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1、1. 环境种类大气腐蚀环境农村大气农村大气是最洁净的大气，空气中不含强烈的化学污染，主要含有有机物和无机物尘埃等。影响腐蚀的因素主要是相对湿度、温度和温差城市大气城市大气的主要污染物主要是城市居民生活所造成的大气污染，如汽车尾气、锅炉排放的SQ等。实际上，很多大城市往往也是工业城市，或者是海滨城市，所以大气环境污染的相当复杂。工业生产区大气工业生产区所排放的污染物含有大量的SQ、H2S等含硫化合物，所以工业大气环境最大的特征是含有硫化物。他们易溶于水，形成的水膜成为强腐蚀介质，加速金属的腐蚀。随着大气相对湿度和温差的变化，这种腐蚀作用更强。很多石化企业和钢铁企业往往非常大，可以形成一个中等城市
2、规模，大气质量相当差，对工业设备和居民生活造成的污染极其严重。海洋大气其特点是空气湿度大，含盐分多。暴露在海洋大气中的金属表面有细小盐粒子的沉降。海盐粒子吸收空气中的水分后很容易在金属表面形成液膜，引起腐蚀。在季节或昼夜变化气温达到露点是尤为明显。同时尘埃、微生物在金属表面的沉积，会增强环境的腐蚀性。所以海洋大气对金属结构的腐蚀性比内陆大气，包括乡村大气和城市大气要严重的多.海洋的风浪条件、离海面的高度等都会影响到海洋大气腐蚀性。风浪大时，大气中的水分含盐量高，腐蚀性增加。据研究，离海平面78m处的腐蚀最强，在此之上越高腐蚀性越弱。雨量的大小也会影响腐蚀，频繁的降雨会冲刷掉金属表面的沉积物，腐
3、蚀会减轻。相对湿度升高会使海洋大气腐蚀加剧。一般热带腐蚀性最强，温带次之，两级最弱。中国最典型的处于海洋腐蚀环境中的是杭州湾跨海大桥，地处亚热带海洋性季风气候。处于海滨的工业大气环境，属于海洋性工业大气，这种大气中既含有化学腐蚀污染的有害物质，又含有海洋环境的海盐粒子。2种腐蚀介质的相互作用对混凝土的危害更大。淡水腐蚀环境混凝土碳化模型国内外学者提出了许多混凝土碳化深度预测模型，这些模型大致可分为两类：一类是基于试验数据或实际结构的碳化深度实测值，采用数学统计或神经网络等方法拟合得到的经验模型；另一类为基于碳化反应过程的定量分析建立的理论模型。灰色理论它是一门研究信息部分清楚、部分不清楚并带有
4、不确定性现象的应用数学学科。传统的系统理论，大部研究那些信息比较充分的系统。对一些信息比较贫乏的系统利用黑箱的方法，也取得了较为成功的经验。但是，对一些内部信息部分确知、部分信息不确知的系统，却研究得很不充分。这一空白区便成为灰色系统理论的诞生地。在客观世界中，大量存在的不是白色系统(信息完全明确)也不是黑色系统(信息完全不明确)，而是灰色系统。因此灰色系统理论以这种大量存在的灰色系统为研究而获得进一步发展。基本观点(1) 灰色系统理论认为，系统是否会出现信息不完全的情况、取决于认识的层次、信息的层次和决策的层次，低层次系统的不确定量是相当的高层次系统的确定量，要充分利用已知的信息去揭示系统的
5、规律。灰色系统理论在相对高层次上处理问题，其视野较为宽广；(2) 应从事物的内部，从系统内部结构和参数去研究系统。灰色系统的内涵更为明确具体；(3) 社会、经济等系统，一般不存在随机因素的干扰，这给系统分析带来了很大困难，但灰色系统理论把随机量看作是在一定范围内变化的灰色量，尽管存在着无规则的干扰成分经过一定的技术处理总能发现它的规律性；(4) 灰色系统用灰色数、灰色方程、灰色矩阵、灰色群等来描述，突破了原有方法的局限更深刻地反映了事物的本质；用灰色系统理论研究社会经济系统的意义，在于一反过去那种纯粹定性描述的方法，把问题具体化、量化，从变化规律不明显的情况中找出规律，并通过规律去分析事物的变
6、化和发展。例如人体本身就是一个灰色系统，身高、体重、体型等是已知的可测量的指属于白色系统，而特异功能、穴位机理、意识流等又是未知的难以测量的，属黑色系统，介于此间便属灰色系统。体育领域也是一个巨大的灰色系统，可以用灰色系统理论来进行研究。GB/T15957-1995大气环境腐蚀性分类针对普通碳钢在不同的大气环境下的腐蚀类型及其相对湿度、空气中的腐蚀物质的对应关系作了规定。他可以作为碳钢结构在各种大气环境选择防腐蚀涂料系统的依据。桥梁的腐蚀环境主要是大气腐蚀，涉及所有的大气腐蚀类型，其中腐蚀性最强的主要是工业大气和海洋大气。所以该标准可以作为桥梁涂装方案设计时的参考引用标准。大气环境腐蚀分类腐蚀
7、类型腐蚀速度(mm/a)腐蚀环境等级名称环境气体类型相对湿度(年平均)%大气环境I无腐蚀1.001A60乡村大气II弱腐蚀0.0010.025AB607570乡村大气III轻腐蚀0.0250.050B6075城市大气C70城市大气IV中腐蚀0.0500.2C6075工业大气和海洋大D706075工业大气VI强腐蚀15D75工业大气腐蚀气体分级气体类型腐蚀物质名称腐蚀物质含量(mg/m3)气体类型腐蚀物质名称腐蚀物质含量(mg/m)A二氧化碳二氧化硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢2000 5.5 0.05 0.010.10.120000.5100.0150.0150.150.110.055D二氧化
8、硫氟化氢硫化氢氮氧化物氯氯化氢2001000101001002510051010100注：当大气中同时含有多种腐蚀气体时，腐蚀级别取最高的一种或几种为基准大气中腐蚀气体的腐蚀程度空气相对湿度气体类别腐蚀程度75A中等腐蚀B中等腐蚀C强腐蚀D强腐蚀目前，己经有大量的文献资料对于建筑物的服役环境进行了分类，分类的结果也各不相同。结构可靠度理论将环境分为自然环境、使用环境等，但这种分类方法的缺点是不能根据环境类别明确确定出环境对于结构的作用。在后续的研究中，不太容易根据环境类别量化其对结构的影响。混凝土结构耐久性将结构所处环境分为大气环境、海洋环境、土壤环境、工业环境等。不同环境类别，对结构的影响因
9、素也不相同。比如在大气环境中要考虑二氧化碳、水汽的影响，而在工业环境中，则要考虑工业废渣、废水的影响等。混凝土结构的耐久性设计方法根据结构工作环境情况、破损机理、形态，以及国内各行业传统经验，将混凝土结构的工作环境分为六大类：大气环境、土壤环境、海洋环境、受环境水影响的环境、化学物质侵蚀环境、特殊环境。混凝土结构设计规范(GB50010-2002)将混凝土服役环境分为五大类：室内正常环境；室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；严寒和寒冷地区的露天环境、与侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境；海
10、水环境；受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境。混凝土结构耐久性评定标准(送审稿)在耐久性评定中将环境分为一般环境和大气污染环境两个类别。在每个类别中又具体细分为一般室外、潮湿环境、高温环境、干湿交替等等。欧洲混凝土协会CEB-FIB模式规范中将工作环境按暴露等级分为：(1)干燥环境；(2)潮湿环境；(3)有霜冻和除冰盐的潮湿环境；(4)海水环境;(5)侵蚀性化学环境。其他各国的结构设计规范中对工作环境等级的划分也不太相同。美国ACI-318-92规范对环境条件划分为暴露于冻结和解冻环境、暴露于碳酸盐环境和防止钢筋锈蚀的要求。在这几类中还可以细分。英国混凝土结构规范(BS8110-89)将暴露条件
11、分为轻微、中等、严重、很严重和极严重5个等级。比较上述的环境类别划分方法，可以看岀，CEB-FIP划分方法的优点是能根据环境类别比较容易得岀环境作用效应。环境作用分类环境作用可以分为物理作用、化学作用、生物作用，这是按作用的反应性质来分类的。物理作用通常包括干湿交替、水的渗透、冻融交替等，化学作用有水解反应、硫酸盐反应、氯离子渗透等，生物作用则有菌类的侵蚀等。但通常情况下，对结构有显著影响的作用并不多，有以下几种：混凝土的碳化、氯离子侵蚀、冻融循环、化学侵蚀等。混凝土碳化是指大气中的二氧化碳或某些酸性气体与暴露在空气中的混凝土表面接触并且不断向混凝土内部扩散，与其中碱性水化物反应的多相物理化学
12、过程。混凝土碳化将导致钢筋锈蚀、混凝土保护层开裂、钢筋与混凝土之间粘结破坏、结构耐久性降低等不良后果。因此，进行混凝土碳化研究，对于钢筋混凝土结构的耐久性研究具有重要意义。在碳化引起钢筋锈蚀中，环境中的二氧化碳、温度和湿度的变化起到关键作用。工业大气环境下，由于生产中会排放一些废气和烟气，空气中的二氧化碳和某些酸性气体含量较高，而且浓度分布不均匀。同时，生产工艺流程造成的局部环境气候差异也很大，特另U在干湿交替、高温环境、潮湿环境下，由碳化引起钢筋锈蚀的情况比较严重。()1混凝土碳化研究近年来，对混凝土碳化的研究主要集中在混凝土碳化的影响因素及控制措施、碳化深度计算方面。混凝土碳化的经典理论是
13、基于Fick第一扩散定律的碳化模型，这一模型认为混凝土碳化深度与时间的平方根成正比，目前已被大量实验和工程现场调查所证实。收集了国内外长期暴露试验与实际工程调查的碳化数据64组，将实测数据换算成同一标准环境，以抗压强度为主要参数，结合环境和使用条件给岀了大气环境下混凝土碳化深度的预测模型。58=匕告心严刃严(1-則，X-0.76)式中:Xc(t)为碳化深度(mm);k为碳化系数；Kj为角部修正系数，角部取Kj=1.15，非角部K=1.0;Kco2为CQ浓度影响系数;Kp为浇筑面修正系数，对浇筑面取Kp=1.13;Ks为工作应力影响系数，受压时取1，受拉时取1.12,RH为环境相对湿度（）;T为
14、环境温度C）;fcuk为混凝土强度标准值（MPa）;t为结构使用年限（年）。气候条件对混凝土碳化速度的影响人工气候环境的温度、相对湿度对混凝土碳化的影响进行了试验研究。研究结果表明，环境温度、湿度气候条件、混凝土水灰比对混凝土碳化速度均有显著的影响，其影响程度分别为环境温度最高，混凝土水灰比次之，环境相对湿度较低。混凝土碳化速度与环境温度成正比，而与环境湿度成反比。在10C-60C范围内，随着环境温度的升高混凝土碳化速度增大，反之随着环境温度下降混凝土碳化速度减小;在45%-95%相对湿度范围内，随着环境相对湿度的升高混凝土碳化速度减小，反之随着环境相对湿度的降低混凝土碳化速度增大。在基于混凝土碳化机理的基础上，通过回归分析建立了考虑环境温湿度气候条件的混凝土碳化速度预测模型。碳化深度与碳化龄期的幂函数关系：D=xt
