【文章內(nèi)容簡介】 開裂?；炷恋拿軐?shí)性的一個(gè)主要體現(xiàn)是其影響混凝土的滲透性及抗侵蝕性，即外界侵蝕性物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部的速度。如果混凝土的密實(shí)性很差，那么外界侵蝕性物質(zhì)侵入的速度荷載對水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因的影響研究很快，從而使混凝土迅速劣化，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度等力學(xué)性能的降低，在承受應(yīng)力作用時(shí)，其很容易開裂。 (12)混凝土所處環(huán)境中有害介質(zhì)的濃度由于環(huán)境中侵蝕介質(zhì)的作用而使混凝土產(chǎn)生裂縫的土要原因是，混凝土中形成了膨脹性的產(chǎn)物，導(dǎo)致混凝土開裂，這樣的侵蝕介質(zhì)包 括硫酸鹽和某些鹽類。 9 (13)混凝土所處環(huán)境中 C02 的濃度混凝土水化產(chǎn)物必須在一定的堿性環(huán)境下才能保持穩(wěn)定狀態(tài)，由于硬化混凝土內(nèi)部 Ca(OH)2 的存在，混凝土必然要與周圍環(huán)境中的 C02 發(fā)生碳化反應(yīng)，根據(jù)資料，在貧鈣混凝土中，碳化反應(yīng)對于 C． SH 凝膠的強(qiáng)度增長是不利的，而且 C02 能和混凝土中水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)生成 Cac03，這種反應(yīng)使固相的體積減少而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生較大的碳化收縮。 無論是強(qiáng)度的降低還是較大的碳化收縮，都是對混凝土抗裂不利的，因此，混凝土所處環(huán)境中的c02 濃度，對混凝土裂縫發(fā)生與發(fā)展是有～定影響 的。 (14)混凝土的碳化深度碳化反應(yīng)是指空氣中的二氧化碳與水泥石中氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸鈣和水的過程。碳化又叫中性化。碳化對混凝土的抗裂性有明顯的影響，碳化明顯增加混凝土的收縮。碳化層產(chǎn)生的碳化收縮，使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，如果拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，則會產(chǎn)生微細(xì)裂縫，觀察碳化混凝土的切面，細(xì)裂紋的深度與碳化層的深度是一致的。當(dāng)碳化深度超過鋼麓的保護(hù)層時(shí)，鋼筋不但易發(fā)生銹蝕還會因此引起體積膨脹，使混凝土保護(hù)層開裂或剝落，進(jìn)而又加速混凝土進(jìn)一步碳化和鋼筋的繼續(xù)銹蝕，使混凝土結(jié)構(gòu)承載力下降。 (15)混凝土中鋼筋銹蝕量鋼筋的銹蝕與混凝土的碳化有著密切的關(guān)系。未碳化的混凝土內(nèi)含有大量氫氧化鈣，毛細(xì)孔內(nèi)氫氧化鈣水溶液的 pH 值可達(dá)到 12． 6～ 13，這種強(qiáng)堿性環(huán)境能使混凝土中的鋼筋表面生成一層鈍化薄膜，從而保護(hù)鋼筋免于銹蝕。碳化使混凝土內(nèi)堿度降低，鋼筋表面鈍化膜破壞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。鋼筋的銹蝕產(chǎn)物將引起體積膨脹，從而使混凝土開裂。 2． 3． 2． 3 混凝土施工方面 (1)混凝土所處環(huán)境的濕度混凝土具有濕漲干縮的特性。由于環(huán)境濕度小于混凝土濕度而引起的混凝土干縮裂縫是非常常見的。這種干縮裂縫產(chǎn)生的原因是混凝土中的水由表 及里向環(huán)境中散失，當(dāng)混凝土內(nèi)部水遷移速率小于表面失水速率，則在混凝土表面產(chǎn)生毛細(xì)管收縮應(yīng)力，當(dāng)這種力大 的作用超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土就出現(xiàn)裂縫。這種裂縫對混凝土的使用性能有較大影響。另外，濕度對混凝土的碳化反應(yīng)和堿 —骨料反應(yīng)有重要的影響。碳化反應(yīng)只有在適量水的存在下才能進(jìn)行，所以相對濕度對碳化速度影響很顯著，相對濕度在 25％以下時(shí)碳化停止進(jìn)行， 100％時(shí)，因?yàn)橥笟庑詼p小，碳化也停止。相對濕度在 50％時(shí)碳化最快。對于堿 —骨料反應(yīng)來說，相對濕度越大越不利。 (2)混凝土的養(yǎng)護(hù)混凝土養(yǎng)護(hù)十分重要，養(yǎng)護(hù)時(shí)間 過短，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。夏季在混凝土澆筑的初期一定要注意混凝土的表面養(yǎng)護(hù)。混凝土初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時(shí)骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的收縮變形，其收縮量可達(dá) 1％左右。在混凝土表面上，特別在抹壓不及時(shí)和養(yǎng)護(hù)不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達(dá) 1～ 2mm。某些露天構(gòu)筑物盡管當(dāng)?shù)貪穸群艽?，但由于風(fēng)力影響，加速了混凝土水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫。由上述產(chǎn)生裂縫的原因分析可見，混凝土開裂的原因中有些作用機(jī)理比較清楚，且理論依據(jù)比較成 10 熟，同時(shí)也得到了工程實(shí)踐的證明。但有些混凝土 裂縫產(chǎn)生的原因或諸多相互關(guān)聯(lián)的因素及其理還有待進(jìn)一步完善。 以上的 22 個(gè)因素是導(dǎo)致混凝土開裂常見的影響因素，但在工程實(shí)踐中混凝士工作者經(jīng)常遇到的是，部分原因已知，部分原因不十分清楚的情況下，來判斷混凝土開裂的原因。因此，如何利用已有的小樣本信息，尋求一種科學(xué)的方法，將其與實(shí)踐結(jié)合起來，盡可能降低混凝土裂縫對工造成的危害就顯得尤為重要了。 2． 4 利用故障樹法分析產(chǎn)生裂縫的可能原因 上面對裂縫的成因進(jìn)行了簡單分析，對于水工混凝土結(jié)構(gòu)，其裂縫的產(chǎn)生往往是 受多種因素影響的綜合結(jié)果，產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜，并 不是能夠用單純的某類裂縫就 能夠完全概括的。本節(jié)利用故障樹分析法分析產(chǎn)生裂縫的可能原因。 2． 4． 1故障樹分析法概述 故障樹分析法是一種邏輯診斷方法，它能把系統(tǒng)的故障與導(dǎo)致該故障的諸因素，包括直接的、接的、環(huán)境的和人為的因素，形象表現(xiàn)為故障譜；從上往下可得出系統(tǒng)故障與哪些影響因素有關(guān)從下往上可得出各影響因素對系統(tǒng)故障的影響，從而分析故障產(chǎn)生的原因。將故障樹分析法用于水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析中，即是通過對造成水工混荷載對水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因的影響究凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的所有原因 (包括直接的、間接的、環(huán)境的和人為的因素 )進(jìn)行邏輯分析，繪制故障樹，分析裂縫產(chǎn)生的可能原因。 2． 4． 2故障樹的建立 故障樹建立的主要步驟如下： (1)選擇和確定故障樹的頂事件頂事件是系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件，或是進(jìn)行邏輯分析的故障事件。對于水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因分析來說，將水工混凝土結(jié)構(gòu)看作一個(gè)系統(tǒng)，故障樹的頂事即為水工混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。 (2)分析頂事件尋找頂事件 (水工混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 )發(fā)生的直接的必要和充分原因，將頂事件 (水工混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 )作為輸出事件，將所有直接原因作為輸入事件，并根據(jù)這些事件的實(shí)際邏輯關(guān)系用適當(dāng)?shù)倪壿嫹栂嗦?lián)系。 (3)分析輸入事件分析每個(gè)與頂事件 (水工混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫 )相聯(lián)系的輸入事件，若該事件能進(jìn)一步分解，則將其作為下一級 的輸出事件， (4)建立故障樹并將其按次級頂事件進(jìn)行處理。重復(fù)上述步驟，逐級向下分解，直到所有的輸入事件不能再分解或不必再分解為止，這樣即建成了故障樹。 第三章 裂縫可能原因的數(shù)據(jù)挖掘 11 分析可知，對于水工混凝土結(jié)構(gòu)，裂縫的產(chǎn)生往往是受多種因素影響 的綜合結(jié)果，產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜。數(shù)據(jù)挖掘是從大量的、不完全的、 有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的數(shù)據(jù)中提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的有效方法。本章利用數(shù)據(jù)挖掘方法分析裂縫產(chǎn)生的可能原因及主要原因。 3． 1 數(shù)據(jù) 挖掘方法概述 3． 1． 1數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)挖掘 [221 系統(tǒng)由一組構(gòu)件聯(lián)合組成。數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)中的輸入是數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)、 信息分析員的指導(dǎo)以及存儲在挖掘系統(tǒng)知識庫中的知識和規(guī)則。經(jīng)過選擇的數(shù)據(jù)在挖 掘引擎中處理，以生成輔助模式和關(guān)系。然后進(jìn)行評價(jià)，通過與分析員交互以期發(fā)現(xiàn) 令人感興趣的模式。有些發(fā)現(xiàn)還要加入知識庫中，以便后繼的抽取和進(jìn)行評價(jià)。 3． 1． 2數(shù)據(jù)挖掘的方法 (1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于本身良好的自組織自適應(yīng)性、并行處理、分布存儲和高度容錯(cuò)等特性非 常適合解決數(shù)據(jù)挖掘 的問題，因此近年來越來越受到人們的關(guān)注。典型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主 要分 3 大類：前饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；反饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；白組織映射方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方 法的缺點(diǎn)是 “黑箱 ”性，人們難以理解網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和決策過程。 (2)遺傳算法 遺傳算法是一種基于生物自然選擇與遺傳機(jī)理的隨機(jī)搜索算法，是 —種仿生全局優(yōu)化 方法。遺傳算法具有的隱含并行性、易于和其它模型結(jié)合等性質(zhì)使得它在數(shù)據(jù)挖掘中被加 以應(yīng)用。 遺傳算法的應(yīng)用還體現(xiàn)在與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗集等技術(shù)的結(jié)合上。如利用遺傳算法優(yōu)化神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在不增加錯(cuò)誤率 的前提下，刪除多余的連接和隱層單元；用遺傳算法和 BP 算法結(jié)合訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后從網(wǎng)絡(luò)提取規(guī)則等。但遺傳算法的算法較復(fù)雜，收斂于局部 極小的較早收斂問題尚未解決。 (3)決策樹方法 決策樹是一種常用于預(yù)測模型的算法，它通過將大量數(shù)據(jù)有目的分類，從中找到一些 有價(jià)值的，潛在的信息。它的主要優(yōu)點(diǎn)是描述簡單，分類速度快，特別適合大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理。 (4)粗集方法 粗集理論是一種研究不精確、不確定知識的數(shù)學(xué)工具。粗集方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：不需要給出額外信息 i 簡化輸入信息的表達(dá)空間；算法簡單，易 于操作。粗集處理的對象是類似二維關(guān)系表的信 12 息表。目前成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和新發(fā)展起來的數(shù)據(jù)倉庫管理系統(tǒng)，為粗集的數(shù)據(jù)挖掘奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但粗集的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是集合論，難以直接處理連續(xù)的屬性。而現(xiàn)實(shí)信息表中連續(xù)屬性是普遍存在的。因此連續(xù)屬性的離散化是制約粗集理論實(shí)用化的難點(diǎn)。本節(jié)正是利用這種粗集方法研究裂縫產(chǎn)生的主要原因。 (5)覆蓋正例排斥反例方法 它是利用覆蓋所有正例、排斥所有反例的思想來尋找規(guī)則。首先在正例集合中任選一 個(gè)種子到反例集合中逐個(gè)比較。與字段取值構(gòu)成的選擇子相容則舍去，相反則保留 。按此思想循環(huán)所有正例種子，將得到正例的規(guī)則 (選擇子的合取式 )。 (6)統(tǒng)計(jì)分析方法 在數(shù)據(jù)庫字段項(xiàng)之河存在兩種關(guān)系：函數(shù)關(guān)系和相關(guān)關(guān)系，對它們的分析可采用統(tǒng) 計(jì) 學(xué)方法，即利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行分析?？蛇M(jìn)行常用統(tǒng)計(jì)、回歸分析、相關(guān)分析、差異分析等。 (7)模糊集方法 即利用模糊集合理論對實(shí)際問題進(jìn)行模糊評判、模糊決策、模糊模式識另 Ⅱ 和模糊聚類分析系統(tǒng)的復(fù)雜性越高，模糊性越強(qiáng)，一般模糊集合理論是用隸屬度來刻畫模糊事物的亦此亦彼性的。 3． 2 利用粗集理論分析裂縫產(chǎn)生的主要原因 3． 2． 1粗集理論概述 粗糙氧 39。Rough Set， Rs)理論是一種刻畫不完整性和不確定性的數(shù)學(xué)工具，能有效地分析和處理不精確、不一致、不完整等各種不完各信息，并從中發(fā)現(xiàn)隱含的知識，揭示潛在的規(guī)律。 RS 理論是由波蘭學(xué)者 Pawlak z 在 1982 年提出的。 1991 年 Pawlak Z 出版了專著，系統(tǒng)全面地闡述了 Rs 理論，奠定了嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。該書與 1992 年出版的 RS 理論應(yīng)用專集較好地總結(jié)了這一時(shí)期 RS理論與實(shí)踐的研究成果，促進(jìn)了它的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)已成為學(xué)習(xí)和應(yīng)用 RS 理論的重要文獻(xiàn)。從1992 年至今，每年 都召開