硫酸盐干湿循环下纤维粉煤灰混凝土耐久性研究及强度预测

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硫酸盐侵蚀是导致西部地区建筑物混凝土结构性能劣化的常见原因之一。其侵蚀机理复杂,侵蚀后果严重,极大影响建筑物的正常使用和寿命。我国西部地区土壤和地下水中存在着大量的硫酸盐,这些地区的建筑物在修建和使用过程中需要考虑混凝土的硫酸盐侵蚀破坏。混凝土遭受硫酸盐侵蚀的情况有多种,其中,位于水位变化区的混凝土结构遭受硫酸盐干湿循环耦合破坏,这使得这些部位的混凝土结构更容易被破坏。本文以西北盐渍区相关水利工程为研究背景,研究硫酸盐干湿循环下纤维粉煤灰混凝土耐久性变化规律,研究结果可为往后相关工程提供参考。本文在试验研究基础上,采用相关理论分析试验数据,综合研究纤维粉煤灰混凝土耐久性。设计制作试件并开展干湿循环试验,测量混凝土质量和强度,使用灰色理论GM(1,1)模型与BP神经网络模型对纤维粉煤灰混凝土强度变化规律进行拟合并做出预测,使用灰色理论GM(1,1)对BP神经网络优化并建立GM-BP神经网络强度预测模型。主要研究成果如下:(1)设计制作不同粉煤灰掺量、相同纤维掺量的混凝土,置入不同浓度硫酸钠溶液中进行干湿循环试验,测量特定龄期试件质量、抗压强度和劈拉强度,分析试件质量和强度变化规律。结果表明,硫酸钠溶液干湿循环下纤维粉煤灰混凝土质量、抗压强度、劈拉强度均呈现先升高后降低的趋势。硫酸钠溶液浓度会影响侵蚀破坏速度,浓度越高,纤维粉煤灰混凝土的劣化速度越快。180次循环后,2%硫酸钠溶液下试件质量仍大于其初始质量,而另外两组质量均小于初始质量。180次循环后,硫酸钠溶液浓度越高,试件质量、抗压强度和劈拉强度损失的越多。粉煤灰掺量会影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,但并非掺量越多越好。在经历180次循环后,10%粉煤灰掺量混凝土抗压强度为其初始抗压强度的0.79倍,为四组试件中的最大值。(2)采用熵权法分析研究试件质量、抗压强度、劈拉强度所包含的内在信息,计算其指标权重,建立耐久性综合评价指标“耐久性值(D)”。耐久性值(D)可以反应多个指标所具有的信息,避免了单一指标评价的缺点,是更为全面的耐久性评价指标。同时,耐久性值预测结果表明10%、20%粉煤灰掺量混凝土抗侵蚀性能优于0和30%掺量混凝土。耐久性值低于0.75所需时间与抗压强度耐蚀系数低于0.75所需时间一致,具有一定参考意义。(3)采用灰色理论GM(1,1)模型分别建立纤维粉煤灰混凝土抗压强度耐蚀系数与耐久性值预测模型,并对抗压强度耐蚀系数与耐久性值降低至0.75所需时间进行预测,结果显示:在试验周期内,当粉煤灰掺量为0,硫酸钠溶液浓度为5%时预测结果完全与试验结果相符,另外两组存在一定预测误差,但在合理范围内。(4)采用BP神经网络建立纤维粉煤灰混凝土耐久性值预测模型,进行10次神经网络训练,结果显示BP神经网络误差平均值略低于GM(1,1)模型。使用GM(1,1)模型对BP神经网络进行优化,建立GM-BP神经网络耐久性值预测模型并进行10次训练,结果显示GM-BP神经网络误差平均值低于GM(1,1)模型,是三种模型中最优的。比较三种模型预测耐久性值降低至0.75所需时间,结果表明,BP与GM-BP神经网络预测结果较好。
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