一个改进的混凝土氯离子扩散计算模型.docx

一个改进的混凝土氯离子扩散计算模型刘 均 利１，２，方志１（１．湖 南 大 学 土 木 工 程 学 院 ，长 沙 ４１００８２；２．桂林理工大学 广西建筑工程检测与试验重点实验室 ，广 西 桂 林 ５４１００４）摘要 ：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 。关 键 词 ：混 凝 土 ；氯 离 子 ；侵 蚀 ；扩 散 系 数中 图 分 类 号 ：ＴＵ５２８．０１文 献 标 志 码 ：Ａ文 章 编 号 ：１６７４－４７６４（２０１２）Ｓ１－００９９－０４Ａ ＭｏｄｉｆｉｅｄＣｈｌｏｒｉｄｅＩｏｎＤｉｆｆｕｓｉｏｎ ＭｏｄｅｌｉｎＣｏｎｃｒｅｔｅＬＩＵＪｕｎｌｉ１，２，ＦＡＮＧＺｈｉ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇＸｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｓｔ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｃｈｌｏｒｉｄｅｉｏｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｎｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｏｄｅｌｉｎｄｕｃｅｄｂｙＦｉｃｋ＇ｓｓｅｃｏｎｄｌａｗ，ａｃｈｌｏｒｉｄｅｉｏｎｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈ ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｗａｔｅｒ－ｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏ，ｈｕｍｉｄｉｔｙ，ｔｉｍｅ， ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｈｌｏｒｉｄｅｉｏｎｂｉｎｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｆｒｅｅｚｅ－ｔｈａｗｃｙｃｌｅａｒｅｔａｋｅｎｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．ＴｈｅＶａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅ ｎｅｗ ｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｒｅｓｕｌｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇａｎａｌｙｔｉｃ／ｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ． Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｏｄｅｌｃａｎｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｓｅａｓｏｎａｌｃｈａｎｇｅｏｆｈｕｍｉｄｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅ ｔｉｍｅ－ｖａｒｉａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｆｆｒｅｅｚｅ－ｔｈａｗｃｙｃｌｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｏｄｅｌ ｉｓｈｉｇｈｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｈｌｏｒｉｄｅｉｏｎ；ｅｒｏｓｉｏｎ；ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ低 ，不 便 于 工 程 应 用 ，因 此 需 要研究能考虑多因素的解析模 型 。余 红 发 ［２］在 Ｆｉｃｋ定 律 基 础 上 ，提出了综合考 虑 氯 离 子 结 合 能 力 、氯离子扩散系数的时 间 依 赖性和结构微缺陷影响的 实 际 混 凝 土氯离子扩散新方程 。 吴 相 豪 、滕 海 文 ［３－１０］、孟 宪 强 、薛 鹏 飞 等 分 别 建 立 了 综 合考虑混凝土氯离子结合能力 、氯离子扩散系数的时间依赖性 、水 灰比和应力状态影响的新 扩 散 方 程 ，共 同 点是用恒定的系数表示温度 、湿 度 、缺 陷 、损 伤对扩散系数 的 影 响 ，不 考 虑 时 变 性 ；除余红发模型考虑表 面 氯离子浓度的时变性外 ，其 余 均 未 考 虑 ；为 得 出 解 析 解 ，将扩散系数随混凝土龄期的降低表示为幂函数 。混凝土结构的缺陷损伤 是 服役过程中逐渐出现的 ，对 氯 离子扩散的影响并不恒定 ；环 境 温 度和环境湿度也随季节而 变 化 ，并 且 气 候 变 化 也 会 引 起环境温度和环境湿度的变化 。因 此 ，环 境 温 度 、环 境 湿 度 对 氯离子扩散的影响也不是常数 ；冻融循环会显著增加氯离子 的 扩 散 系 数 ，北方寒冷地区混凝 土结构随服役 期 的 增 长 ，冻 融循环次数的增加 ，混 凝