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城市污水環(huán)境下混凝土構(gòu)筑物特殊防護(hù)后耐久性分析預(yù)測

文檔作者：劉廷濱趙建昌文檔來源： 1．蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院 2．甘肅省建筑物耐久性診治工程技術(shù)研究中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年01月23日
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2010年第5期(總第247期)
Number 5 in 2010(Toml No．247)
混 凝 土
Concrete
理論研究
THEORETICAL RESEARCH
doi：10．3969／j．issn．1002—3550．2010．05．015
城市污水環(huán)境下混凝土構(gòu)筑物特殊防護(hù)后
耐久性分析預(yù)測
劉廷濱’，趙建昌
(1．蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州730070；2．甘肅省建筑物耐久性診治工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州730020)
摘要： 城市污水處理系統(tǒng)處于復(fù)雜的侵蝕環(huán)境中，受到生物腐蝕、化學(xué)腐蝕、物理腐蝕等多因素作用。已建及新建污水處理構(gòu)筑物，為
達(dá)到耐久性要求應(yīng)采取必要的防護(hù)措施。以試驗結(jié)果為依據(jù)，對試驗采用的3種防腐方法：表面涂覆結(jié)晶類防水材料、表面涂覆非結(jié)晶類
防水材料、表面涂覆硅烷類防水材料，利用GM(1，1)灰色模型對防護(hù)措施的效果進(jìn)行了預(yù)測分析。試驗及預(yù)測均表明表面涂覆防水材料
能很好的提高混凝土構(gòu)筑物的長期耐久性能。
關(guān)鍵詞： 灰色理論；GM(1，1)；污水環(huán)境；混凝土耐久性
中圖分類號： TU528．O1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1002—3550(2010)05—0046—03
Durability forecasting of concrete after spec ial protection in sewage environment
U UTing-bin ．ZHAOJian—chang ’
(1．SchoolofEngineering，Lanzhou JiaotongUniversity，tanzhou730070，China
2．Gansu Construction Durability Research Center，Lanzhou 730020，China)
Abstract： Sewage treatment system operate in a complex environment，Bio—corrosion，chemical corosion and physical erosion are affecting it．
The Sewage treatment structures that have been completed and will be built，In order to achieve the durability requirements should take the necessary
protective measures．Based on the experimental results，there are three kinds of anti—corrosion methods：coating crystallization materials，coat—
ing non—crystallization materials，coating silanes materials．Based on GM(1，1)，gray theory was established tO predict the efects of anti—corrosion
methods．The results show that coating water-proofmaterial can well improve the durability ofconcrete structures．
Keywords： graytheory；GM(1，1)；sewage environment；concretedurability
0 引言
由混凝土建造的污水處理構(gòu)筑物易受到污水的侵蝕而發(fā)
生不同程度的損壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，無法達(dá)到正常使用年
限的要求【l_31。大量試驗及工程檢測表明對污水環(huán)境下混凝土構(gòu)
筑物進(jìn)行必要的特殊防護(hù)是必要的[41。對既有構(gòu)筑物，提高其耐
久性的最直接方法就是涂層保護(hù)。選取3種混凝土防護(hù)方案：
涂覆水泥基滲透結(jié)晶、涂覆水泥基滲透非結(jié)晶、涂覆硅烷類混
凝土防護(hù)材料。在貧氧污水環(huán)境中進(jìn)行快速腐蝕試驗[5-61，測量
其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。根據(jù)試驗結(jié)果建立了基于灰色理論
的GM(1，1)預(yù)測模型對污水環(huán)境下混凝土構(gòu)筑物的耐久性進(jìn)
行了分析評價。
然后浸泡在以150 kg城市污水為母液配置的強(qiáng)化貧氧污水中。
強(qiáng)化污水的配置見表2。
表1 混凝土配合比
貧氧污水920 500 140 61 34 0．018 18 9
1．2 試驗結(jié)果
第1組浸泡之前檢測。定期更新強(qiáng)化污水的同時，其他組
每6周檢測1次混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度。共檢測6次，試驗結(jié)
果見于表3。
1 試驗設(shè)計及試驗結(jié)果 2 結(jié)果分析預(yù)測
1．1 試驗設(shè)計
將按照表l混凝土配合比配制的混合料，振搗成型。將28 d
齡期的混凝土試塊(40 mmx40 mmxl60 mm)分為A、B、C、D、E
5組。A組涂覆水泥基滲透結(jié)晶類、B組涂覆水泥基非結(jié)晶類、C
組涂覆硅烷類混凝土防護(hù)材料、D組作為參照試塊，放在清水
中養(yǎng)護(hù)、E組也作為參照試塊，放在污水中養(yǎng)護(hù)。涂覆后標(biāo)養(yǎng)2周，
收稿日期：2010-01—11
· 46 ·
混凝土耐久性試驗研究的周期一般較長，目前采用的快速
試驗方法雖然在一定范圍內(nèi)解決了試驗周期的問題。但是混凝
土的設(shè)計正常使用時間一般在5O年，許多標(biāo)志性和生命線工程
的設(shè)計使用時間甚至超過百年。要想把握混凝土在使用期間的
耐久性狀況，建立準(zhǔn)確的預(yù)測模型是必須的。本研究采用灰色
GM(1，1)模型對混凝土的耐久性進(jìn)行長期預(yù)測。
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表3 抗壓、抗折強(qiáng)度試驗值 MPa
2．1 灰色GM(1，1)模型算法的實現(xiàn)
建立GM模型就是將原始數(shù)列累加生成后建立具有微分、
差分近似指數(shù)規(guī)律的兼容方程?；疑碚搶o規(guī)律的原始數(shù)列
經(jīng)累加生成后，使其變?yōu)檩^有規(guī)律的生成數(shù)列后，再建模。所以
GM(1，1)模型實際是生成數(shù)列的模型。給定序列：
‘。 (0)， 【o】(1)，? ， (n)】 (1)
卿表示混凝土試件在污水環(huán)境中浸泡后的腐蝕系數(shù)的原
始序列。 用1-GAO累加生成算法將原始數(shù)據(jù)系列生成一階
累加生成序列。
( = ‘ ’(0)， (‘)(1)，? ， ‘ (n)】 (2)
( )表示一階累加生成序列。其中：
( 徹( )】(k=l，2，?，n) (3)
‘= 1
將累加生成序列對時間求導(dǎo)建立微分方程
+ax(1)(t)：Ⅱ (4)
d￡
式中：o，z一由已知序列確定的常數(shù)，按最小二乘法求解。
，Ul~[BTB] YN
( +劃，
( +劃，
劃，
YN=
Ix(‘)(2)卜 ‘ )(1)]
‘ )(3)卜 ‘ )(2)】
將上兩式代入(4)，得到初沉池混凝土劣化程度預(yù)測模型
離散形式的時間響應(yīng)函數(shù)：
( )( +1)= ‘ )(1)一— 】e ． ( =O，1，? ， 一1)
n a
2．2 預(yù)測結(jié)果及分析
分別以A、B、C、D、E組試驗所得的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度
為原始序列，根據(jù)灰色GM(1，1)算法的實現(xiàn)編制計算程序。預(yù)
測結(jié)果見于表4、5。
由表4可見抗壓強(qiáng)度預(yù)測值與試驗值的最大殘差為4．49 MPa，
由表5可見抗折強(qiáng)度的最大殘差為0．25 MPa?；炷量箟簭?qiáng)度
的預(yù)測值基本能夠滿足工程要求，混凝土抗折強(qiáng)度的預(yù)測值與
試驗值擬合程度較好。以表4、5預(yù)測數(shù)據(jù)及試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)繪
制抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度變化曲線如圖1、2。
由圖1、2可見表層涂覆水泥基滲透結(jié)晶類的A組試塊，涂
覆水泥基非結(jié)晶類的B組試塊，涂覆硅烷類混凝土防護(hù)材料的
C組試塊。雖然在強(qiáng)化污水中養(yǎng)護(hù)但其抗壓強(qiáng)度、抗折長期強(qiáng)
度并未降低。而且其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度比在清水中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)
的D組試塊更好。而在污水中養(yǎng)護(hù)的混凝土試塊其抗壓、抗折
強(qiáng)度在有短暫上升之后隨即有明顯的降低，說明其受到了污水
的侵蝕。
水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是由硅酸鹽水泥，石英砂以及
多種化學(xué)材料組成。防水材料中的化學(xué)物質(zhì)可以促使硅酸二鈣
與水泥水化過程中產(chǎn)生的Ca(OH) 發(fā)生反應(yīng)。生成結(jié)晶體硫鋁
酸鈣，并且堵塞混凝土毛細(xì)孑L。使混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度增
大?？垢g性提高。水泥基改性非結(jié)晶型防水材料、硅烷類防水
材料提高混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度及抗腐蝕的原理與水泥基滲透
結(jié)晶型防水材料的原理類似。
污水環(huán)境下混凝土試塊的試驗值和預(yù)測值都表明，對于提高
已建混凝土工程的抗腐蝕性。表面涂覆防水材料是很好的選擇。
表4 抗壓預(yù)測結(jié)果及殘差
· 47 ·
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表5 抗折預(yù)測結(jié)果及殘差
日
、
愛
+ 結(jié)晶類試驗值
+ 結(jié)晶類預(yù)測值
— t一非結(jié)晶類試驗值
— *一非結(jié)晶類預(yù)測值
+ 硅烷類試驗值
+ 硅烷類預(yù)測值
一清水試驗值
— a一清水預(yù)測值
一污水試驗值
污水預(yù)測值
l 2 3 4 5 6 7 8 9 10
次數(shù)
圖1 抗壓強(qiáng)度發(fā)展曲線
次數(shù)
圖2 抗折強(qiáng)度發(fā)展曲線
3 結(jié)論
(1)城市生活污水的成分較為復(fù)雜，并且會隨著季節(jié)變化
及工業(yè)污水的排放等因素發(fā)生改變。城市生活污水對混凝土的
侵蝕原理也極為復(fù)雜?；瘜W(xué)腐蝕、微生物腐蝕、物理腐蝕等都會
對混凝土的耐久性造成不利影響。對污水處理構(gòu)筑物的防腐蝕
是十分必要的。對未采取防腐蝕設(shè)計的已建構(gòu)筑物表面涂覆防
水材料是較好的選擇。
(2)灰色預(yù)測法是一種對含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測
的方法。對復(fù)雜污水環(huán)境下混凝土的耐久性預(yù)測有著良好的適
應(yīng)性。隨著試驗數(shù)據(jù)的積累，及預(yù)測模型的改進(jìn)。其預(yù)測精度會
進(jìn)一步提高。
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21-78．
作者簡介：
單位地址：
聯(lián)系電話：
劉廷濱(1981一)，男，在讀碩士研究生，研究方向：混凝土結(jié)
構(gòu)耐久性。
甘肅省蘭州市蘭州交通大學(xué)校長辦公室(730070)
13919174142
· 上接第45頁
[2】張寶善，蔣曉東．離心鋼管混凝土中心受壓柱的研究【JJ．鄭州工學(xué)院 [7】韓林海．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)【M]-] 京：科學(xué)出版社，2004．
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14】曲晨．離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)性能與組合作用試驗與理論研究【D]．
杭州：浙江大學(xué)，2002．
f5】金偉良，袁偉斌，干鋼．離心鋼管混凝土的等效本構(gòu)關(guān)系[J]．工程力
學(xué)，2005，22(2)：110—115．
【6】OTTOSEN N S．Constitutive model for short-time loading ofconcrete[J]．
ASCE，1979，105(EM1)：127—141．
· 48 ·
作者簡介
單位地址
聯(lián)系電話
戶方偉(1979一)，男，博士，從事地下空間與結(jié)構(gòu)力學(xué)的設(shè)
計研究。
武漢市江漢區(qū)常青路4o號武漢市政工程設(shè)計研究院
(430015)

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