干濕循環(huán)下氯離子在混凝土中的傳輸

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1、薛文等：干濕循環(huán)下氯離子在混凝土中的傳輸7干濕循環(huán)下氯離子在混凝土中的傳輸薛文，王衛(wèi)侖，龔順風，金偉良(1．浙江大學建筑工程學院。杭州310058；2．深期l市土木工程耐久性重點實驗室、深圳大學土木工程學院。廣東深圳518060)【摘要】結(jié)合水分在混凝土中的滲流模型，建立在濃度梯度和孔隙液飽和度梯度的耦合作用下的氯離子在混凝土中的傳輸模型，并采用真實海洋環(huán)境中干濕循環(huán)作用下的暴露試驗數(shù)據(jù)驗證了模型的準確性和適用性。【關(guān)鍵詞】干濕循環(huán)作用；非飽和混凝土；氯離子擴散【中圖分類號】TU528．0【文獻標識碼】B【文章編號】1001—6864(2010)06—0007—03在氯鹽侵蝕環(huán)境中，干濕循

2、環(huán)區(qū)域的混凝土往往是整1．2孔隙壓力P與孔隙水飽和度s關(guān)系的確定體結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕最嚴重的部位。由于干濕循環(huán)的作用，干濕循環(huán)作用時，孔隙水飽和度經(jīng)時變化，水分運動可混凝土內(nèi)部存在氯離子濃度場梯度、孔隙液飽和場梯度和分為滲入和蒸發(fā)兩個過程。其中，孔隙壓力P與孔隙水飽和溫度場梯度，氯離子在擴散和對流等多種復雜機制的耦合度s的關(guān)系可表示為：作用下以較快的速度向混凝土內(nèi)部滲透，因此，干濕循環(huán)作滲入過程：：1一exp(2BCrco~(0))(3)用下混凝土中的氯離子傳輸問題實質(zhì)上是氯離子隨孔隙液在非飽和多孔介質(zhì)中的傳輸問題，對流和擴散是其運動的干燥過程：主要方式。Sd：[1一exp(2BCTeos(8

3、))][1研究者為求形式上的簡化，傾向于用Fick第二定律及其恒定邊界條件的解析解來計算干濕循環(huán)作用下混凝土中一In(1-exn(2BCrco．(e)))](4)的氯離子傳輸問題。但采用該理論描述離子運動特征的前將(3)式、(4)式的反函數(shù)代入(2)式，得到以孔隙飽和提是孔隙液飽和，即適用于靜態(tài)溶液中由于氯離子濃度梯度為自變量的水分擴散系數(shù)計算函數(shù)。將干濕循環(huán)過程劃度造成的離子擴散。當孔隙液在干濕循環(huán)的作用下處于非分為潤濕階段的水分滲入和干燥階段的水分蒸發(fā)子過程：飽和狀態(tài)時，直接采用Fick第二定律分析檢測數(shù)據(jù)時，分析潤濕階段：結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)的相關(guān)性并不理想J。D刪(s)=Dhs)+D佴(

4、s)=(h+)ap／as(5)1理論分析其中，Kl。[1-In()(1一)]1．1水分在混凝土內(nèi)部的滲流模型氯離子在混凝土內(nèi)部通過孔隙液中水分子的媒介作用k=麗(pod#Do1／2t()進行傳輸。為討論干濕循環(huán)作用下氯離子在混凝土內(nèi)部的，)+Z(r一)、運動特征，須首先討論孔隙水的滲流模型。干濕循環(huán)作用下，水分在孔隙壓力梯度的驅(qū)動下在混[(exp(詈凝土內(nèi)部傳輸。根據(jù)Darcy定律及Fiek定律，混凝土內(nèi)部水一絲呈!(旦)(1一s)In(1一s)分的滲流量可表示為】：十燥階段：L=一D(s)grads(1)D岫I(J)=D】d(J)+d(J)=(+K,j)ap／as(6)水分包括氣體和液體

5、兩種狀態(tài)，水力擴散系數(shù)包括兩其中，種狀態(tài)的貢獻J：D(s)=DI(s)+D(s)=(+K)ap／Os(2)Kld也otPn(1一(1一ln(exp(1ambertw()+1)+1)5．2’exp(1ambertw(-s)十1)十1)其中，Ki=(frdV)po~bDopodpDo1一s==()1+Z／2(rm—t)p：f墨璺塑(旦2、)為確定水分擴散系數(shù)，須研究孔隙壓力P和孔隙飽和度exs間的關(guān)系。[基金項目】深圳市土木工程重點實驗室資助項目(SZDCCE09—02)8低溫建筑技術(shù)2010年第6期(總第144期)亞一墨!(2：!!rt二s／e)exp(1ambeaw(一s／e)+1)Oss

6、。In(一exp(1ambenw(一s／e)+1)+1)(1ambe~w(一s／e)+1)(一exp(1ambenw(一s／e)+1)+1)W=lambenw()是方程wexp(W)=的解J。環(huán)。模擬浪濺區(qū)試驗站位于海水池邊大氣中該區(qū)域中的試1．3氯離子在混凝土中的傳輸模型件每天受到兩次海水噴淋，每次持續(xù)4h，兩次噴淋間隔8h，氯離子在孔隙非飽和狀態(tài)下的傳輸過程可以用對流擴干濕循環(huán)比例為2：1。該暴露試驗站所處地區(qū)室外大氣的散方程描述J：溫濕度在整個暴露試驗周期內(nèi)均較高，暴露初期(10月)大Jcl=一D?！rad(C)+CJl(7)氣的平均溫度為23℃，平均RH為75％左右。Jl=一(

7、s)grads2．3試驗結(jié)果．，為液態(tài)水分流速(m／s)；(s)是各向同性的滲流系采用酸溶法萃取粉樣中的氯離子，并用電位滴定法測定各粉樣中的氯離子濃度值。測試結(jié)果見圖1。數(shù)，取D(s)=K(s)op／Os，則滲流速度可以表示為擴散格式J。=一Dgrads_由于結(jié)合氯離子質(zhì)量守恒，可以得到：滲入過程：、^=div[(Dsgrad(c)+cDgrad(s)](8)避U‘贈干燥過程：一捌加=div[(Dsgrad(c)+C'D