基于全寿命理论的公路混凝土耐久性模糊评估

0引言

长久以来，人们都认为混凝土是一种极其耐久的材料. 现实却并非如此，大量的混凝土结构在投入使用不久就出现了因耐久性退化而造成的结构破坏，造成了极大的资源浪费. 仅在2014年，建筑业因腐蚀损失就超过5900 亿人民币，相当于四座港珠澳大桥的建造成本. 这引起了广大专家学者的关注和研究. 耐久性的研究主要分为四个层次：环境层次、材料层次、构件层次和结构层次[1]. 耐久性评估是对结构的服役状况作出评价，为结构的维修加固提供理论依据，同时还可以把评估过程中发现的问题反馈给设计、施工等部门，积累和总结工程经验. 混凝土的耐久性评估属于耐久性结构层次研究的重要组成部分.

对混凝土耐久性进行评估时常用到模糊综合评判法，该方法是以模糊理论为基础的综合评价法，适用于受多因素影响、具有不确定性事物的评价，符合混凝土耐久性的特点. 不过这种方法也有不足，特别是在构造因素集时存在影响因素分级不明确、信息重复等问题，影响了最终的评判结果. 为了得到更加准确的结果，本文把全寿命周期理论与模糊评估结合起来，提出了从促进及衰退两方面来评判的耐久性评估模型，以期得到一种更准确有效的评估方法.

1混凝土耐久性劣化

为了保证混凝土耐久性的准确评估，需要先了解混凝土耐久性的劣化过程. 混凝土结构在浇筑之后内部呈碱性，在这种环境下，钢筋表面会覆盖一层钝化膜，对钢筋起保护作用. 由于混凝土的渗透性，碳化作用、氯离子侵蚀、冻融循环及其他介质侵蚀等都会对混凝土的耐久性造成破坏. 此外，在某些情况下在混凝土内部还会发生碱集料反应[2]，并且混凝土结构普遍都承受着各种荷载的作用. 随着各种作用的进行，混凝土内部的微裂缝开始贯通，钢筋表面的钝化膜逐渐被破坏，开始发生钢筋锈蚀[3]，它是引起混凝土结构耐久性下降最主要的因素. 锈蚀的堆积产物对覆盖在钢筋表面的混凝土产生应力，引起保护层的胀裂，扩大的裂缝又加速了钢筋的锈蚀，直至结构被破坏.

可以看出，混凝土耐久性的劣化是一个复杂的、由多种因素相互影响下渐变的过程，同时混凝土的耐久性也是一个随着时间变化的衰减函数.

2混凝土耐久性模糊评估方法的改进

模糊评估是针对评估对象找到尽可能多的影响因素建立因素集，通过相应的评语集建立评判矩阵，该矩阵与因素的权重集进行模糊运算得到评估对象的结果.

2.1混凝土耐久性的模糊评判中存在的问题

模糊综合评判法很好地解决了判断的模糊性和不确定性问题[4]，克服了传统数学方法结果单一的缺陷. 但是它也存在一些问题：(1) 各因素分级的含义不够明确；(2) 评价信息重复. 这些问题主要集中在建立因素集这一过程中. 对于不同的事物评判，因素的分级自然不同. 某些简单问题只需要建立一层因素集即可. 而某些复杂问题，如对混凝土结构耐久性、教师综合素质[5]等进行评估时就需要建立二级因素集甚至多级因素集.

对混凝土耐久性进行模糊评估时，因素的分级没有一个明确的规定，不同的思路会有不同的因素分级，例如：魏华[6]建立的第一层因素集包括环境因素、设计因素、施工因素、材料因素四个方面；巩玉发[7]建立的第一层影响因素为钢筋混凝土结构的自身特性、钢筋混凝土的碳化、疲劳效应以及碱集料反应四部分. 这些分级都在一定程度上反应了混凝土耐久性所受到的影响，但是也存在一些问题，比如考虑因素不够全面，有的没有考虑结构的当前状况[6]，有的没有考虑结构的设计、施工等因素[7]，这就对最终的评判结果造成了影响.

2.2改进的思路及其特点

全寿命周期理论考虑到了产品寿命历程的所有环节，对混凝土耐久性进行评估时显然也应考虑结构寿命内各因素的影响[8]. 在混凝土结构的寿命周期内，它通过设计、施工等环节拥有一个最初的耐久性寿命，随后在各种劣化作用下耐久性逐渐衰退，直至结构失效. 若结构考虑了耐久性设计且对原材料的选取严格控制、合理的施工及正常的养护，这就对结构的耐久性寿命起促进作用，理论上可以增加结构的耐久年限. 而结构服役后各种劣化会造成耐久性的衰退. 因此，本文把混凝土耐久性的影响因素划分为两点，即衰退因素和促进因素. 在进行结构耐久性评估时，以现场检测数据及结构的原始数据为依据，对这两因素分别进行评估，最后对结构状况进行综合评定.

文章来源：《模糊系统与数学》 网址: http://www.mhxtysxzz.cn/qikandaodu/2021/0715/617.html