混凝土结构耐久性环境参数确定

环境条件是混凝土耐久性环境区划工作中的考虑重点，特别是温度和湿度的影响作用。本节针对式（5-2）中涉及的各参数取值问题进行讨论，包括环境温度影响系数、环境相对湿度影响系数、环境CO2含量影响系数和时间影响系数等的分析与确定方法。

5.2.2.1　环境温度与相对湿度影响系数

环境条件是混凝土耐久性环境区划工作中的考虑重点，特别是温度和湿度的影响作用。相对湿度与温度对混凝土碳化深度影响的试验结果见图5-2和图5-3［5-8］。

由于碳化速度与相对湿度的关系近似呈抛物线状且在相对湿度为50％时达到最大值［5-11］，因此可将试验所得数据视为抛物线的右半部分。环境相对湿度对混凝土碳化速度的影响系数可表示如下：

式中：kRH为相对湿度相对于标准碳化环境的影响系数，即RHref＝70％；RH为相对湿度（-），可为年均相对湿度。

表5-1为试验所得结果与文献的温度影响系数kT的比较。从表中的对比发现，试验结果和文献［5-12］具有相似的温度影响规律，且试验结果的温度影响程度相对较高，而文献［5-11］给出的温度影响程度较轻。对kT分别采用3种形式进行全国范围实际大气环境的寿命预测发现，对于影响程度较高的kT3预测结果的地域分布特征主要受温度控制，而对于影响程度较轻的kT2寿命预测结果的地域分布特征则表现为受相对湿度控制，认为文献［5-12］中温度影响系数kT1较能综合反映温湿度的影响，即区划工作中取温度影响系数为

式中：kT为温度相对于标准碳化环境的影响系数，即kref＝293K；T为所处碳化环境的温度（K），可为年均温度。

图5-2　碳化速率系数与相对湿度的关系

图5-3　温度对28天碳化深度的影响(www.xing528.com)

表5-1　不同表达式下温度影响系数比较

影响混凝土碳化的温湿度周期与混凝土碳化历程密切相关，相对于混凝土结构的服役年限，环境温湿度的变异很小（约为3％～8％）。环境因子的变异对碳化深度标准差的影响甚小［5-12］。碳化分区中，不考虑两者的变异性，将环境温湿度作为确定性变量处理。

5.2.2.2　CO2含量影响系数与时间影响系数

CO2含量越高，碳化越快，一般认为混凝土碳化速度与环境中CO2体积分数的平方根成正比。大量工程实践与试验资料表明不同碳化环境下混凝土的碳化深度存在如下关系：

式中：X、CCO2、t分别为不同碳化环境下的混凝土碳化深度、环境CO2体积分数和碳化龄期。通常自然环境中的CO2体积分数约为0.035％［5-5～5-7］，则有：

式中：CCO2为环境CO2体积分数（％）；t为碳化龄期（a）。

由于实际大气中CO2的含量受地域气候、植被、人群等的影响，在时间和地点上存在着变化。对于一般大气环境，在大气流动的作用下，CO2含量的区域差别不大，北欧五国基于地理信息系统的耐久性气候分区也没有考虑CO2含量的区域差异［5-7］。因此，在对大范围的区域环境进行区划时，可忽略CO2含量的区域差异影响，取CCO2＝0.035％。混凝土结构耐久性设计中以区域经济发展和人口状况的差异来定性考虑CO2含量的区域差别。对于CO2含量差异较大的特定区域，如隧道、地下停车场、大型工业区等，若二氧化碳含量统计资料已知，则可按式（5-6）计算CO2含量影响系数。