矿渣粉的生命周期预测模型
一、什么是生命周期预测模型
生命周期预测模型是基于对混凝土具体性能的理解、从基础材料研究和工程实践中发展而来的工程工具，用于预测工程结构寿命和确定包括维护和修复在内的建设成本。该成本是建筑人工和材料的初始固定成本与长期维护、修复的可变成本（取决于金钱的时间价值）之间的平衡。在材料选择或施工期间，最初的错误抉择可能导致长期维护和修复成本远超建设成本。
二、混凝土建筑的生命周期成本
可增加混凝土结构的使用寿命并降低生命周期成本的一些特性如下：
低渗透性
高耐腐蚀性能
高抗折、抗压强度
提高抗硫酸盐侵蚀性能
较好的抗碱骨料反应性能
低热应力
影响混凝土结构生命周期的其他重要因素包括：混凝土结构建筑与自然环境的关系；结构设计及细部节点设计；混凝土配比及外加剂；结构加固；混凝土生产、浇筑及养护；以及施工方法。
三、矿渣粉的生命周期预测及成本
采用矿渣粉生产混凝土，可多方面显著提高混凝土的耐久性，从而延长混凝土结构的使用寿命。
从化学角度来讲，掺用矿渣粉可提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力，并减轻水泥中的碱和骨料中活性二氧化硅之间的有害反应。
从物理角度来讲，掺用矿渣粉可降低水化热，从而减少温缩裂缝，提高混凝土的极限抗折、抗压强度。在混凝土结构的寿命周期间，这些强度通常会超过28天规定强度，并显著高于普通硅酸盐混凝土。
其中，提高混凝土的抗渗性能可能是矿渣粉最为重要的作用。混凝土渗透性的降低可以抑制氯离子渗入混凝土内部从而可能导致钢筋发生锈蚀。此外，将水排除在混凝土基体之外，可显著降低诸如硫酸盐侵蚀及碱骨料反应之类的耐久性问题的敏感程度。
与美国混凝土协会战略发展委员会合作开发的生命周期成本计算机模型（ACI life 365）可用于评估矿渣粉对混凝土结构耐久性的增益效果。它可以预测混凝土发生腐蚀的开始时间，腐蚀发展至构件无法接受的程度所需的时间，确定首次维修后的维修计划，并最终根据混凝土结构初始成本和后期维护、修复成本预估建筑生命周期成本。该程序的示例输出如图1所示。
图1 ACI life 365程序建筑使用寿命预测模型的典型输出结果表明，掺用矿渣粉可有效推迟混凝土初始腐蚀时间及首次修复时间。（图片来源：https://www.slagcement.org/）
假设包括：明尼阿波利斯市的城市桥面有65mm的覆盖层，并在钢筋表面使用环氧树脂涂层。（红色文本表示对Life 365程序输出的注释）。
在以下真实案例中，马里兰州高速公路管理局为马里兰州史密斯堡的64号公路建造了一个桥面（图2），并将标准混凝土与高性能混凝土进行了对比。结果显示，该桥面板的腐蚀将于13年后开始。与此同时，使用环氧树脂涂层的钢筋可以再增加25年的防腐时间。使用掺加40%矿渣粉，防腐蚀外加剂和纤维（以限制开裂）的高性能混凝土（HPC），首次将腐蚀时间延长至50年，同时将大规模修复时间延长至75年。该高性能混凝土桥面仅增加了1.5万美元的建设成本，但增加了约37年的桥梁使用寿命。ACI马里兰州分会极大地认可了该项目，并授予该项目混凝土施工卓越奖。
图2 马里兰州史密斯堡64号公路桥面采用了掺40%矿渣粉的高性能混凝土作为桥梁耐腐蚀体系的一部分，将桥梁结构的预测寿命延长了37年。（承包商：Joseph faye有限公司；混凝土供应商：Thomas Bennett Hunter）（图片来源：https://www.slagcement.org/）
虽然在结构设计时需要考虑到所有能提高结构耐久性的方法，但掺用矿渣粉可以是一种高效、低成本的解决方案，并且可以容易地与结合到整体策略中以提供一个生命周期成本最小化的混凝土结构。
与所有混凝土一样，必须进行多批次试验以验证混凝土的性能。除了其他方面之外，结果还可能因环境温度和混合物组分而有所不同。您应该咨询您的矿渣粉方面相关的专业人士以获得帮助。此处包含的任何内容都不应被视为或解释为明示或暗示的担保或保证，包括任何适用于特定用途的担保。
References
1.Bentz, E., and Thomas, M., Life 365 Service Life Prediction Model (Version 1.1.0), Silica Fume Association, Cleveland, Ohio, 2001.
2.Violetta, B., “Life 365 Service Life Prediction Model,” pp 53-57,Concrte International, Farmington Hills, Michigan, December 2000.
3.ACI 365. 1R-00 Service-Life Prediction-state-of-the-Art Report, American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, 2000.