氯離子在混凝土中的輸運(yùn)機(jī)理研究.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題是當(dāng)今工程界所普遍關(guān)注的問題，它不僅關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)維護(hù)與再建成本的控制，而且與環(huán)境保護(hù)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)。氯離子侵蝕造成的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題則是關(guān)注的重點(diǎn)，而其核心問題就是氯離子在混凝土中豹輸運(yùn)機(jī)理。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(50538070)、“863”計(jì)劃課題(2006AA042422)及交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(200631822302-06)等，以研究氯離子在混凝土中的輸運(yùn)機(jī)理為中心

2、，就“非飽和狀態(tài)下氯離子在混凝土中的輸運(yùn)模型”、“干濕交替區(qū)域中氯離子侵蝕分布規(guī)律”、“檢測(cè)氯離子擴(kuò)散系數(shù)豹電場(chǎng)加速方法”以及“材料損傷對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響”四個(gè)氯鹽環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的熱點(diǎn)問題進(jìn)行探討，具體內(nèi)容如下： (1)氯離子在混凝土中的輸運(yùn)過程實(shí)質(zhì)上是帶電粒子在多孔介質(zhì)孔隙液中的傳質(zhì)過程：基予驅(qū)動(dòng)因素作用機(jī)制的不同，可以將各種狀態(tài)下混凝土中氯離子的輸運(yùn)過程分解為若干個(gè)子過程。本文基于電化學(xué)原理分析研究各種基礎(chǔ)

3、子過程的發(fā)生條件、作用機(jī)制、計(jì)算模型以及與其他基礎(chǔ)過程的耦合關(guān)系，在此基礎(chǔ)上建立了多機(jī)制作用下氯離子在混凝土中的輸運(yùn)模型，為系統(tǒng)研究各種復(fù)雜狀態(tài)下的氯離子侵蝕分布規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。 (2)干濕循環(huán)作用下氯離子在混凝土中的輸運(yùn)過程實(shí)質(zhì)上是非飽和狀態(tài)下混凝土中水分滲流和氯離子輸運(yùn)的耦合過程。本文考慮了水分?jǐn)U散系數(shù)與孔隙中水分飽和度之間的非線性函數(shù)關(guān)系以及水分蒸發(fā)的遲滯效應(yīng)，建立了水分在混凝土中的非線性擴(kuò)散模型，并結(jié)合非飽和狀態(tài)下氯離子

4、擴(kuò)散與對(duì)流過程之間的耦合關(guān)系建立了氯離子在非飽和狀態(tài)下的輸運(yùn)模型；在此基礎(chǔ)上，采用Crank-Nieolson格式實(shí)現(xiàn)了輸運(yùn)模型的計(jì)算；驗(yàn)證試驗(yàn)表明，該模型和試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果之間具有良好的相關(guān)性。 (3)氯離子在非飽和狀態(tài)下輸運(yùn)模型的參數(shù)敏感度分析表明：混凝土內(nèi)部孔隙豹飽和度、混凝土表面蒸發(fā)速率以及干濕循環(huán)機(jī)制是影響非飽和狀態(tài)下氯離子輸運(yùn)模型的主要因素。干濕交替區(qū)域中氯離子侵蝕隨高程的分布規(guī)律取決于自不同高程處環(huán)境因素的變化規(guī)律。數(shù)

5、值模擬結(jié)合實(shí)際檢為測(cè)的分析結(jié)果顯示，隨高程增加，氯離子侵蝕程度呈先加劇后緩解的趨勢(shì)，在某一高程氯離子侵蝕達(dá)到峰值，該區(qū)域應(yīng)作為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)和維護(hù)的關(guān)鍵部位。為方便工程應(yīng)用，本文提出了利用周期浸潤(rùn)時(shí)間確定侵蝕峰值以及其對(duì)應(yīng)位置的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。 (4)通過電場(chǎng)加速離子遷移的方式，快速測(cè)定氯離子在混凝土中擴(kuò)散系數(shù)的一系列方法實(shí)質(zhì)上是描述氯離子濃度擴(kuò)散與電遷移耦合的Nemst-Planck方程的應(yīng)用。本文從機(jī)理上分析了各種快速測(cè)

6、定氯離子擴(kuò)散系數(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了試驗(yàn)過程中電滲效應(yīng)所造成的離子對(duì)流問題需要受到充分重視，尤冥對(duì)十商性能混凝土。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)非穩(wěn)態(tài)電遷移法提出了考慮電滲效應(yīng)的修正模型，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了修正的有效性。 (5)裂縫是混凝土材料損傷加劇氯離子侵蝕的主要原因。橫向裂縫影響氯離子輸運(yùn)模型的研究表明：裂縫寬度w是影響氯離子在混凝土中輸運(yùn)的重要因素，需要在規(guī)定保護(hù)層厚度C的情況下，采用w/c對(duì)裂縫寬度進(jìn)行限制；裂縫頻數(shù)是另一個(gè)影響氯離子輸運(yùn)的重