基于混凝土结构耐久性影响因素的研究

申启飞

（南通开放大学，江苏 南通 226006）

一、绪论

（一）研究背景

随着计算机技术在建筑领域的不断扩张，在信息化时代，我们可以更为高效的把控测试混凝土耐久性，在潜移默化中逐渐变成信息数据管理里那不可或缺的核心力量。一时间，工程建筑的种类之多、面向之广使得混凝土耐久性的要求也变得日益艰难，针对其影响因素，许多外国团队着手利用围绕解决当前耐久性优化设计。混凝土自运用到房屋建筑上，历史之悠久，每一次的革新都意味着人类文明的进步，混凝土的消耗依然成为世界建筑之难题。本文将建筑体系统筹规划成一个高效明朗的格局，在实验的基础上研究改良混凝土的耐久性。

（二）国内外研究现状

近年来，混凝土一直是建筑工程领域所运用到的最为广泛的材料之一。如何加强混凝土的耐久性，第一步，应该从它的根本出发，着重于其影响因素的不同条件。人为因素、环境因素、材料因素等都是混凝土通常面临的耐久性问题，针对钢筋混凝土的耐久性，只有完善系统的改良设计，才能达到理想的混凝土耐久性状态。

周海滨，周颖琪[1]通过对钢筋混凝土结构横向裂缝的开展机理与其影响、开裂钢筋混凝土的氯离子侵入机理、横向裂缝与纵向裂缝对钢筋混凝土的不同破坏度进行分析。保护层的厚应和钢筋分布状况即使得混凝土裂缝产生规律变化，从而汲取信息和数据的统合，发表自身的耐久性评估方法。

徐涧纯[2]将技术的优点和影响混凝土结构耐久性的各个因素结合起来，论述了在研究分析混凝土耐久性方面利用的必要性和可实施性。采用二次开发技术模拟信息模型，研究分析混凝土结构耐久性影响因素的重要成果。

Manpreet Singh，Anshuman Srivastava，Dipendu Bhunia[3]研究评估了以干大理石粉料浆部分取代水泥混凝土对混凝土长期强度和耐久性的影响，并对混凝土配合比进行了强度参数测试，得出大理石粉尘产生的致密混合物可改善混凝土结构耐久性长期性能的结论。

Emad Booya，Hossein Ghaednia，Sreekanta Das，Harshad Pande[4]等人对对混凝土在计算机技术上的合理运用实验计算，发现通过信息技术能够更加快捷，稳定的得出理想态的结论，让BIM 技术在保持信息共有的情况下又秉持了数据间的传递。

二、研究混凝土耐久性必要性分析

（一）抗渗透性分析

混凝土在使用过程中的一项重要技术指标-抗渗透性，混凝土无论是在养护阶段，还是在成形的过程中，抗渗性的好坏直接影响了它在使用中的液体作用，从而对建筑物的质量产生了不可忽视的因素。对于混凝土抗渗性的要求，要保证像雨水这样的液体不能流入混凝土内，不然将会影响其强度，导致抗压强度降低，日后可能造成混凝土塌陷的危害。且撇开混凝土自身因素遭受到了损害，固定混凝土的捆扎钢筋会受到非常程度化的液体腐蚀。从冻融性方面来谈，液体的存在使得混凝土的强度达不到预期设计的强度等级，进一步降低了混凝土粘合与牢固的能力。抗渗性涉及外部与内部的双重影响，无论是哪方面，都是决定了抗渗性的能力，从本质上影响了混凝土耐久性的高低。

（二）抗冻性分析

抗冻性是一项与耐久性成正比的影响指标，液体成分会破坏混凝土的外部，会造成混凝土外部的表层脱落开缝等常见的混凝土破坏方式。最直观的观察出混凝土是否具有良好的抗冻性，假使从外表上保持形态不变且在饱和液体含量的状态下，那这个抗性就是没有问题。混凝土的抗冻性多数是在寒冷气温较低的环境下，当混凝土中存在的液体会受到冻结影响，从而导致了混凝土的形状发生裂变，发生开裂等现象。除此以外，孔结构，混凝土自身采用的骨料，冷冻速度也是它抗冻性发生变化差异的元素之一。

（三）抗侵蚀性分析

相较于之前两种混凝土的技术指标，抗侵蚀性是一项更为注重的因素。除去公寓楼建设，厂房建设，重工业建筑和道路，海洋工程建设所遇到的酸碱性腐蚀，氯离子腐蚀危害相当之大。当孔溶液中氯离子含量浓度上升到临界标准后，混凝土中的钢筋便会开始受到侵蚀，而因为这项破坏，是目前导致混凝土耐久性损坏以及不达标各项因素的首要原因，钢筋的腐蚀破坏有多大，近几年发生的建筑物塌陷，对于不安全建筑的反复维修导致人工费、材料费、机械费的额外支出也给人们带来了极大的不便利和精力上折磨。混凝土中的化学破坏是及其微小而又致命的，这种必须通过时间发现的危害将会危及到整个建筑物的耐久性，探究如何提升抗侵蚀性的方法实验也是当下各建筑高新领域里迫切需要完成的课题。

（四）混凝土耐久性的影响分析

混凝土来源砂、石子、水、水泥以及配合料的共同配制，运用的广泛性和可控技术性指标的繁琐性也是制作混凝土时所要考虑的几大因素。对于我们最常见的骨料成分而言，其中颗粒直径越小，粘合性便会越好，才能使得混凝土各成分的结合性更好，使得整体性更强。再者像添加料、外加剂、配合比、水灰比以及制作的时间技巧严格把控混凝土的各项指标，是维持和加强混凝土耐久性的必要手段。

（五）考虑干湿循环因素的作用机理

在中国这样一个宽辽的国家，从北到南复杂的寒冷地带、温和湿润地带、炎热地带。因不同的气候地理条件所导致的施工困难以及措施不同，需采取相对应的有效御寒，防热操作，地段的高低起伏导致了建筑工程不仅要对混凝土的强度、抗压能力提出挑战，也需要因地制宜，制定专项施工方案，做到施工与设计双向结合，为了区分各地自然区域筑路的特性，我国制定了《公路自然区划标准》（JTJ003-86)[5]。

水的蒸发在研究干湿循环因素中是首要考虑的方面，不管是在混凝土多毛细孔的特征还是液体流动的现象，都会影响水蒸发。

三、入口流量对混凝土搅拌器流场的影响

以下实验数据均在南通市第二人民医院综合病房楼混凝土试样上，进行的混凝土搅拌器流场和压降数据模拟分析，在混凝土搅拌器的流动属于三维强旋转湍流，由于混凝土搅拌器流场的复杂性和仪器本身的特性，测量还是受到限制，采用试验的手段较难测量其流动的规律。本文通过数值模拟直观的模拟出了不同的入口流量、气体密度、气体粘度以及混凝土搅拌器直径对流场和压降的影响规律。

数值模拟以结构Ⅲ为研究对象，温度为300K，入口流量分别为 40、52、60、72、80、92、100m3/h，物料密度为1.225kg/m3，粘度为1.789510-5Pa.s，在建立物理模型时，设置柱段与锥段的交界面为Z=0，入口一端为正向，其它模拟参数设置按照第四章所述进行设置。在于便于模拟结果的对比分析，分别取了三个不同Z轴截面（Z=0、140、300mm）Y轴（如图1所示），来研究不同流量下混凝土搅拌器的切向速度、轴向速度和压力分布。

图1 结构Ⅲ所取的Z截面的位置

研究对象为三个速度分量，其中径向速度数值较切向速度和轴向速度小得多，对分离影响较小，因此本文不作讨论，重点研究切向速度和轴向速度的分布规律，以其来探讨混凝土搅拌器的分离性能。

切向速度的最大值与入口流量有关，随着入口流量的增大而增大，最大切向速度点的半径位置受入口流量的影响较小，主要与混凝土搅拌器本身的结构有关。不同z截面的径向位置的切向速度分布如图2 所示。

图2 不同z截面的径向位置的切向速度分布

升气管部分（Z=300mm截面）的切向速度分布如图2(c)显示，中间断开的部分是升气管壁厚部分。升气管外部的切向速度分布不具有对称性，且在接近入口一侧的切向速度较大，是由于单入口的进气方式引起的。最大切向速度也显示随着入口流量的增大而增大。

从混凝土搅拌器的分离原理可知，切向速度越大，粒子在离心场中获得的离心力越大，因而越容易分离。流量越大，切向速度的梯度越大，空间气流的摩擦损失增大。因此，在一定范围内的高的处理量有利于颗粒的分离。

不同z截面径向位置的轴向速度分布如图3 所示。

图3 不同z截面径向位置的轴向速度分布

其中，在Z=140mm截面上的轴向速度沿径向对称分布如图3（b），在同一截面上，轴向速度在不同的处理量下的曲线变化规律一致，混凝土搅拌器内的轴向速度分布分为两部分：靠近中间区的轴向速度向上呈现为“上升流”，靠近外壁的区域内向下呈现“下降流”。

零轴速包络面内侧上行流区域内，沿半径向里，轴向速度逐渐增大，在上升流的中心处轴向速度达到最大值。

升气管部分的轴向速度分布如图3(c)，在升气管内部中心轴线附近有一波谷，是因为轴向速度在升气管部分会出现停滞甚至出现回流，且波谷分布趋势与入口流量的大小无关。

四、结语

本文基于国内外混凝土研究的现状，采用实验取样的办法采取施工现场的混凝土式样块分别对于混凝土试样块在搅拌器流畅的基础设施上，对其技术指标中入口流量进行实验分析，得出了入口无论多大，流速会沿着搅拌器中心向四周逐渐变大，中心速率影响越明显，边缘比较少。气体粘度从最大切向速度统计到粘度越大，速率同等下降，是反比的，也是符合我们正常的重量越大，阻碍的压力便会越大。