混凝土碳化模型与碳化系数探索

8.4.1.1　混凝土的碳化模型

在自然环境中，由于大气中的CO2不断向混凝土内部扩散，并与其中的碱性水化物发生化学反应，使混凝土呈中性化（即碳化），从而降低了混凝土的碱性；进一步碳化使钢筋表面的钝化膜被溶解，当有水和氧存在时，钢筋开始锈蚀，结构（或构件）的力学性能恶化，将使结构（或构件）发生耐久性破坏。因此，混凝土碳化速度及时变规律是结构耐久性可靠度和概率寿命估计的一个主要问题。

混凝土碳化深度的经典理论模型是基于Fick第一扩散定律的碳化模型，该模型认为混凝土的碳化深度与时间的二分之一成正比。该模型业已被室内试验和工程现场勘查所证实，但是其中的碳化速度系数和指数常数还是与实测或实验值有一定的出入［38］。因为除与时间有关外，碳化深度还与结构所处的环境（包括自然环境和使用环境）、混凝土材料本身的性质（如水泥的品种、水灰比、掺加的不同掺加料及其掺量、混凝土的抗压强度等）、施工中的因素（如早期养护）及使用中的维护等因素有关。目前的研究成果多属于理论性或基于室内试验的，实测及相关的统计分析资料还不充分。

理论分析和实验分析表明，在大气环境下的混凝土碳化深度d（mm）可表示为与时间成正比例的关系，即第3章中的公式（3.67）［16，38］：

式中：kC为混凝土碳化系数，mm/a0.5；t为混凝土暴露时间，年。(www.xing528.com)

碳化系数kC与众多因素有关，许多文献致力于kC值与影响因素之间的关系研究，并分成多个修正系数［5，40，86］。在当前的环境状况下，kC值是反映作用在服役结构或服役构件上各种因素影响的一个综合性随机变量，不同的结构及不同的环境，kC值及其随机性是不同的。由于影响因素多，而且相互关系复杂，要建立能反映这些复杂关系的kC值的不确定性分析的数学模型很困难［38］。而且因为室内试验环境与实际工程环境条件的差异，碳化深度呈现较大的不确定性，且其变异系数随时间有增大的趋势；碳化指数存在很强的不确定性，不同的实验结论得到的分布规律也不同［38］。

8.4.1.2　基于实测碳化深度的碳化系数k的参数统计

从工程应用的角度出发，若不考虑服役结构（或构件）碳化深度的变异性随时间有增大趋势的影响，则式（8.34）中的kC值可以通过实测服役结构的碳化深度样本值，统计出其分布规律及参数，作为评估服役结构或构件耐久性可靠性的依据之一。若能根据工程结构的实际情况，收集到随时间变化的kC值样本，则可较准确地预测到具体服役结构的碳化耐久性寿命。