混凝土中氯离子扩散数值研究

针对混凝土氯离子扩散系数以及表面氯离子浓度受时间效应的影响,采用COMSLOL有限元软件对氯离子扩散过程进行数值模拟,将预测结果与实测试验结果相比较,验证该方法是一种有效的氯离子扩散分析方法.考虑实际环境中氯离子扩散受时间因素及不同氯侵蚀环境因素影响,分别对不同水灰比及不同龄期下的混凝土氯离子扩散进行模拟,为分析近海和除冰盐环境下结构混凝土中氯离子浓度分布提出了一种新的预测方法.     

修正的氯离子在混凝土中的扩散模型及其工程应用

通过参数定义对Fick定律的假定进行修正,推导氯离子在混凝土中扩散的多因素修正模型,综合考虑氯离子扩散系数的时随效应、混凝土的氯离子结合能力和混凝土自身缺陷对扩散过程的影响.经分析试算,给出模型中参数的取值.利用修正的扩散模型,推导定值法、基于概率性能和基于时变可靠度的混凝土结构工作寿命预测方法,并采用上述方法对一在建的实际工程进行寿命预测.结果表明,基于时变可靠度的预测方法不仅可以考虑氯离子扩散系数及混凝土保护层厚度的随机特性,而且可以方便地考虑环境变量的随机特性,通过调整目标可靠度得到的预测结果与定值法和基于概率性能的预测方法的结果相吻合.     

养护条件与暴露环境对氯离子传输的耦合作用

为研究早期养护条件和后期暴露环境作用对混凝土抗氯离子扩散性能的耦合作用效应,选取不同的早期养护条件和海洋暴露环境对混凝土试件进行暴露试验.设定5种环境干湿状况及养护龄期用以模拟施工中出现的不同养护条件,并选取具备不同干湿循环比例的海洋环境对混凝土试件进行6个月的暴露.暴露结束后,通过酸溶法氯离子浓度分布测定及稳态电迁移试验讨论氯离子在混凝土中的传输特性影响.同时还对氯离子在非饱和混凝土中的传输进行数值模拟研究.结果表明,早期的不充分养护和后期的干湿交替环境使得混凝土浅表层的毛细吸附行为和氯离子在浅表层的富集变得十分显著.服役环境的供水能力强,则氯离子在混凝土内部的扩散效应显著;反之,氯离子的扩散效应被弱化.因此提出,在海洋环境中服役的钢筋混凝土结构进行耐久性设计时,必须重视并且考虑早期养护条件和后期暴露环境的干湿循环比例的耦合作用.     

感潮河段水工混凝土氯离子扩散性能的时变关系及试验

根据暴露在感潮河口环境下的2种水灰比RC梁的水工混凝土暴露试验,测定了不同深度处的自由氯离子浓度;推导了混凝土氯离子扩散性能与时间关系的一维模型,并依据一维时变扩散模型计算了水工混凝土的自由氯离子浓度.结果表明,一维模型公式可以较好地模拟该环境条件下水工混凝土氯离子的侵蚀,并可预测长期侵蚀时水工混凝土中的自由氯离子浓度.     

圆形截面混凝土中的自由氯离子含量分布规律

目的研究圆形截面混凝土构件中自由氯离子含量分布的预测方法和含量分布规律，为混凝土结构的耐久寿命评估提供可靠的方法，为基于耐久性的结构设计提供理论依据．方法基于导出的氯离子在圆形截面混凝土中的扩散传质方程，结合算例。用有限差分法求解方程，研究自由氯离子含量分布规律、结果对于小尺寸圆形截面构件，计算结果与基于Fick定律的一维扩散方程预测值有显著差异．圆形截面钢筋混凝土构件的耐久寿命与保护层厚度同截面半径的比值有关．结论得出了各种因素对自由氟离子含量分布的影响规律，基于Fick定律的一维扩散方程应用于小尺寸圆形截面时有较大误差，圆形截面构件钢筋锈蚀开始时间受截面曲边效应的影响．     

饱和状态下开裂混凝土内的氯离子输运

为得出饱和状态下氯离子在开裂混凝土内的输运规律,将饱和状态分为溶液静止和溶液流动2种情况;同时分别考虑表面氯离子质量分数与氯离子扩散系数的时变性和氯离子在混凝土内的线性结合理论,对前者采用传统的双重孔隙介质模型,对后者则采用二维扩散模型进行分析.基于Fick第二定律得出氯离子在裂缝和开裂附近混凝土内输运的计算方程,并根据裂缝自愈的影响对2种模型进行了修正.分别采用这2种模型对所设计的氯离子在预开裂混凝土试件内的侵蚀进行了计算.对比裂缝附近不同时间混凝土内氯离子质量分数的试验结果表明：短期侵蚀采用2种模型计算的结果均接近于试验值,长期侵蚀采用二维扩散模型能得到更加精确的结果.该结果为氯盐侵蚀下的混凝土结构耐久性设计与评估提供了参考.     

引气粉煤灰混凝土的氯离子扩散模型

基于寒冷盐碱地区的工程环境与混凝土的配制特点,以Fick第二定律修正模型为原型,通过试验数据分析和查阅文献取值建立了引气粉煤灰混凝土的氯离子扩散模型,经游程检验法检验,其相关关系显著.扩散模型体现了混凝土的氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性、混凝土本体结构劣化、以及水灰比、含气量和粉煤灰掺量三个参数对氯离子扩散的影响,扩展了氯离子扩散实际影响因素的范围,增强了适用性,并能显著表征引气粉煤灰混凝土的氯离子扩散性质.     

开裂混凝土中氯离子扩散行为的细观数值模拟

为了研究氯离子在开裂混凝土中的扩散性能,考虑混凝土细观结构的非均质性,将含有裂纹的混凝土试件视为由砂浆基质、骨料、界面过渡区以及裂纹组成的四相复合材料,建立了带有单条裂纹的二维细观有限元模型.数值模型中,骨料不具有渗透能力,砂浆基质和界面中的氯离子扩散性能由水灰比确定,裂纹相中氯离子扩散系数与裂纹宽度的定量关系由文献中已有试验数据的拟合获得.研究了骨料分布形式对氯离子扩散行为的影响,分析并探讨了不同裂纹宽度下混凝土中的氯离子扩散行为.数值结果与试验数据的良好吻合说明了该方法的准确性.研究结果表明:骨料的随机分布形式基本不影响混凝土中氯离子的扩散行为;裂纹宽度小于50μm时,混凝土中氯离子的扩散行为基本不受裂纹的影响;裂纹宽度介于50~170μm时,氯离子的扩散随裂纹宽度增大而明显加剧;裂纹宽度大于170μm时,氯离子在裂纹附近的扩散趋于二维扩散形态.     

预应力混凝土氯盐侵蚀模型及耐久性分析

针对氯盐环境下氯离子侵蚀预应力混凝土结构这一耐久性问题,介绍了国内外有关混凝土氯盐侵蚀模型的研究成果,分析评价了几种典型的扩散方程,并改进了预应力混凝土氯离子侵蚀模型.以氯离子扩散速度、表面氯离子浓度以及保护层厚度为分析变量建立了耐久性可靠度分析模型.应采取综合措施提高预应力混凝土耐久性.     

混凝土氯离子扩散系数预测的两步解析法

针对现有混凝土氯离子扩散理论模型的不足,提出了混凝土氯离子扩散系数预测的两步解析 法．将混凝土看成一种是由骨料、水泥石基体和界面组成的三相复合材料,基于非均匀界面模型,估 算出水泥石基体和界面的水灰比、水化度和氯离子扩散系数,然后根据微分有效介质方法,提出了 混凝土氯离子扩散系数的简单解析解．做了一组混凝土氯离子扩散试验,通过与试验结果比较初步 证实了所提出的两步解析法的有效性．最后通过敏感性分析量化了影响混凝土氯离子扩散系数的 两个主要因素,结果表明：随着水灰比增大或骨料体积分数减小,混凝土氯离子扩散系数增大．     

Chloride ion transmission model under the drying-wetting cycles and its solution

The chloride ion transmission model considering diffusion and convection was established respectively for different zones in concrete by analyzing chloride ion transmission mechanism under the dryingwetting cycles. The finite difference method was adopted to solve the model. The equation of chloride ion transmission model in the convection and diffusion zone of concrete was discreted by the group explicit scheme with right single point （GER method） and the equation in diffusion zone was discreted by FTCS difference scheme. According to relative humidity characteristics in concrete under drying-wetting cycles, the seepage velocity equation was formulated based on Kelvin Equation and Darcy＇s Law. The time-variant equations of chloride ion concentration of concrete surface and the boundary surface of the convection and diffusion zone were established. Based on the software MATLAB the numerical calculation was carried out by using the model and basic material parameters from the experiments. The calculation of chloride ion concentration distribution in concrete is in good agreement with the drying-wetting cycles experiments. It can be shown that the chloride ion transmission model and the seepage velocity equation are reasonable and practical. Studies have shown that the chloride ion transmission in concrete considering convection and diffusion under the drying-wetting cycles is the better correlation with the actual situation than that only considering the diffusion.     

混凝土中氯离子时变扩散的边界元分析

氯离子在混凝土中的扩散是一个时变过程。考虑氯离子扩散系数的时间依赖性,将时变扩散系数引入混凝土的氯离子扩散模型中,通过变量代换,给出了时变扩散条件下氯离子扩散方程的基本解,并基于误差函数建立了氯离子扩散场补偿长度理论,分析了散场补偿长度系数的取值,在此基础上建立了时变扩散系数下混凝土中氯离子扩散分析的边界元法。通过算例分析验证了氯离子扩散场补偿长度理论对于氯离子扩散分析的数值方法的合理性,证明了该法具有较高的计算精度和计算效率。     

寒区桥梁用自密实混凝土耐久性研究

通过氯离子迁移渗透试验和冻融损伤后氯离子扩散深度试验,研究自密实混凝土抗氯离子扩散的性能和冻融损伤对氯离子扩散能力的影响。结果表明,自密实混凝土较普通混凝土具有良好的抗氯离子扩散和冻融损伤能力,可提高抵御氯盐侵蚀能力,防止钢筋锈蚀,增强混凝土耐久性。     

Influence of Binder Composition and Concrete Pore Structure on Chloride Diffusion Coefficient in Concrete

The influence of binder composition and pore structure of concrete on chloride diffusion coefficient in concrete were investigated by the natural immersion test, MIP test, SEM and EDS test, respectively. The experimental results showed that the effect of binder composition on chloride diffusion coefficient was the comprehensive result of concrete pore structure and binder hydration products, and the porosity and pore size distribution were the main factors that influence the changes of diffusion coefficient...     

带裂缝混凝土氯离子扩散作用试验研究及数值模拟

为了准确评估带裂缝工作混凝土结构的耐久性能,针对氯离子在带裂缝混凝土中的扩散过程进行研究。提出了无损制备裂缝的方法,可高效易行地在混凝土侧面及内部产生裂缝。对带裂缝的水泥砂浆试件进行氯盐溶液浸泡试验,深入研究了单缝和双缝试件中氯离子的扩散作用,修正了氯离子的扩散系数,并对带裂缝混凝土的氯离子扩散过程进行了数值模拟。研究结果表明：氯离子会沿裂缝发展方向及垂直于裂缝发展方向扩散,随着水灰比的减小,砂浆试件的抗氯离子扩散性能明显提高,在一定范围内,当裂缝间距增大,双缝间的氯离子扩散交互影响作用明显减小,ANSYS软件的模拟结果与试验数据吻合良好。     

The Accelerated Test of Chloride Permeability of Concrete

1　IntroductionConcretenormallyprovidesagoodprotectionagainstcorrosionofreinforcementbecauseofthehigheralkalineofporesolutionandtheformationofpassivelayeronthesurfaceofsteel .Inasalineenvironment,however,thepassivelayercanbedestroyedbytheintrusionofchlorideionstoathresholdvalue[1] andthecorrosionofsteelmayoccur.Thepenetrationofchlorideionsintoconcreteismainlythroughdiffusion .Determinationofchlorideperme abilityofconcretebynaturaldiffusionistimeconsump tive .Inasalineenvironmenthoweverwhereco…     

海洋大气中氯离子在粉煤灰混凝土中的传输规律

为了实现海洋大气环境中粉煤灰混凝土耐久性使用寿命的预测,从氯离子在人工模拟海洋大气环境中粉煤灰混凝土中的传输试验出发,结合氯离子在非饱和多孔介质中的传输机理,研究海洋大气环境下混凝土内部微环境（微环境温度和相对湿度）及粉煤灰掺量对氯离子传输速率的影响程度,并与人工模拟海洋水下环境试验结果进行对比分析.研究结果表明：1) 在海洋大气环境与海洋水下环境下,氯离子在粉煤灰混凝土中的扩散模型形式上一致,粉煤灰的掺入对氯离子传输能力有一定的影响,但不会改变氯离子在混凝土中的传输机理.2) 当粉煤灰掺量一定时,微环境相对湿度越高（微环境温度一定）,海洋大气环境氯离子扩散系数越大;但微环境温度(微环境相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境中氯离子迁移的影响程度不同.3) 粉煤灰掺量(微环境温度、相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境氯离子扩散系数的影响规律不同.     

预估混凝土氯离子分布的新方法

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀是沿海地区钢筋混凝土结构失效的一个主要原因.目前在应用Fick定律进行氯离子扩散分析时,一般不考虑混凝土对氯离子的固化作用以及扩散系数在服役期间的变化.本文基于Fick第一、第二扩散定律,提出了一种简单而可靠的推算氯离子质量分数的方法.该方法考虑了混凝土对氯离子的线性固化,以及扩散系数在服役期间的变化.根据一个自然环境中对混凝土试件现场氯离子质量分数试验的数值分析发现,混凝土中的氯离子质量分数随服役时间的增加而增加,随扩散深度的增加而减少.氯离子扩散系数是一个随时间、扩散深度和氯离子质量分数变化的变量.