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城市污水环境下混凝土构筑物特殊防护后耐久性分析预测

文档作者：刘廷滨赵建昌文档来源： 1．兰州交通大学土木工程学院 2．甘肃省建筑物耐久性诊治工程技术研究中心		点击数：	更新时间： 2022年01月23日
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2010年第5期(总第247期)
Number 5 in 2010(Toml No．247)
混 凝 土
Concrete
理论研究
THEORETICAL RESEARCH
doi：10．3969／j．issn．1002—3550．2010．05．015
城市污水环境下混凝土构筑物特殊防护后
耐久性分析预测
刘廷滨’，赵建昌
(1．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070；2．甘肃省建筑物耐久性诊治工程技术研究中心，甘肃兰州730020)
摘要： 城市污水处理系统处于复杂的侵蚀环境中，受到生物腐蚀、化学腐蚀、物理腐蚀等多因素作用。已建及新建污水处理构筑物，为
达到耐久性要求应采取必要的防护措施。以试验结果为依据，对试验采用的3种防腐方法：表面涂覆结晶类防水材料、表面涂覆非结晶类
防水材料、表面涂覆硅烷类防水材料，利用GM(1，1)灰色模型对防护措施的效果进行了预测分析。试验及预测均表明表面涂覆防水材料
能很好的提高混凝土构筑物的长期耐久性能。
关键词： 灰色理论；GM(1，1)；污水环境；混凝土耐久性
中图分类号： TU528．O1 文献标志码： A 文章编号： 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处理构筑物易受到污水的侵蚀而发
生不同程度的损坏，导致结构强度下降，无法达到正常使用年
限的要求【l_31。大量试验及工程检测表明对污水环境下混凝土构
筑物进行必要的特殊防护是必要的[41。对既有构筑物，提高其耐
久性的最直接方法就是涂层保护。选取3种混凝土防护方案：
涂覆水泥基渗透结晶、涂覆水泥基渗透非结晶、涂覆硅烷类混
凝土防护材料。在贫氧污水环境中进行快速腐蚀试验[5-61，测量
其抗压强度和抗折强度。根据试验结果建立了基于灰色理论
的GM(1，1)预测模型对污水环境下混凝土构筑物的耐久性进
行了分析评价。
然后浸泡在以150 kg城市污水为母液配置的强化贫氧污水中。
强化污水的配置见表2。
表1 混凝土配合比
贫氧污水920 500 140 61 34 0．018 18 9
1．2 试验结果
第1组浸泡之前检测。定期更新强化污水的同时，其他组
每6周检测1次混凝土的抗压、抗折强度。共检测6次，试验结
果见于表3。
1 试验设计及试验结果 2 结果分析预测
1．1 试验设计
将按照表l混凝土配合比配制的混合料，振捣成型。将28 d
龄期的混凝土试块(40 mmx40 mmxl60 mm)分为A、B、C、D、E
5组。A组涂覆水泥基渗透结晶类、B组涂覆水泥基非结晶类、C
组涂覆硅烷类混凝土防护材料、D组作为参照试块，放在清水
中养护、E组也作为参照试块，放在污水中养护。涂覆后标养2周，
收稿日期：2010-01—11
· 46 ·
混凝土耐久性试验研究的周期一般较长，目前采用的快速
试验方法虽然在一定范围内解决了试验周期的问题。但是混凝
土的设计正常使用时间一般在5O年，许多标志性和生命线工程
的设计使用时间甚至超过百年。要想把握混凝土在使用期间的
耐久性状况，建立准确的预测模型是必须的。本研究采用灰色
GM(1，1)模型对混凝土的耐久性进行长期预测。
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表3 抗压、抗折强度试验值 MPa
2．1 灰色GM(1，1)模型算法的实现
建立GM模型就是将原始数列累加生成后建立具有微分、
差分近似指数规律的兼容方程。灰色理论将无规律的原始数列
经累加生成后，使其变为较有规律的生成数列后，再建模。所以
GM(1，1)模型实际是生成数列的模型。给定序列：
‘。 (0)， 【o】(1)，⋯ ， (n)】 (1)
卿表示混凝土试件在污水环境中浸泡后的腐蚀系数的原
始序列。 用1-GAO累加生成算法将原始数据系列生成一阶
累加生成序列。
( = ‘ ’(0)， (‘)(1)，⋯ ， ‘ (n)】 (2)
( )表示一阶累加生成序列。其中：
( 彻( )】(k=l，2，⋯，n) (3)
‘= 1
将累加生成序列对时间求导建立微分方程
+ax(1)(t)：Ⅱ (4)
d￡
式中：o，z一由已知序列确定的常数，按最小二乘法求解。
，Ul~[BTB] YN
( +划，
( +划，
划，
YN=
Ix(‘)(2)卜 ‘ )(1)]
‘ )(3)卜 ‘ )(2)】
将上两式代入(4)，得到初沉池混凝土劣化程度预测模型
离散形式的时间响应函数：
( )( +1)= ‘ )(1)一— 】e ． ( =O，1，⋯ ， 一1)
n a
2．2 预测结果及分析
分别以A、B、C、D、E组试验所得的抗压强度和抗折强度
为原始序列，根据灰色GM(1，1)算法的实现编制计算程序。预
测结果见于表4、5。
由表4可见抗压强度预测值与试验值的最大残差为4．49 MPa，
由表5可见抗折强度的最大残差为0．25 MPa。混凝土抗压强度
的预测值基本能够满足工程要求，混凝土抗折强度的预测值与
试验值拟合程度较好。以表4、5预测数据及试验数据为依据绘
制抗压强度和抗折强度变化曲线如图1、2。
由图1、2可见表层涂覆水泥基渗透结晶类的A组试块，涂
覆水泥基非结晶类的B组试块，涂覆硅烷类混凝土防护材料的
C组试块。虽然在强化污水中养护但其抗压强度、抗折长期强
度并未降低。而且其抗压强度、抗折强度比在清水中标准养护
的D组试块更好。而在污水中养护的混凝土试块其抗压、抗折
强度在有短暂上升之后随即有明显的降低，说明其受到了污水
的侵蚀。
水泥基渗透结晶型防水材料是由硅酸盐水泥，石英砂以及
多种化学材料组成。防水材料中的化学物质可以促使硅酸二钙
与水泥水化过程中产生的Ca(OH) 发生反应。生成结晶体硫铝
酸钙，并且堵塞混凝土毛细孑L。使混凝土的抗压、抗折强度增
大。抗腐蚀性提高。水泥基改性非结晶型防水材料、硅烷类防水
材料提高混凝土抗压、抗折强度及抗腐蚀的原理与水泥基渗透
结晶型防水材料的原理类似。
污水环境下混凝土试块的试验值和预测值都表明，对于提高
已建混凝土工程的抗腐蚀性。表面涂覆防水材料是很好的选择。
表4 抗压预测结果及残差
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表5 抗折预测结果及残差
日
、
爱
+ 结晶类试验值
+ 结晶类预测值
— t一非结晶类试验值
— *一非结晶类预测值
+ 硅烷类试验值
+ 硅烷类预测值
一清水试验值
— a一清水预测值
一污水试验值
污水预测值
l 2 3 4 5 6 7 8 9 10
次数
图1 抗压强度发展曲线
次数
图2 抗折强度发展曲线
3 结论
(1)城市生活污水的成分较为复杂，并且会随着季节变化
及工业污水的排放等因素发生改变。城市生活污水对混凝土的
侵蚀原理也极为复杂。化学腐蚀、微生物腐蚀、物理腐蚀等都会
对混凝土的耐久性造成不利影响。对污水处理构筑物的防腐蚀
是十分必要的。对未采取防腐蚀设计的已建构筑物表面涂覆防
水材料是较好的选择。
(2)灰色预测法是一种对含有不确定因素的系统进行预测
的方法。对复杂污水环境下混凝土的耐久性预测有着良好的适
应性。随着试验数据的积累，及预测模型的改进。其预测精度会
进一步提高。
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作者简介：
单位地址：
联系电话：
刘廷滨(1981一)，男，在读硕士研究生，研究方向：混凝土结
构耐久性。
甘肃省兰州市兰州交通大学校长办公室(730070)
13919174142
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作者简介
单位地址
联系电话
户方伟(1979一)，男，博士，从事地下空间与结构力学的设
计研究。
武汉市江汉区常青路4o号武汉市政工程设计研究院
(430015)

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