù)不影響腐蝕開始需要的時間，也不影響擴散率。成果也反映了每種混合比氯離子濃度的臨界值的不同之處。對于大部分的試件（除了配混合比4和10的），粘合物比例從80%到60% (0.2Ctotal to 0.4 Ctotal)的變化導(dǎo)致到失效用的時間減少了10%。粘合物比例也是同樣的變化。4號和10號到失效用時分別減少了31%和22%。表5表白有關(guān)極限狀態(tài)函數(shù)參數(shù)的失效概率的敏捷度：到混凝土表面的距離(x)，時間(t)，開始腐蝕的濃度(Co)，表面氯離子濃度(Cs)和氯離子臨界濃度(Ct)。假設(shè)具有80%的粘合物時用由自由氯離子濃度分布算得的混合比1,4,5,

32、10號混凝土的擴散率的平均值和原則偏差在CALREL上運算(Cfree = 0.2Ctotal).表5顯示的敏捷度值符合腐蝕開始的概率是50%的點。敏捷度值給出了一種單位在極限狀態(tài)時的變化的變化范疇（計算單位：x是cm，t是s，Cs, Co, 和Ct是百分?jǐn)?shù)的形式）。表6表白了腐蝕開始概率的敏捷度和x,t, Cs，Ct和擴散率平均值和原則偏差（分別是D和D）的關(guān)系。失效概率和鋼筋混凝土覆蓋層厚度比和時間的關(guān)系更敏感，且它和氯離子濃度有間接的敏感性。比較而言，D的變化對失效概率的影響比D的變化對其的影響更大。 總結(jié) 混凝土中鋼筋的腐蝕一般和氯離子滲入入混凝土中有關(guān)。一旦氯離子達(dá)到鋼筋，它們可以分

33、解在金屬表面覆蓋的鈍化膜或制止鈍化膜的形成。事實上，氯離子擴散進(jìn)混凝土的擴散率是從像浸沒實驗的實驗成果中估計出來的，并且菲克第二定律的解符合實驗測試得到的氯離子含量分布剖面圖。然而，只有混凝土孔隙溶液中多余的自由氯離子濃度對腐蝕不利。氯離子吸附在混凝土孔隙的表面，氯化鋁復(fù)合物的形成和孔隙阻塞都削弱了混凝土孔隙溶液中氯離子的有效性。 在本文中提出了浸沒實驗成果的解釋和暴露在海洋環(huán)境的混凝土構(gòu)造使用壽命的預(yù)測。我們對文獻(xiàn)中可以直接運用的有浸沒實驗成果的十個輕質(zhì)高強混凝土配合比進(jìn)行了實驗分析。浸沒實驗后獲得氯離子分布圖后，氯離子擴散率D通過菲克第二定律在有氯離子含量測試的每個深度的反解算得。假設(shè)給定

34、D的正太分布，就能算得分布參數(shù)，給定的一系列環(huán)境后的失效概率也能評估出來。 可靠性分析的成果提供應(yīng)了工程有價值的情報，一旦被定義的工程的不擬定性限度可以容忍，可靠性成果協(xié)助我們在對最佳的能滿足科學(xué)需要的同步價格便宜的混合比的選擇過程。 感謝 作者想要感謝NSF,CAPES的資金支持, Carlson-Polivka的獎學(xué)金。特別感謝本文所引用的NTH的Odd Gjrv專家的提供的測試成果。 參照文獻(xiàn) 1. Jones, D. A., Principles and Prevention of Corrosion, Macmillan PublishingCo., New York, 1992.2

35、. Clifton, J. R., “Predicting the Service Life of Concrete,” ACI MaterialsJournal, V. 90, No. 6, Nov.-Dec. 1993, pp. 611-617.3. Crank, J., Mathematics of Diffusion, Oxford University Press, 2ndEdition, 1975.4. Gjrv, O. E.; Tan, K.; and Zhang, M.-H., “Diffusivity of Chloridesfrom Seawater into High-S

36、trength Lightweight Concrete,” ACI MaterialsJournal, V. 91, No. 5, Sept.-Oct. 1994, pp. 447-452.5. Hausmann, “Steel Corrosion in Concrete,” Materials Protection, V. 6,No. 19, 1967.6. Gouda, “Corrosion and Corrosion Inhibition of Reinforcing Steel, I:Immersed in Alkaline Solutions,” British Corrosion

37、 Journal, V. 5, 1970,pp. 198-203.7. Diamond, S., “Chloride Concentrations in Concrete Pore SolutionsResulting from Calcium and Sodium Chloride Admixtures,” Cement, Concrete,and Aggregates, V. 8, No. 2, 1986, pp. 97-102.8. Tuutti, K., Corrosion of Steel in Concrete, Swedish Cement and ConcreteResearc

38、h Institute, Stockholm, 1982.9. Mehta, P. K., and Gerwick, B. C., “Cracking-Corrosion Interaction inConcrete Exposed to Marine Environment,” Concrete International:Design & Construction, V. 4, No. 10, Oct. 1982, pp. 45-51.10. Mehta, P. K., “Concrete Technology at the CrossroadsProblemsand Opportunit

39、ies,” Concrete Technology: Past, Present, and Future, SP-144,American Concrete Institute, Detroit, 1994, pp. 1-30.11. Der Kiureghian, A., “Structural Component Reliability,” lecturenotes for the course “Structural Reliability: Methods & Applications,” Universityof California at Berkeley, 1989, pp. 1-38.12. Liu, P.-L.; Lin, H.-Z.; and Der Kiureghian, A., “CALREL User Manual,”University of California at Berkeley, 1989, pp. 1-63.2.13. Zhang, M.-H.; Zhang, T.-W.; and Gjrv, O. E., “Properties of High-Strength Lightweight Concrete,” paper submitted to the International Symposiumon Struct