电化学除盐模型及离子迁移过程的数值分析

建立了电场作用下混凝土内部离子迁移模型;结合混凝土的试验参数和经验常数,确定合适的边界条件,理论分析了电化学除盐过程中混凝土内部Cl-和Na+的迁移规律;将电化学除盐后混凝土内部不同部位Cl-含量和Na+含量与模拟结果进行比较分析。结果显示,模拟结果和实测结果一致,验证了模型的有效性和合理性。其规律为:电场作用一段时间后,氯离子在试件径向呈现上凸曲线分布,即在混凝土内某个部位Cl-含量出现极值;随着电流作用时间的延长,混凝土内部Cl-含量逐渐降低,且Cl-的排除速率逐渐减小,而Na+逐渐在钢筋附近混凝土中聚集。     

双向电渗对钢筋混凝土修复效果的试验研究——保护层阻锈剂、氯离子和总碱度的变化规律

为提高氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构的无损修复效果,对受氯盐侵蚀的钢筋混凝土试件采用双向电渗技术,在排出氯离子的同时向混凝土保护层内引入阻锈剂.为考察该技术的修复效果,采用有机元素分析法和自动电位滴定法,结合电流密度、通电时间、水灰比、初始氯盐掺量4个影响因素,研究混凝土保护层内阻锈剂、氯离子分布的变化情况,并对保护层的总碱度进行测量;同时设置电化学除氯组作为对照.结果表明:双向电渗处理后试件保护层内氯离子含量降低,总碱度提高;通过对各参数的合理控制,阻锈剂迁移至钢筋表面的浓度足以起到较好的阻锈效果.双向电渗的效果随电流密度、通电时间、试件水灰比的增加而提高,而受初始氯盐掺量的影响较小.双向电渗在对混凝土氯离子迁出和总碱度提高的效果方面与电化学除氯有所差异.在双向电渗后,Cl-质量摩尔浓度沿着保护层厚度方向由内向外成增高趋势;而电化学除氯后整个保护层内Cl-质量摩尔浓度分布相对均匀.对保护层碱度变化来说,两种处理方式效果接近.     

电化学除氯过程钢筋网周围电场与氯离子分布特征试验研究

探明电化学除氯过程混凝土内部的电场分布特征有利于研究混凝土除氯后的氯离子非均匀分布现象。为进一步研究电化学除氯过程中混凝土内部电场对氯离子迁出的影响,将一种屏蔽式预埋电极阵列应用于内蕴氯盐的钢筋网布置混凝土试件电化学除氯试验中,探究钢筋网周围电场及氯离子的分布特征。结果表明,混凝土内电场分布影响氯离子的迁出,电场强度大的区域,氯离子迁出速率高,残余氯离子浓度低;电场强度小的区域,氯离子迁出速率低,氯离子存在堆积现象。     

双向电渗对钢筋混凝土修复效果的试验研究——保护层阻锈剂、氯离子和总碱度的变化规律

为提高氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构的无损修复效果,对受氯盐侵蚀的钢筋混凝土试件采用双向电渗技术,在排出氯离子的同时向混凝土保护层内引入阻锈剂.为考察该技术的修复效果,采用有机元素分析法和自动电位滴定法,结合电流密度、通电时间、水灰比、初始氯盐掺量4个影响因素,研究混凝土保护层内阻锈剂、氯离子分布的变化情况,并对保护层的总碱度进行测量;同时设置电化学除氯组作为对照.结果表明:双向电渗处理后试件保护层内氯离子含量降低,总碱度提高;通过对各参数的合理控制,阻锈剂迁移至钢筋表面的浓度足以起到较好的阻锈效果.双向电渗的效果随电流密度、通电时间、试件水灰比的增加而提高,而受初始氯盐掺量的影响较小.双向电渗在对混凝土氯离子迁出和总碱度提高的效果方面与电化学除氯有所差异.     

电化学除盐对混凝土微观结构的影响

设计了一套钢筋混凝土的电化学除盐循环装置,研究了用0.001 mol/L Li2B4O7 氢氧化钙饱和溶液、氢氧化钙溶液以及蒸馏水作电解液的除盐效率,并用SEM和EDS等方法进行微观结构分析,结果表明:用0.001 mol/L Li2B4O7 氢氧化钙饱和溶液作电解液最有利于混凝土中Cl-的排除,并且经电化学除盐处理后混凝土水化产物中C-S-H凝胶分解,Ca(OH)2增多,并在孔壁形成沉淀,堵塞毛细孔,使表层混凝土孔隙率降低,而钢筋与混凝土界面Ca/Si增大。     

电化学参数对混凝土除氯效率的影响

为确定氯盐污染混凝土结构的最佳电化学除氯参数,对掺3%水泥质量NaCl的混凝土圆柱体试件进行电化学除氯实验,研究了3种不同电流密度（1、2、3A/m²）和3种不同电解液（自来水、饱和Ca（OH）₂溶液、Na₃BO₃为0.1mol/L）作用下的氯离子排出量随时间的变化规律.结果表明：电流密度越大,通电开始6d内混凝土的除氯速率越快;28d的总除氯量越多,钢筋附近混凝土微观结构劣化和碱性物质富集越多.因此,确定2A/m²为最佳电流密度.相同电流密度通电28d后,自来水中的除氯量大约只有其他2种电解液的50%,因此,应采用碱度较高的饱和Ca（OH）₂溶液或物质的量浓度Na₃BO₃为0.1mol/L的电化学除氯电解液.     

强电场作用下早龄期混凝土的氯离子迁移特征

电化学除氯技术能有效降低混凝土结构中的有害氯离子,降低混凝土结构失效风险。采用强电场方式对混凝土结构进行电化学除氯,并在不同的早龄期时间介入40、80、120 min的强电场作用,测试了内部氯离子含量变化和分布特征,并对通电后养护28 d试件进行回弹强度试验。研究结果表明：早龄期介入强电场作用能显著提高除氯效率,达到相同除氯效果时的作业时间约为传统电化学方法的1/300;氯离子分布特征表明,自由氯离子分布较传统电化学参数作用时更均匀,结合氯离子仍然存在保护层中间堆积现象;强电场作用后进行标准养护,回弹测试结果表明,强电场对混凝土的保护层宏观强度无明显影响。     

电势条件对混凝土结构电化学修复数值模拟的影响

通过试验研究和理论分析,对比3类电势条件（常电势条件、电中性条件和高斯定理）对混凝土结构电化学修复过程数值模拟结果的影响. 利用物质守恒定律、Nernst-Planck方程和电势条件构建电化学修复过程的数值模型,通过数值模型比较电化学修复过程电势、氯离子浓度、净电荷数和电流密度等参数在混凝土内部的分布. 结果表明,在常电势条件下,除氯前端的氯离子浓度梯度较大;当采用电中性条件与高斯定理时,模拟氯离子浓度分布和电势分布结果较为相似,混凝土分别在辅助阳极与阴极钢筋区域形成电迁移加速作用区与抑制作用区. 试验研究电化学除氯过程的氯离子浓度分布. 试验结果与数值模拟结果的对比表明,采用电中性条件或高斯定理模拟氯离子浓度分布更接近试验测试结果,适用于钢筋混凝土结构电化学修复的仿真分析.     

电化学除氯处理后的混凝土微观结构研究

为了研究电化学除氯对混凝土中离子分布和微观结构的影响规律,采用压汞法、SEM电子显微镜分析等方法对电化学除氯后不同水灰比混凝土试件中钢筋附近和表面层的氯离子和钾钠离子含量、孔隙结构、显微结构进行对比分析.结果显示,电化学除氯后,钢筋附近混凝土与外层混凝土相比,氯离子含量约为1/2,钾离子含量约为5～10倍,钠离子含量约为8～18倍,水化物颗粒间结合不连续、部分水化产物分解.钢筋附近区域混凝土中的氯离子含量明显低于外表层混凝土,钾、钠离子在钢筋阴极附近大量聚集.经过电化学处理后的混凝土试件钢筋附近区域的孔隙率和大孔含量增多,结构疏松;而外表层混凝土结构致密,孔隙细化,水化产物成网络状结合良好.     

混凝土梁电化学修复后的耐久性能及力学特征

电化学修复技术可对耐久性劣化的混凝土结构进行耐久性提升,然而也会引起黏结性能降低、混凝土孔隙结构改变、钢筋氢脆等负面效应,进而影响构件整体的服役性能.为探明电化学除氯和双向电迁处理后混凝土梁的耐久性能及力学性能,本文结合氯离子含量梯度变化和弱极化曲线等对比分析了电化学修复后梁的抗腐蚀性能,结合荷载挠度曲线、钢筋与混凝土应变、裂缝分布等对比分析了静力力学性能.研究结果表明:电化学修复能有效去除钢筋表面氯离子,使钢筋恢复钝化,但钢筋笼内氯离子迁移效率相对较低;通电参数选取较小时电化学修复不影响混凝土梁的刚度和承载能力,但通电量较大时承载能力减小,延性退化较为明显.基于试验结果,本文建议电化学修复采用的通电参数需综合考虑耐久性提升效果及对力学性能损伤作用,以满足结构耐久性和安全性的要求.     

一个改进的混凝土氯离子扩散计算模型

通过对影响混凝土中氯离子扩散的因素分析,根据Fick第二定律导出的简化模型,建立综合考虑水灰比、混凝土掺合料、龄期、温度、湿度、混凝土与氯离子结合能力及冻融损伤影响的扩散模型,通过与现有解析模型和有限差分法模型的计算结果的对比,验证模型的正确性和有效性。与现有解析模型相比,该模型考虑的因素更广泛,综合考虑温度、湿度的季节变化及冻融损伤的时随效应对氯离子扩散的影响;与数值模型相比,该模型计算效率高,便于工程应用。     

混凝土表面氯离子浓度时变规律试验研究

采用氯盐浸泡试验,定期检测了混凝土表面处的氯离子浓度,并对数据进行了拟合分析,研究了混凝土表面氯离子浓度随时间的变化规律,分析了氯盐溶液浓度、水灰比和粉煤灰掺量对表面氯离子浓度大小及其累积速率的影响。结果表明,表面氯离子浓度随时间的增加逐渐增长并最终达到稳定状态。随着氯盐溶液浓度的增加,表面氯离子浓度将更快地达到稳定状态,表面氯离子浓度也相应增大;水灰比越大,表面氯离子浓度累积速率越快,表面氯离子浓度越大;掺入粉煤灰可加快表面氯离子浓度的累积速率,表面氯离子浓度随粉煤灰掺量的增加而增大。通过对现有模型的比较与修正,提出了一个更为完善的模型。     

凝石混凝土的抗氯离子渗透性能分析

目的研究水泥混凝土与凝石混凝土的抗氯离子渗透性能,为凝石混凝土的广泛应用提供实验依据．方法根据基于离子扩散和电迁移提出的NEL方法测试水泥混凝土与凝石混凝土试件的氯离子扩散系数,从孔结构、界面过渡区域以及氯离子的固化程度等几个方面分析水泥混凝土与凝石混凝土的渗透性能．结果凝石混凝土具有较小的过渡孔隙率、微观界面过渡区域具有较高的硬度,并且与氯离子的结合能力很强,使得凝石混凝土对氯离子具有很好的固化作用．结论凝石混凝土相比于水泥混凝土具有更好地抗氯离子渗透性,可以提高混凝土的耐久性．     

模拟盐雾氯离子在混凝土中的沉积特性研究

调查了滨海盐雾区基本的环境参数,通过综合盐雾腐蚀箱来模拟盐雾环境,采用不同配合比的混凝土试样,研究了盐雾氯离子在混凝土中的沉积特性,研究表明水灰比对氯离子在混凝土表面的沉积有很大的影响,随着水灰比的增大,氯离子的表面沉积量也增大,实验中,引入环境系数的概念,提出经过修正的Fick第二定律,推导出修正后的解析解,结果显示在实验室环境下,当环境系数取1.3时,修正的Fick第二定律和实测数据符合得很好。     

Chloride Ion Critical Content in Reinforced Concrete

Chloride ion critical content was studied under soaking and cycle of dry and wet conditions, with three electrochemical nondestructive measuring techniques, i e, half-cell potential, A C impedance, and time potential. The experimental results show that chloride ion critical content is primarily determined by the water cement ratio, while for the same concrete mixture the chloride ion critical content in soaking conditions is larger than that in a cycle of dry and wet conditions.     

水灰比与应力水平对混凝土氯离子渗透性影响

通过加速氯离子渗透试验，测定阳极溶液中氯离子浓度，分析了水灰比、应力水平和渗透时间的关系。混凝土水灰比越大，氯离子渗透的非稳定阶段越短，混凝土抗氯离子渗透性越差；相同应力水平下，混凝土水灰比越大，混凝土的残余应变越大，应力水平从0．4fu提高到0．8fu，混凝土的残余应变明显增大；施加5次0．4fu重复应力后，氯离子渗透的非稳定阶段显著缩短，混凝土抗氯离子渗透性降低，施加5次0．8fu重复应力后，混凝土抗氟离子渗透性进一步降低。     

再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性试验研究

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀是导致混凝土结构耐久性降低甚至结构破坏的一个主要原因，同样再生骨料混凝土的抗氧离子渗透性直接关系到结构的安全和工程应用的耐久性。鉴于此，用ASTM C1202法对掺入粉煤灰、矿渣等微细矿物掺合料和加入高效减水荆的再生骨料混凝土以及天然骨料的氯离子渗透性进行了对比试验。试验结果表明粉煤灰、矿粉等矿物掺合料可以有效地改善再生骨料混凝土的氯离子渗透性，且随着强度的提高养护龄期的增长，再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性增强，试验结果表明虽然再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性较天然骨料混凝土差，但仍具有很好的抗氯离子渗透性。     

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.     

暴露时间和扩散深度对混凝土氯离子结合能力的影响

进行了现场海洋大气盐雾环境中混凝土的暴露试验,分别测定了混凝土试件不同深度的总氯离子浓度和自由氯离子浓度,深入研究了混凝土在海洋大气盐雾环境下氯离子扩散过程中的自由氯离子浓度和结合氯离子浓度的经时变化特征.同时考察了各个暴露时间和扩散深度时的氯离子结合能力,运用回归分析探讨了暴露时间和扩散深度对混凝土氯离子结合能力影响的规律性.结果表明,氯离子结合能力与暴露时间符合幂函数关系,与扩散深度满足三次多项式函数关系.数值拟合计算值与实测值吻合,证明了拟合函数的有效性.