外文資料翻譯（中文）----非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴散

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　外文資料翻譯</b></p><p>　　題 目:非等溫條件氯離子在多孔混凝土中的擴散 </p><p>　　院系名稱： 土木建筑學院 專業(yè)班級：土木工程0

2、706班</p><p>　　學生姓名： 學 號： 20074040631 </p><p>　　指導教師： 教師職稱： 副教授 </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 </p><p>　　附件1

3、：外文資料翻譯譯文</p><p>　　非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴散</p><p>　　S. H. Lin, Taoyaun</p><p>　　摘要：為了討論非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴散，我們首先需要準備一個擴散模型。這個過程是來模擬處于日常循環(huán)變化的溫度下，氯離子在混凝土中的擴散。氯離子在混凝土中的擴散試驗所要研究的是持續(xù)循環(huán)的溫度對于氯離

4、子擴散過程中的作用。達到使鋼筋腐蝕的氯化物濃度所需要的時間取決于給定的水灰比和混凝土的厚度等級。試驗結果說明，在氯離子的擴散過程中，溫度和水灰比要起著非常重要的作用。</p><p>　　命名法 b 在循環(huán)溫度的函數(shù)振幅參數(shù) C 丙酰氯濃度 Cp 比熱容 D 有效的氯離子擴散系數(shù) Do 指前因子 E

5、 活化能 K 混凝土的導熱系數(shù)表 L 混凝土板厚度 R 氣體常數(shù) t 時間 T 溫度To 初始溫度 w 水灰比x 空間坐標 α 熱擴散系數(shù)k/(Q Cp)

6、 ρ 混凝土密度</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　造成鋼筋腐蝕的兩大主要因素之一是氯離子在多孔混凝土中擴散。當混凝土處于沿海地區(qū)環(huán)境時通常會發(fā)生氯離子的擴散，混凝土表面與冰鹽接觸時也會發(fā)生這種情況。在許多應用中已經(jīng)設計并采取了不同的措施來防止氯離子引起鋼筋腐蝕的發(fā)生。然而

7、，至今仍未發(fā)現(xiàn)一個有效的防腐蝕方法。</p><p>　　鋼筋腐蝕的主要原因是氯離子自混凝土表面一直侵蝕到其內(nèi)大部分。起初混凝土投入海水中時，氯離子的濃度是非常低的，通常情況下為零。在固化期間，水泥與水發(fā)生反應生成Ca(OH)2,在混凝土中創(chuàng)建了一個強堿性的環(huán)境（PH約為13）。在這樣的強堿性環(huán)境中，鋼筋表面的薄氧化層起到保護鋼筋的作用。由于鋼筋處于這樣的一個強堿性環(huán)境中，氯離子便會發(fā)生擴散。當混凝土中氯離子的濃

8、度達到很高時，鋼筋便會開始發(fā)生腐蝕。因此，為了解決這個問題，了解氯離子的擴散現(xiàn)象就顯得至關重要。</p><p>　　至今已經(jīng)有進行了許多氯離子在多孔混凝土［2-7］中的擴散研究。大多數(shù)的此類研究認為我們應該致力于研究等溫條件下氯離子的擴散。但是在許許多多的實際情況下的，氯離子的擴散并不是一個等溫過程，而是處于非等溫變化的環(huán)境之中的。例如，當［2-7］混凝土處于沿海地區(qū)的大氣環(huán)境中時，受日常溫度循環(huán)變化的影響，氯

9、離子便會開始發(fā)生擴散。因此，考慮溫度的變化對氯離子擴散過程的影響就具有很大的現(xiàn)實利益和重要性。這項試驗也算是第一次提出了非等溫模型，并且用此來考慮溫度對氯離子擴散過程的影響。</p><p>　　下頁為四張圖表，分別表示了不同因素對氯離子擴散的影響。其中</p><p>　　圖1.不同溫度和水灰比的條件下的擴散系數(shù)</p><p>　　圖2. 阿倫尼斯的氯離子擴散系

10、數(shù)圖 </p><p>　　圖3.不同水灰比條件下 preexponentia系數(shù)</p><p>　　圖4.不同水灰比下的激活能量</p><p>　　圖1.不同溫度和水灰比 圖3.不同水灰比條件下 的條件下的擴散系數(shù)

11、 preexponentia系數(shù)</p><p>　　圖2. 阿倫尼斯的氯離子擴散系數(shù)圖 圖4.不同水灰比下的激活能量</p><p><b>　　2氯離子的擴散系數(shù)</b></p><p>　　佩奇等人[4]測出了不

12、同水灰比和溫度循環(huán)變化下氯離子在混凝土中的擴散系數(shù)，圖1顯示的即為這些擴散系數(shù)。它清楚地表明氯離子的擴散系數(shù)對水灰比和溫度具有很大的依賴性。水灰比對擴散系數(shù)之所以有所影響主要是由于混凝土在硬化會形成大量的孔隙。溫度對擴散系數(shù)的影響一般服從圖2所示的Arrhenius關系圖。依賴于溫度的擴散系數(shù)可以用Arrhenius方程來得到</p><p>　　（1） </p><p>

13、　　其中Do是指前因子，E為活化能，R為氣體常數(shù)，T為溫度。表1列出來了不同水灰比條件下Do和E的取值，這些值所采用的是佩奇等人[4]通過最小二乘曲線獲得的數(shù)據(jù)。指前因子和活化能與水灰比有關，其依賴關系如圖3圖4所示，可以表示為</p><p>　　(2) (3) </p><p>　　方程(1) (2) (3)是通過非等溫條件

14、下氯離子的擴散模型得到的。</p><p>　　表1.不同指前因子和活化能下混凝的土氯離子擴散系數(shù)</p><p>　　表2.混凝土的熱物理性能</p><p><b>　　3.非等溫擴散模型</b></p><p>　　一維熱傳導和氯離子在多孔混凝土中的擴散可由下式表示</p><p>　　(4

15、)(5) 其中各系數(shù)取值主要受初始條件和邊界條件影響</p><p>　　(6)(7)(8) </p><p>　　方程 (8)中的b溫度循環(huán)機制中的參數(shù)函數(shù)。例

16、如，當b=3 To=30 °C時，循環(huán)溫度在午夜時達到20 °C，上午12時則達到一天溫度的最高值30 °C。通過選擇恰當?shù)腷 和To的取值，循化溫度中的最高溫度和最低溫度都可以被模擬。雖然日常實際的循環(huán)溫度不可能完全遵循公式 (8)的預測但這個方程確實為我們提供了一個準確的描述日常溫度波動的近似值。</p><p>　　在公式(4)中值得注意的是方程 (6) - (8)是從服從

17、Carslaw and和Jaeger [8] 給出的分析解決途徑的，即</p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　其中是α 擴散系數(shù)，k/(O Cp)和 α、f(t)由下 (10) (11) (12)</p><p>　　通過展開并整合公式(8)，

18、可以得到(13)的方程</p><p>　　方程中的第一項是指長時間下的指數(shù)衰減術語，第二項則是表示溫度循環(huán)波動的數(shù)據(jù)。同時還應該注意，密度、比熱容以及混凝土的熱導電率是由Perry 和Chilton [9]測得的，其值列于表2?；谶@些數(shù)據(jù)的范圍，通過以下模擬研究得到熱擴散系數(shù)的取值約為0.025。</p><p>　　非線性方程 (5)中是不可能具有解析解的，本項研究采用的是正交配置法

19、[10]。應用這種方法之前，方程(5)應改寫成方程(14)</p><p>　?。?4） </p><p>　　其中D'(T)= dD(T)/dT。公式方程(14) 中應用正交配置法和相關的邊界條件來均衡處理，如</p><p>　　(10)

20、 初始條件為t=0; Ci=0. (16)</p><p>　　Aijand Bij是指矩陣中相應位置的數(shù)值，Ti由方程(13)求得。Runge-Kutta-Gil計劃對N的方程進行了整合。</p><p>　　圖5. T =20 °C ，w = 0.4下的

21、 圖7. T =20 °C ，w = 0.6下的</p><p>　　氯濃度在混凝土中的濃度 氯濃度在混凝土中的濃度</p><p>　　圖6. T =40 °C ，w = 0.6下的</p><p>　　氯濃度在混凝土中的濃度

22、 </p><p><b>　　4.討論結果</b></p><p>　　方程(14)中氯離子的濃度取決于兩個參數(shù)，即表面氯離子濃度(Co) 和水灰比 (w)。在目前的研究中，根據(jù)Page et al. [4]相應的三項試驗，水灰比大致取為0.4、0.5和0.6。當混凝土處于海洋潮汐波中時，通常會使氯離子的濃度大致保持在2.4%，

23、以便更好的實現(xiàn)真實環(huán)境的模擬。試驗通常選擇12cm厚的的混凝土，通過給定的Co、w的數(shù)值和混凝土厚度，利用公式(14)便可以求得對應的Ci(t)。</p><p>　　如圖1所示，溫度和水灰比對氯離子的擴散系數(shù)及擴散速率的影響非常明顯。這些影響將在氯離子的濃度分布上有所體現(xiàn)。圖5是一個典型的圖形，它指出了在0.4的水灰比和溫度循環(huán)條件下由方程(8)得到的氯離子分別在型材曝光時間由200天到300天的濃度值。相應的

24、氯離子濃度是在同一水灰比條件下的值，但是當溫度在20 °C 到4 0°C 的范圍時，其值可由圖6查得。如前所述，高溫對氯離子擴散的影響是可以預計的。通過比較這些數(shù)字可以明確的指出，要準確估計氯離子在多孔混凝土中的擴散，必須將溫度變化的因素明確考慮在內(nèi)。</p><p>　　圖5-7的一個重要意義是：它表明了氯離子濃度達到鋼筋腐蝕極限的時間。預期和Ip [I 1]結果顯示，氯離子濃度在0.2%和

25、0.4%之時時會發(fā)生鋼筋的腐蝕。這種氯離子濃度條件下任意厚度混凝土達到腐蝕極限的時間可直接由圖5-7讀出。圖8表示了在20 °C和40 °C條件下，混凝土中心（兩最高面）和距離混凝土表面3cm（兩個方向面）達到腐蝕極限的時間。在不同的溫度下，鋼筋達到給定的腐蝕極限的時間具有相當大的差異。舉例來說，在20 °C時，混凝土中心氯離子濃度達到0.4%大概需要3400天。當溫度升高到40 °C時，混凝土達

26、到相同的氯離子濃度則只需要700天。而本圖則提供了一種確定具體覆蓋層厚度的方便途徑。</p><p>　　圖8.在0.2％和0.4％氯化物濃度下，混凝土</p><p>　　板中心下3cm鋼筋達到腐蝕極限時間</p><p><b>　　5.結論</b></p><p>　　為了討論非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴散

27、，首先需要準備一個擴散模型。同時必須將日常溫度循環(huán)變化考慮在內(nèi)以便來模擬環(huán)境溫度變化。不同的水灰比反映在混凝土上。很明顯，水灰比和環(huán)境溫度變化對氯離子在混凝土中的擴散具有很強的影響力。這種非等溫氯離子擴散模型是用來研究非等溫條件下給定深度的混凝土表面達到腐蝕極限的時間的。對于一個給定的鋼筋腐蝕時的氯離子濃度極限，氯離子擴散模型都具有明顯的實際性意義。</p><p><b>　　參考文獻</b&g

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