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兰州地区现场暴露普通混凝土耐久性试验研究及寿命预测

一、引言

兰州地区地处中国西北地区，属于温带大陆性气候，具有干燥少雨、昼夜温差大、冬季寒冷且多风沙等独特的气候特点。同时，该地区部分区域地质条件较为复杂，土壤中可能含有一定量的盐分等侵蚀性物质。

这些环境因素对普通混凝土的耐久性构成了潜在威胁。干燥少雨的气候会使混凝土容易产生干缩裂缝，影响其整体性和抗渗性；较大的昼夜温差会导致混凝土内部产生温度应力，长期作用下可能引发裂缝；冬季的低温和可能的冻融循环会破坏混凝土的结构；土壤中的盐分则可能导致混凝土发生盐侵蚀，降低其强度和耐久性。

鉴于此，本研究旨在深入探究兰州地区特殊环境下普通混凝土的耐久性变化规律，精准预测其使用寿命。这一研究不仅能够为该地区混凝土工程的设计优化提供科学依据，确保工程在设计使用年限内的安全可靠，还能为施工过程中的质量控制以及后期的维护保养提供有力的技术支撑，对于提高兰州地区混凝土工程的质量、降低工程成本、延长工程使用寿命具有重要的现实意义和应用价值。

二、试验方案设计

（一）试验场地选取

在兰州地区选取了三个具有代表性的建筑场地进行现场暴露试验。这三个场地分别位于城市中心区、近郊区和工业区，能够涵盖兰州地区不同的环境条件，如城市中心的交通污染、近郊区的自然环境以及工业区可能存在的工业废气等影响因素。

（二）样本选取

选取C30、C40、C50三种常见强度等级的普通混凝土作为试验样本，每种强度等级制作30个150mm×150mm×150mm的立方体试块和10个100mm×100mm×400mm的棱柱体试块。试块的制作严格按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，保证其质量的一致性。

（三）检测指标及周期

检测指标：包括抗压强度、抗渗性、抗冻性、碳化深度和氯离子渗透系数。抗压强度反映混凝土的承载能力；抗渗性体现混凝土抵抗水和有害物质渗透的能力；抗冻性表示混凝土在冻融循环作用下的耐受能力；碳化深度能反映混凝土中钢筋锈蚀的潜在风险；氯离子渗透系数则用于评估氯离子对混凝土的侵蚀程度。

检测周期：试验初期每月检测一次，持续6个月；之后每3个月检测一次，持续1年；再之后每6个月检测一次，直至试验结束，总试验周期为3年。

三、试验数据的分析与处理

（一）数据整理

对每次检测得到的试验数据进行分类整理，剔除异常值。异常值的判断采用格拉布斯检验法，确保数据的可靠性。

（二）统计学分析

运用统计学方法对整理后的数据进行分析，计算每种强度等级混凝土各检测指标的平均值、标准差和变异系数，以反映数据的集中趋势和离散程度。同时，绘制各指标随时间变化的曲线，直观展示混凝土性能的变化趋势。

（三）环境因素影响分析

结合兰州地区的气候、地质等环境因素，采用相关性分析方法，分析干燥度、昼夜温差、土壤盐分含量等因素与混凝土耐久性指标之间的相关性，确定各环境因素对混凝土耐久性的影响程度。

四、寿命预测模型的建立

（一）模型选择

综合考虑试验数据特点和兰州地区的环境因素，选择经验模型中的衰减模型作为寿命预测的基础模型。该模型能够较好地反映混凝土性能随时间的衰减规律。

（二）模型参数确定

利用试验数据对模型参数进行拟合。采用最小二乘法，使模型计算值与试验实测值之间的误差最小，从而确定模型的参数。

（三）模型验证

选取部分未参与模型参数拟合的试验数据对建立的寿命预测模型进行验证，计算模型预测值与实测值之间的相对误差。若相对误差在可接受范围内（一般小于10%），则认为模型具有较高的准确性。

五、研究结论与建议

（一）研究结论

在兰州地区的环境条件下，普通混凝土的耐久性随时间呈现逐渐下降的趋势。其中，抗冻性和抗渗性下降较为明显，抗压强度在试验初期有所增长，后期逐渐趋于稳定并略有下降。

干燥少雨的气候导致混凝土干缩裂缝增多，是影响其抗渗性的主要因素；昼夜温差大加速了混凝土的老化，对其抗冻性影响显著；土壤中的盐分则在一定程度上降低了混凝土的抗压强度。

建立的寿命预测模型能够较好地预测兰州地区普通混凝土的使用寿命。C30、C40、C50普通混凝土在该地区的预计使用寿命分别约为30年、40年和50年。

（二）建议

在兰州地区进行混凝土工程设计时，应充分考虑当地的环境特点，适当提高混凝土的抗渗性和抗冻性要求。

施工过程中，应加强混凝土的养护工作，减少干缩裂缝的产生。可采用覆盖保湿养护等方法，延长养护时间。

对于已建成的混凝土工程，应定期进行耐久性检测和评估，及时采取维修和加固措施，延长工程的使用寿命。

进一步开展新型耐久性混凝土材料在兰州地区的应用研究，以提高混凝土工程的耐久性和安全性。