混凝土结构空间多尺度相对湿度值.pdf

第 3 4卷第 1期 2 0 1 2年 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l ．Ar c h i t e c t u r a l En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 ． 3 4 No ． 1 Fe b．2 O1 2 混凝土结构空间多尺度相对湿度值 徐 宁， 黄庆华 ， 张伟 平 ， 顾祥林 同济大学 建筑工程 系， 上海 2 0 0 0 9 2 摘 要 针 对环境 作 用具有 空 间分 布特 性 ， 借 鉴 空间 多尺度环 境作 用模 型 框 架 包括 全局 环境 、 地 区 环境、 工程环境、 构件表面环境、 内部环境 及其数学模型， 对相对湿度进行 了空间多尺度研究 在分 析 空间各尺度上相对湿度的不同影响因素的基础上， 由全局环境尺度 开始， 通过地 区环境尺度、 工 程环境尺度 以及构件表 面环境尺度上环境 因素的逐步调整 ， 最终计算得到混凝土 内部 的相对湿度 值。研究结果表明， 采用“ 常规统计模型空间残差” 的方法， 可有效建立地 区环境尺度上的相对湿 度值与工程环境尺度上相对湿度值 的定量关系； 混凝土结构构件的表 面相对湿度与表面温度有关； 实际工程结构应考虑构件表 面相对湿度与 内部相对湿度之间的不同。 关键词 结构 ； 空间 多尺度 ； 环境作 用 ； 相对 湿度 中图分 类号 T U3 7 5 文 献标 志码 A 文章 编号 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 2 0 1 - 0 0 3 5 - 0 7 S pa t i a l M u l t i - s c a l e Re l a t i v e Hu mi d i t y Va l u e s f o r Co n c r e t e S t r u c t u r e s xU Ni n g， HUANG Qi n g - h u a， zHANG We i p i n g， GU Xi a n g - l i n De p a r t me n t o f Bu i l d i n g En g i n e e r i n g， To n g j i Un i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， P． R． C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t O t he s p a t i a l f e a t u r e s o f e nv i r o nme n t a l a c t i o ns ，o n t he ba s i s of t he s pa t i a l mul t i s c a l e mod e l f r a m e wo r k i n c l u di n g t he g l ob a l e n v i r o nme nt ， r e g i on a l e nv i r o nme nt ， e n gi n e e r i n g e n v i r on m e nt ， s u r f a c e e n v i r o nme nt a n d i nt e r na l e n v i r on m e nt o f c o nc r e t e a n d t he ma t h e ma t i c mo de I f o r e nv i r o nme n t a l a c t i o ns．t h e s pa t i a l m u l t i s c a l e r e l a t i v e hu mi d i t y va l u e s f o r c on c r e t e s t r uc t ur e s we r e s t ud i e d ．Tha t i S ，ba s e d o n t h e i n f l u e n t i a l f a c t o r s o f r e l a t i v e h u mi d i t y o n t h e d i f f e r e n t s p a t i a l s c a l e s ，t h e r e l a t i v e h u mi d i t y v a l u e s i n c o n c r e t e we r e d e d u c e d b y a d j u s t me n t s t e p b y s t e p f r o m t h e v a l u e s o n t h e g l o b a l e n v i r o n me n t t o t h e r e g i o n a l e n vi r on m e nt ，t he e ng i ne e r i n g e nv i r o nme n t a n d t he s ur f a c e e nv i r o nme n t o f c o nc r e t e ．I t wa s f ou nd t h a t us i n g t h e s u p e r p o s i t i o n me t h o d o f c o n v e n t i o n a l s t a t i s t i c mo d e l a n d s p a t i a l r e s i d u a l e r r o r ， t h e q u a n t i t i v e r e l a t i o n s h i p o f r e l a t i v e h u mi d i t y v a l u e s i n t h e r e g i o n a 1 e n v i r o n me n t a l s c a l e a n d t h e e n g i n e e r i n g e n vi r on m e nt a l s c a l e c a n be e s t a bl i s he d e f f e c t i v e l y ．M o r e o v e r ，t he r e l a t i v e hu m i d i t y v a l ue s o n t h e s u r f a c e o f c on c r e t e s t r uc t u r a l e l e me nt s a r e r e l a t e d wi t h t he t e m p e r a t u r e v a l ue s o n t he s u r f a c e o f c on c r e t e s t r uc t ur a l e l e m e nt s ，an d t he di f f e r e nc e of r e l a t i v e hu m i d i t y va l u e s b e t we e n t he s ur f a c e a n d t he i nn e r p a r t o f c o nc r e t e s h o ul d be c o ns i de r e d i n t h e du r a bi l i t y a s s e s s m e nt o f c o nc r e t e s t r uc t ur e s ． Ke y wo r d s s t r uc t ur e； s pa t i a l mul t i s c a l e； e nv i r o nme nt a l a c t i on； r e l a t i v e hu m i d i t y 混凝 土结构 的耐 久性 已成 为土木 工 程 界 日益关 注的问题 。在影响混凝土结构耐久性能 的环境 作用 中， 相对湿度成为重要的环境作用之一。混凝 土 中的不均 匀 湿度 分 布 不 仅会 引起 干缩 变 形 ， 导 致 混凝土表面产生拉应力 出现裂缝 ， 为外部 复杂环境 作用的渗入提供便利 ； 而且 ， 相对湿度本身也对引 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 0 3 基金项 目 国家重 点基 础研 究发 展计 划 9 7 3计划 项 目 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 0 ； 国家 高 技术 研究 发 展计 划 8 6 3计 划 项 目 2 0 0 6 AA0 4 Z 4 1 5 作者简介 徐宁 1 9 8 0 一 ， 男 ， 博士生 ， 主要从事混凝 土结构 的耐 久性研究 ， E - ma i D1 2 3 x n t o n g j i ． e d u ． e n 。 顾祥林 通讯作者 ， 男 ， 教授 ， 博士生导师 E - ma i l g x l t o n g j i ． e d u ． C I 1 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 4 卷 起材料或结构性能劣化的各种作用 ， 如混凝土碳化、 氯盐侵蚀 、 钢筋锈蚀等产生影响。 对混凝 土碳 化作用来说 ， 环 境相对 湿度通 过温 湿 平衡决定着混凝土的孔隙水饱和度， 一方面影响 C O 。 的扩散 速度 ， 另 一方 面 ， 由于 混凝 土碳 化 化学 反应 均 需在溶液中或固液界面上进行， 相对湿度也是决定碳 化反应 快慢 的主 要 因素 之一[ 5 ] 。当环 境 相对 湿 度过 高时， 混凝土接近饱水状态， C O 。的扩散速度缓慢； 当 相对湿 度过低 时 ， 混凝 土处 于 干燥状 态 ， 虽 然 C O2 的 扩散速度快， 但缺少碳化反应所需的液相环境， 碳化 也难 以发展 。混凝土 的相对 湿 度对 氯离 子在 混凝 土 中的传输有重要影响 ] 。混凝土相对湿度较低时 ， 混 凝土内部的氯离子传输速度将显著降低 ， 这是 由于相 对湿度降低， 混凝土孔溶液水分减少 ， 离子在孔隙中 传输更加困难。如果混凝土相对湿度很低， 当有外界 环境介质渗入时 ， 离子以毛细管吸人机制占据主导地 位 ， 离子的吸人速度反而随混凝土相对湿度降低而加 快 。环境相对湿度对钢筋锈蚀速度也有影响 孔隙水 饱 和度 是影响混凝 土电阻抗 的主要 因素 ， 相对 湿度 越 高 ， 孔隙水饱和度越大 ， 混凝土的电阻抗越小 ， 有利于 OH 的扩散 ； 另 一 方 面 ， 孔 隙水 饱 和 度 又 是 影 响 O 扩散速 度的主要 因素 ， 孔 隙水饱 和度越 大 ， O 2 扩 散越 缓慢 ， 不 利于阴极反应 的进行 。 可见 ， } 昆 凝土内部环境作用特别是湿度分布的研 究是混凝土结构耐久性研究 的一项重要内容。为描 述混凝 土 内部不 同湿度 场 ， 可在混凝 土 内部布设 湿 度 传感器进行测量 ， 但是混凝土耐久性是个 日积月累的 长期过程， 仅仅通过布设数量有限的传感器以及采集 有限周期的混凝土内部相对湿度值， 不能完全描述相 对湿度对混凝土性能的整个影响过程 。在中国， 具有 历史记录的相对湿度数据存在于全国各个气象站点 内。在 不考虑时 间因素 影响 的前 提下 ， 建立从 已有 气 象站点 的相对湿 度值 到 混凝 土 内部 各个 位 置处 的湿 度值的理论模型， 成为混凝土结构耐久性研究 中的关 键科学问题之一。本文根据建立的空 间多尺度环境 作用模型框架及其数学模型， 对相对湿度的空间特性 进行研究 ， 即通过空间各尺度上影响相对湿度的不同 环境因素的逐步调整 ， 计算混凝土结构内部任意位置 处的相对湿度值， 为正确预估影响混凝土结构耐久性 的各种作用效果提供基本依据。 1 空 间多尺度环境作用模型 中国地形条件 复杂 ， 气候多种多样。不 同地 区 的混凝土结构所受环境作用不 同， 即便是 同一地 区 的混凝土结构构件 ， 其不 同部位的环境作用也不尽 相同。为此 ， 作者在文献E 5 ] 中建立 了空间多尺度环 境作用模型用于描述混凝土结构环境作用 的空间特 性 ， 该模型具体包括全局环境、 地区环境、 工程环境、 构 件表 面环境及 内部 环境 5个不 同尺度 。 具有历史记录的相对湿度数据可 由各气象站点 获得 。利用建立 的空间多尺度环境作用模型， 通过 各种环境尺度上环境 因子的逐步修正 ， 最终可 以较 准确地获得混凝土内部任意点处的相对湿度值。 由于前期环境作用研究采用的气象资料 的统计 年 限为 1 9 7 6 -- 2 0 0 5 年 ] ， 所 以 ， 以初始年 1 9 7 6 年 的年 均相对湿度为例， 进行相对湿度的空间多尺度分析。 2 全局环境及地区环境 尺度上的相对 湿度值 由于 1 9 7 6年年平均相对湿度值可通过 全国分 布的各气象站点获得， 而现有 中国气象站点的观测 距 离均 在 1 0 0 0 k m 之 内 ， 按照混 凝 土结 构空 间多尺 度环境作用模型框架， 此范围属于地 区环境范畴， 所 以可以直接从地区环境尺度开始逐步进行以下几个 尺度 的研究 。此 时 ， 全局 环 境 尺 度 系 指混 凝 土结 构 所 在 的中 国版 图范 围 。 3 工程环境尺度上 的相对湿度值 考虑地区环境尺度上的各种环境条件的影响， 通 过地区环境尺度上已有气象站点的大气相对湿度值 ， 利用地 理 信 息 系 统 G e o g r a h p i c I n f o r ma t i o n S y s t e m， 简称 G I S 技术 ， 获得 中国区域 内工程环境尺度上 1 k m1 k m 任意位置处的大气相对湿度值。 大气相对湿度在地区环境尺度上的影响因素主 要为空间分布的地理要素 ， 如地理位置 包括经度 、 纬度、 海拔和离海远近 、 大的山脉走 向等 。一个地 区的相 对湿度 值 与 该地 区的 经 度 、 纬 度 和 海拔 高度 具 有较 好 的线 性 相 关关 系 ， 可 用 以下 多 元 线 性 回归 方 程表 示_ 8 RH o a o l X 口 2 Y a 3 Z 1 式 中 RH。 为常规统计模型模拟的相对湿度值， ； x为经度 ； y为纬度 ； Z为海拔高度， m； n 。为常数 ； a 1、 a 2、 0 3 为 回归系数。 采用“ 常规统计模型空间残差” 的方法可消除 直接采用空间插值方法 的不足__ 1 ， 更加准确地建立 由地区环境尺度到工程环境尺度上相对湿度 的定量 描述 。具 体步骤 如下 1 基于中国气象科学数据共享服务 网 h t t p ／ ／ c d c ． c ma ． g o v ． c n ／ ， 统计中国间距为 1 0 0 k m 以上的 2 0 0个气象站点 1 9 7 6年的平均相对湿度值 ， 剔 除塔 中、 米林、 温州、 桦甸 4个不连续站点数据 ， 选取 1 8 0 个气象站点的相对湿度值按式 1 进行 回归统计分 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 徐 宁 ， 等 混 凝土 结构 空间 多尺 度相 对 湿度值 析 其余 1 6 个站点用作模型验证 图 1 ， 得到如下 常规统计模型 RH 。一 4 9 ． 5 6 8 0 ． 5 3 4 X 一 1 ． 2 0 1 Y 一 0 ． O O 2 Z 2 点 。 t 1 6 个榆验站点 p 0 图 1 计算和检验气象站点分布 图 2 基于美 国太 空 总署 和国防 部 国家测 绘 局联 合 测 量 的 中 国 S R T M 数 据 全 称 为 S h u t t l e R a d a r To p o g r a p h y Mi s s i o n ， 即航 天 飞机 雷 达 地形 测 绘 使 命h t t p ／ ／ s r t m． c s i ． c g i a r ． o r g ／ S E L E C T I ON／ i n p u t C o o r d ． a s p ， 采用 Ar c G I S软件进行转化处理 ， 得到中国数字高程模型 D i g i t a l E l e v a t i o n Mo d e l ， 简 称 DE M ， 并 由此可提取全 国 1 k m1 k m 范围上 各采样点的地理信息 如经度 、 纬度和海拔信息等 。 代入式 2 可得到全 国任意 1 k m1 k m 采样 点范 围内的 1 9 7 6年年平均相对湿度值 图 2 。 图 2常 规 统 计 模 型 计 算 图 1 9 7 6年 年 平 均 相 对 湿 度 3 将 1 8 0个残差值 实测值与通 过统计模型获 得的计算值的差值 在 中国区域内进行空间插值 ， 得 到全国任意 1 k m1 k m采样点上 的残差值 z Z R H 图 3 。将此空间残 差值 与步骤 2 中得到 的计算 值 图 2 进行叠加， 即获得工程环境尺度上全 国范 围内 1 9 7 6年平均相对湿度的分布图 图 4 。 4 选取剩余 1 6 个检验站点 实测值与计算值见 表 1 ， 分 别 通 过 相 关 系数 R 、 平 均 绝对 误 差 鼻 ， 1 图 3 1 9 7 6年全国年平均相对湿度残差分布 图 图 4 1 9 7 6年 全 国年 平 均 相 对 湿 度 分 布 图 Me a n Ab s o l u t e E r r o r ， 简 称 MAE 和 均 方 根 误 差 R o o t Me a n S q u a r e E r r o r ， 简称 RMS E 3个统计值 进行检验 ， 检验结果如表 2所示 。从 表 2中可 以看 出， 采用“ 常规统计模型 空间残差” 的方法计算得 到的中国 1 9 7 6年平均相对湿度值的计算精度较直 接统计计算值有明显提高 。 表 1 检验站点的大相对湿 度度值 ／ ％ 气象站点 实测值 常规统计值 常规统计值 空间残差 鸡 西 6 1 临 汾 6 4 高 邮 7 6 金 华 7 6 麻 城 7 4 广 卅 l 7 9 达尔罕茂 明安联合旗 5 0 中 宁 5 4 广 元 6 9 贵 阳 7 8 格 尔木 3 O 且 末 3 9 额尔古纳右旗 6 9 精 河 6 2 德 钦 7 2 拉 萨 4 2 H 一 0． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 4卷 表 2 检 验指标 列表 4 工程环境尺度上相对湿度的修正 通过 地 区环境尺 度到 工程环 境 尺度 的研 究所 得 到 的全 国每 1 k m x 1 k m 范 围 内 1 9 7 6年 年 平 均 相 对湿度分布图， 是从全国 1 8 0个城市市区气象站点 的环境作用值开始计算的， 没有考虑工程环境尺度 上其它环境条件 如热岛效应 、 湿 岛和干岛效应等 的影响， 城 、 郊环境作用差别没有体现。对 于大气相 对湿度 ， 需要考虑城市干 、 湿岛效应造成 的城、 郊相 对湿 度差 的影 响 。 为此 ， 可 统 计 1 9 7 6年 全 国 3 1个 省会 城 市 城 区 与郊区气象站点的大气相对湿度值 ， 并定义城 区气 象站点与郊区气象站点的相对湿度差为当年的干湿 岛强度值。剔除南宁、 沈阳、 天津 由于站点迁移或区 站号 变 动带 来 的干 湿 岛强 度突 变点 ， 用 剩余 全 国 2 8 个省会城市干湿岛强度值作为初始值 ， 采用 Ar c GI S 地理 信 息 处 理 软 件 ， 通 过 反 距 离 权 重 I n v e r s e Di s t a n c e We i g h t e d ， 简称 I D w 插值方法l_ 7 ] ， 可计算 得到 1 9 7 6年干湿岛强度分布图， 如图 5所示 。 、 ． 一 b 图 5 1 9 7 6年全国干湿 岛强度分 布图 从图 5中可 以提取全国任意经纬度处 1 9 7 6年 的干湿岛强度值 。将图 4中的相对湿度值减去图 5 中对应点处的干湿岛强度值 ， 即可准确获得 1 9 7 6 年 郊区混凝土结构所处的相对湿度值 。 5构件表面环境 尺度上 的相对湿度值 自然环境下混凝土结构表面各点处的环境作用 不同， 其影响因素主要有 2 种 1 混凝土构件的外部 条件 ， 如结构所在的地理位置和所处的季节、 云、 雪、 雾、 雨等 ； 2 混凝土构件的 内部 因素 ， 包括构件表面 材料 、 构件材料物理特性等 ] 。 混凝土表面相对湿度 R H 可通过 以下方程求 得 R Hs 一些 3 式 中 R H出为大 气相对 湿度 ， ； 7 2 T 为 指定 温度 下饱和水蒸汽含量 ， g ／ m。 ； T a 为大气温度 ， K； T s 为 混凝 土 表面温 度 ， K。 指定温度下空气饱和蒸汽含量 T 与饱和蒸 汽压 P T的关系可 由理想气体状态方程 式 4 变换 得 到 式 5 PV n RT 一 T 4 一 一 一 ㈤ 7 J 一 一 【 h J RT 尺T ⋯ 式中 为气体质量 ， g ； V为气体体积 ， m。 ； M 为气 体摩尔质量 ， g ／ mo l ； R 为 比例系数 ， 一般取 8 ． 3 1 4 J ／ too l K ； T为气体温度， K。 饱和蒸汽压 丁 可用以下公式表示 ] l n 丁一 6 8 ． 1 4 8一 一 6 ． 2 9 7 3 I n T 6 由式 3 可以看到， 混凝土表面相对湿度值与混 凝土周围环境相对湿度值、 周围环境温度值和混凝 土表面温度值密切相关 。选取上海市 中山北二路上 的一座公路桥 经度 1 2 1 ． 5 。 E， 纬度 3 1 ． 3 。 N 进行计 算。从图 4中提取的该经纬度处的大气相对湿度为 7 7 ． 9 2 ， 从图 5中提取的此经纬度处的干湿岛强度 为一0 ． 9 4 。考虑城市干湿 岛效应后 ， 该经纬度处 修 正 后 的 大 气 相 对 湿 度 为 R H i 一 7 7 ． 9 2～ 一0 ． 9 4 一 7 8 ． 8 6 ％ 。假 定 桥 梁 所 处 周 围 环 境 1 9 7 6 年 年均温 度 为 T 一 1 5 ． 1 4， 对 应 的绝对 温 度 为 T 一 1 5 ． 1 4 2 7 3 ． 1 5 2 8 8 ． 2 9 K ， 则 由式 6 可 计算该桥梁所处周 围环境温度下的空气饱和蒸汽压 为 l n p T 。 一 l n p 2 8 8 ． 2 9 一 6 8 ． 1 4 8 一z 2 9 7 3 1 n 2 8 8 ．2 9 7 ． 4 5 5 P T a i 一 e ≈ 1 ． 7 2 7 9 k P a 由式 5 得饱和蒸汽含量为 T a T n一 一 一 面 1 ． 7 丽2 7 9 丽X1 8 ≈O ． 0 1 2 9 8 k g ／ m3 1 2 ． 9 8 g ／ m3 同理， 假定该经纬度处桥梁行车道板上表面 1 9 7 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 徐 宁， 等 混 凝土 结构 空 间多尺度相 对 湿度值 年年均温度为 T ， 一2 1 ． 1 4 C， 对 应 的绝 对温度 为 一 2 1 ． 1 4 2 7 3 ． 1 5 2 9 4 ． 2 9 K， 则此温度下的空气饱和蒸 汽压为 l n p 。 一 l n p 。 2 9 4 ． 2 9 一 6 8 ． 1 4 8一 _ 6 ． 2 9 73 1 n 2 9 4 ． 2 9 7 _ 8 6 声 。 T 一 e 。≈ 2 ． 5 9 1 5 2 k Pa 对 应 的饱 和蒸汽 含量 为 r个、 一m PM p M 一 2 ．5 9 1 5 2 1 8 一 一 亍 一 丁 一 ≈0 ． 0 1 9 0 7 k g ／ m 一1 9 ． 0 7 g ／ m。 将上述参数代人式 3 得该经纬度处桥梁行车 道板 的表 面相对 湿度 为 RHs一 一 ≈ 5 3 ． 6 8 同理 ， 由该桥 梁结 构翼板 和底 板 底 面 1 9 7 6 年 年 平 均 温度 1 8 ． 4 2 ℃ ， 可 计 算 得 到 对 应 的此 经 纬 度 处 混凝 土桥梁 结 构翼 板 和 底 板 底 面 1 9 7 6年年 平 均 相 对 湿度 为 6 4 ． 6 3 ； 由阴影 腹板 表 面 1 9 7 6年年 平 均 温度 1 5 ． 3 7 ℃， 可 计算 得 到对 应 的 阴影腹 板 表 面 1 9 7 6 年年平均相对湿度值为 7 7 ． 7 5 ； 由受 日照腹 板表面位置处 1 9 7 6年年平均温度 1 8 ． 9 3 ℃， 可计算 得到对应的受 日照腹板表面位置处 1 9 7 6年年平均 相对湿度为 6 2 ． 6 9 。 6构件 内部环境 尺度上 的相对湿度值 对于大气相对湿度而言， 进行构件表面环境尺 度到 内部环境尺度的研究即为相对湿度 由混凝土表 面 向混凝 土 内部 扩散 的研 究 。 基于经典的 F i c k第二定律 式 7 ， 将上节得 到的混凝土构件表面相对湿度值作为内部湿度场计 算 的边界 条件 ， 求 解 特 定 环境 恒湿 下 混凝 土构 件 内部 环境 相对 湿度 。 下 3 RH 一一 D _3 2 RH 3 2 RH 0 2 ， ， RH ， 7 dr dz dY d‘z 式 中 R H 为相 对湿度 ， ； r 为 时间 ， S ； D 为 湿气在 混凝土内的扩散系数 ， r n ／ s ， 可按下式计算口 。 一 。 r 。 式中各 系数 参 照 1 m ClO] ㈣ C E B F I P模 式 规 范 给 出a 。一 令 混凝 土试件 内部 初始相 对 湿度 为 R H。， 混 凝 土表面相对湿度为 R H 。为简化计算 ， 暂按一维扩 散方程进行求解 ， 即 一 D r dZ 9 其 中， 初始条件 r 一0 时 ， 对所有 值， R H RH。 ； 边 界 条 件 z 一 0时 ， 对 所 有 r值 ， R H R H ； C 3时 ， 对所 有 r 值 ， R H R H。。 由上式 解得混 凝 土 内部 相对 湿 度 随时 间 r的变 化规律为 RH R H 一 H 一R H。 e r r 兰 2 √D r 1 0 式 中 ， e r f 为 误差 函数 ； z为距 离混凝 土表 面 的深 度 ， m。 选取强度等级为 C 3 o的混凝土 ， 其强度标准值 为 一2 0 ． 1 MP a ； 假定混凝土 内部初始相对湿度 为 RH。 一 1 0 0 9 ／ 6 ， 混 凝 土 表 面 相 对 湿 度 为 RH 一 5 3 ． 6 8 。由式 1 0 ， 可得任意时刻混凝 土内部任意 位 置处 的相 对 湿 度 RH 。整 个 过 程通 过 Ma t l a b软 件 实现 ， 最终 计算 结果 如 图 6及表 3所 示 。 1 1 霞 霹 5 3 o 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 l 2 0 0 时间， d 图 6 混凝土 内部相对湿度随时变化规律 表 3混凝 土内部相对湿度计算值 ／ 时间0 ． 0 2 1T I 处0 ． 0 5 m处0 ． 1 0 r l l 处0 ． 1 5 r f l 处0 ． 2 0 m处 1 d 9 8 ． 5 6 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 5 d 8 4 ． 5 0 9 9 ． 2 6 1 0 0 1 O 0 1 O 0 1 0 d 7 7 ． 0 6 9 5 ． 9 2 99 ． 9 7 1 O 0 1 O 0 1 5 d 7 3 ． 2 5 9 2 ． 4 1 9 9 ． 7 5 1 O 0 1 O 0 5 0 d 6 4 ． 7 8 7 9 ． 3 6 9 4 ．i 1 9 8 ． 8 7 9 9 ． 8 9 I O 0 d 61 ． 5 9 7 2 ． 6 8 8 6 ． 9 9 9 5 ． 1 0 9 8 ． 5 6 3 6 5 d 5 7 ． 8 4 6 3 ． 9 7 73 ． 4 9 8 1 ． 6 1 8 8 ． O 1 5 4 5 d 57 ． 0 9 6 2 ． 1 4 7 0 ．1 7 7 7 ． 3 8 8 3 ． 5 3 7 3 O d 5 6 ． 6 3 6 1 ． 0 1 6 8 ． O 5 7 4 ． 5 6 8 0 ． 3 3 1 0 9 5 d 5 6 ． 0 9 5 9 ． 6 8 65 ． 5 2 7 1 ． O 5 7 6 ． 1 7 。 ． 。5； RH 。． 8 ； 一 1 5 ；D 一 D ， 。 一 图 6描述了 3 内混凝土内部不同深度相对湿 1 1 0 一 。 m ／ s； f o k 。一 1 0 MP a； f 为混凝 土强 度标 度 值 的随 时变 化规 律 。表 3列 出 了部 分 计 算 结果 。 准值 。 从图 6可以看到 ， 由于混凝土 内外相对湿度差 的影 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 0 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 4 卷 响 ， 混凝土内部不 同深度处 的相对湿度值 由初始值 的 1 0 0 发生了不同程度的降低； 2 a 后 ， 不同深度处 的相对湿 度值 变化近趋平缓 。结合表 3还可 以看 出 ， 表层 混 凝 土 z一 0 ． 0 2 m 较 深 层 混 凝 土 z一 0 ． 2 0 m 对相 对湿 度 的感 应迅 速 ， 表层混凝 土 相对湿 度值 降低程度较快 ， 经过 5 0 d的时 间， 表层混凝土 相对湿 度值 已经降至初 始湿度值 的 2 ／ 3左 右 为 6 4 ． 7 8 ％ ， 而深层混凝土相对湿度基本没有变化 ； 由 于初 始混 凝土 表面相 对湿 度 5 3 ． 6 8 与混凝土 内部 相对湿度 1 0 0 差值较大， 所以经过 3 a 1 0 9 5 d 的 时间， 距混凝土表面 0 ． 0 2 I n处的混凝土相对湿度值 5 6 ． 0 9 还未 达到 初始 混凝 土表 面相 对湿 度值 5 3 ． 6 8 ％ 。 根 据 图 6中各 曲线 与时 间轴所 围成 的面积 和 年 均相对湿度值 与时间轴围成的面积相等的原则 ， 可 计 算得 到混凝 土 内部 不 同深 度 的年 均 相 对 湿度 值 ， 如 表 4所示 。 表 4混凝土 内部年均相对湿度值 ／ ％ 深度／ m 第 1年 第 2年 第 3年 由表 4可以看出， 就相对湿度而言， 从年平均意 义上讲 ， 即便混凝土结构构件处于外部恒定 的相对 湿度下， 内部相对湿度值也不相同。因此 ， 对于非恒 定相 对湿 度 下 的混 凝 土 结 构 构 件 更 应 考 虑 混 凝 土 内、 外部环境 的不同 ， 明确环境 作用 时间变化的影 响 ， 进一步开展混凝土结构环境作用时间特性 的研 究 。 7 结 论 1 应用多尺度环境作用模 型， 可以将全 国范 围 内具有历史记录的气象站点 的相对湿度值 ， 通过各 尺度上的逐步修正 ， 计算得 到混凝土 内部的相对湿 度值 。 2 采用“ 常规统计模 型空 间残差” 的方法 ， 可 有效建立地区环境尺度上相对湿度值与工程环境尺 度上 相对 湿度 的定量 关 系 。 3 混 凝土 结构构 件 的表面相 对 湿度 与混 凝 土表 面 温度有 关 ， 混 凝 土 桥 梁结 构 行 车 道 板 、 翼 缘 、 腹 板 等不 同部 位处 的表 面相对 湿度值 不 同 。 4 实际工程中的混凝土结构构件 ， 应该考虑表 面相对湿度与混凝土内部相对湿度 的不 同， 相对湿 度值随时间变化的特性有待进一步深入研究。 参考 文献 [1 ]张誉 ， 蒋 利 学 ， 张伟 平 ， 等．混 凝 土 结 构 耐 久 性 概 论 [ M] ． 上海 上海科学技术 出版社 ， 2 0 0 3 ． r 2]TEP LY B， V0RE CH0VS KA D， KERS NE R Z． P e r f o r ma n c e b a s e d d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s d u r a b i l i t y a s p e c t s[ J ] ． S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g a n d M e c h a n i c s ，2 0 1 0， 3 5 4 5 3 5 5 3 8 ． r 3]V0RECHOVS KA D， TEP LY B， CHROMA M． P r o b a b i l i s t i c a s s e s s me n t o f c o n c r e t e s t r u c t u r e d u r a b i l i t y u n d e r r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n a t t a c k[ J ] ．J o u r n a l o f P e r f o r ma n c e o f Co n s t r u c t e d F a c i l i t i e s ， 2 0 1 0， 2 4 6 5 71 57 9 ． r 4]RYU D W ， KO J W ， N0GUCHI T． Ef f e c t s o f s i mul a t e d e n vi r o nme nt a l c on di t i o ns on t he i nt e