水泥基材料中氯離子傳輸試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)研究.pdf

1、氯離子滲入并引起的鋼筋銹蝕是氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最主要的耐久性問題，每年由此造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因而，該問題成為混凝土及其結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，研究內(nèi)容主要包括耐久性設(shè)計(jì)、壽命預(yù)測(cè)和降低混凝土氯離子滲透性的技術(shù)措施等，這幾方面均涉及到混凝土氯離子滲透性的試驗(yàn)方法。 在過去的幾十年里，提出了許多測(cè)量混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)方法主要有自然擴(kuò)散和電加速遷移試驗(yàn)方法，根據(jù)混凝土內(nèi)部氯離子濃度是否隨時(shí)間變化，又分為

2、穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)方法。不同的試驗(yàn)方法，其理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)條件不同，試驗(yàn)結(jié)果也不同；自然擴(kuò)散試驗(yàn)方法比較符合實(shí)際情況，但試驗(yàn)耗時(shí)太長且操作繁瑣。為在較短試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)得出能準(zhǔn)確反映混凝土抗氯離子滲透性的試驗(yàn)結(jié)果，有必要對(duì)混凝土氯離子遷移試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究，以得到科學(xué)、實(shí)用的試驗(yàn)方法與用于預(yù)測(cè)模型的輸入?yún)?shù)。 本文對(duì)非穩(wěn)態(tài)自然擴(kuò)散的NT build443，穩(wěn)態(tài)電遷移的NT build355和上游流量法和非穩(wěn)態(tài)電遷移的NT build4

3、92、臨界時(shí)間法、等量時(shí)間法(ACl)、擬和法(AC2)和截距時(shí)間法(AC3)，以及它們之間的相關(guān)性進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究與分析。 穩(wěn)態(tài)電遷移試驗(yàn)的對(duì)比研究表明：NT build355得到的混凝土氯離子電遷移系數(shù)比上游流量法得到的結(jié)果低，分析認(rèn)為其原因是上游流量法的計(jì)算公式?jīng)]有考慮吸附氯離子的影響，因而，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏大；NT build355的精確度比上游流量法要高。因此，NT build355法是更實(shí)用的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)方法，其結(jié)果更

4、適用于預(yù)測(cè)氯離子在混凝土中的傳輸。 非穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)方法的對(duì)比研究表明：AC1和NT build492兩種方法得到的電遷移系數(shù)Dnssm與NT build443得到的自然擴(kuò)散系數(shù)Dnssd具有良好的線性相關(guān)性：Dnssm=λDnssd，其線性相關(guān)系數(shù)λ與混凝土的水膠比和所含礦物摻合料種類有關(guān)；AC2法得到的電遷移系數(shù)與NTbuild443得到的自然擴(kuò)散系數(shù)無相關(guān)性；AC3法得到的電遷移系數(shù)略高于NT build443得到的自然擴(kuò)散系數(shù)

5、；臨界時(shí)間法得到的電遷移系數(shù)比NT build443得到的自然擴(kuò)散系數(shù)低。不同試驗(yàn)溶液的濃度與溫度下的非穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)試驗(yàn)溶液的氯離子濃度高于1mol/l時(shí)，濃度對(duì)電遷移系數(shù)Dnssd和自然擴(kuò)散系數(shù)Dnssm的影響都不大；試驗(yàn)溶液的溫度對(duì)自然擴(kuò)散系數(shù)Dnssd和電遷移系數(shù)Dnssm影響不同，擴(kuò)散系數(shù)活化能具有水膠比依賴性，而電遷移系數(shù)活化能似乎趨于20kJ/mol。基于理論基礎(chǔ)、試驗(yàn)方法的適應(yīng)性和試驗(yàn)結(jié)果的精確度，認(rèn)為在已有的非穩(wěn)

6、態(tài)電遷移試驗(yàn)方法中，NT build492法最適合于實(shí)際應(yīng)用。 試驗(yàn)結(jié)果表明從電遷移試驗(yàn)和擴(kuò)散試驗(yàn)得到的氯離子等溫吸附曲線與經(jīng)典的平衡法得到的結(jié)果相似。本文解釋了試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的水泥基材料孔溶液中氯離子濃度的濃縮現(xiàn)象，認(rèn)為其實(shí)質(zhì)是水泥基材料孔壁表面雙電層作用的結(jié)果。 一般在混凝土的氯離子擴(kuò)散預(yù)測(cè)模型中，認(rèn)為氯離子擴(kuò)散系數(shù)沿?cái)U(kuò)散方向是恒定的，分析認(rèn)為氯離子擴(kuò)散系數(shù)是隨擴(kuò)散深度而變化的，因?yàn)槁入x子擴(kuò)散過程中混凝土不同深度處的

7、氯離子濃度不同，因而不同深度處的氯離子擴(kuò)散系數(shù)也不一樣，一方面由于電化學(xué)的原因使擴(kuò)散系數(shù)具有濃度依賴性；另一方面壓汞試驗(yàn)結(jié)果顯示氯離子吸附對(duì)孔結(jié)構(gòu)的影響很大，混凝土不同深度處的氯離子吸附不一樣，孔結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生不同的變化，從而影響擴(kuò)散系數(shù)。據(jù)此，本文提出了一個(gè)分段函數(shù)來描述氯離子擴(kuò)散系數(shù)，并將該系數(shù)和從擴(kuò)散試驗(yàn)測(cè)得的氯離子等溫吸附曲線代入多粒子擴(kuò)散模型中，得到的混凝土中的總氯離子和自由氯離子的濃度分布的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果非常吻合。所