干湿交替下表层混凝土中氯离子传输_原理_试验和模拟
- 格式:pdf
- 大小:1.80 MB
- 文档页数:9
混凝土中的氯离子含量测试方法一、背景介绍混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的材料,其主要成分是水泥、砂、石等,但在实际施工中,混凝土中会加入各种掺合料和外加剂,这些加入物的种类和用量会影响混凝土的性能。
其中,氯离子是一种常见的混凝土掺合料和外加剂,在混凝土中的含量直接影响混凝土的耐久性。
因此,对混凝土中的氯离子含量进行测试是非常重要的。
二、测试原理混凝土中的氯离子含量测试采用离子选择性电极法,该方法利用氯离子选择性电极对混凝土中的氯离子进行测量。
氯离子选择性电极是一种特殊的电极,它只响应氯离子,而不响应其他离子,能够准确地测量混凝土中的氯离子含量。
三、测试仪器和试剂1. 氯离子选择性电极:选择型号为ISE30C-J01或ISE30C-S01的氯离子选择性电极;2. pH计:选择型号为FE20-F或FE28-F的pH计;3. 氯离子标准溶液:浓度为1000mg/L的氯离子标准溶液。
四、测试步骤1. 混凝土试件的制备:将混凝土样品从工地采回,将其进行粉碎,筛选出粒径小于4.75mm的试样,再用干净纱布将其过筛,去除混凝土中的杂质和水分;2. 氯离子标准溶液的制备:取100ml浓度为1000mg/L的氯离子标准溶液,加入100ml去离子水,制成浓度为500mg/L的氯离子标准溶液;3. 电极的校准:将氯离子选择性电极插入标准溶液中,调节pH计的读数为7.00,然后将电极插入去离子水中,调整pH计的读数为4.00,最后将电极插入标准溶液中,调整pH计的读数为对应的pH值;4. 混凝土中的氯离子含量测试:将氯离子选择性电极插入混凝土样品中,调节pH计的读数为7.00,等待电极的读数稳定后,记录氯离子选择性电极的读数,然后将电极插入氯离子标准溶液中,调整pH计的读数为对应的pH值,等待电极的读数稳定后,记录氯离子选择性电极的读数;5. 计算混凝土中的氯离子含量:根据电极读数的差值和标准溶液的浓度计算出混凝土中的氯离子含量。
水泥混凝土中氯离子的来源及危害摘要:探讨了混凝土中氯离子的来源、危害和对钢筋的腐蚀作用机理。
关键词:建筑工程;混凝土结构;氯离子;腐蚀;作用机理前言:混凝土具有结构性能优越,造价成本低等优点,因而成为建筑工程主要施工材料。
混凝土结构的性能和质量直接影响着建筑工程的质量和效果。
但对于其耐久性的问题,一直是工程材料界关注的重点。
而钢筋的锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素。
其中氯离子去钝化引起的钢筋腐蚀是最为严重和普遍的。
鉴于此,对混凝土结构中钢筋的的侵蚀机理和氯离子的来源进行研究,对于有效控制和减少氯离子对混凝土钢筋的腐蚀影响,提高混凝土结构的质量和效果具有重要意义。
一、混凝土中氯离子的来源混凝土中氯离子的来源主要是水泥、砂子、水和外加剂等主要原材料以及建筑所处环境中的渗透进入。
1、水泥中的氯离子水泥中氯离子的来源主要是原料、燃料、混合材料和外加剂,由于氯盐在水泥生产中具有明显的经济价值:一方面,它可以作为熟料煅烧的矿化剂,能够降低烧成温度,有利于节能高产;它不仅能有效的提高水泥的3天强度,而且可以降低混凝土中水的冰点温度,防止混凝土早期受冻。
故而在广泛的应用的同时。
也带入了一定的氯盐到水泥中。
2、砂石料中的氯离子天然砂石料中,河砂中氯离子含量较低。
天然海砂,盐渍土地区的沙石料中,砂子和石子表面吸附了很多的氯盐,其氯离子含量必然较大。
即使经过多次清洗也不可避免的会有氯离子的残留。
如果清洗沙石料的水存在氯盐,会对砂石料二次污染。
3、水中的氯离子常规混凝土拌合用水为城市自来水,其氯离子含量较少。
如果使用地表水、地下水、再生水、生产企业循环水和冲洗设备用水,甚至海水,则可能导致氯离子含量超标。
尤其是盐渍土地区的水,未经过净化处理,氯离子含量较高。
4、外加剂中的氯离子为改善混凝土的工作性能常常需要添加各种外加剂,比如减水剂、早强剂、防水剂、防冻剂等,很多都含有氯盐成分,如氯化钙、硝酸盐等,在使用时不仅要考虑混凝土的工作性能,还要严格控制外加剂的掺量,以防止氯离子超标。
混凝土氯离子扩散系数测试标准一、前言混凝土氯离子扩散系数是评估混凝土耐久性的重要指标之一。
在混凝土中存在着大量的氯离子,如果氯离子能够进入混凝土的内部,就会导致混凝土的钢筋锈蚀,最终导致混凝土的开裂、破坏和失效。
因此,混凝土氯离子扩散系数的测试标准就显得尤为重要。
二、标准名称GB/T 50367-2019《混凝土氯离子扩散系数测试方法》三、适用范围本标准适用于评估混凝土耐久性的氯离子扩散系数测试方法,适用于各种类型的混凝土样品。
四、术语和定义1.氯离子扩散:氯离子在混凝土中的传输过程,包括扩散、吸附和迁移。
2.氯离子扩散系数:描述氯离子在混凝土中传输的速度和程度的物理量。
3.钢筋锈蚀:混凝土中的钢筋受到氯离子侵蚀和水分腐蚀导致的腐蚀现象。
4.混凝土样品:待测试的混凝土试件。
5.试验室条件:测试混凝土氯离子扩散系数时的环境和条件,包括温度、湿度、气压等。
五、测试原理混凝土氯离子扩散系数测试原理基于扩散方程和氯离子在混凝土中的传输过程,通过一定时间内混凝土中氯离子的渗透深度和渗透质量来计算混凝土的氯离子扩散系数。
六、测试设备1.电阻率计:测量混凝土试件的电阻率。
2.容器:用于存放试件和溶液。
3.天平:测量试件和溶液的重量。
4.数字式千分尺:测量试件的尺寸。
5.电动钻:用于制备混凝土试件。
6.真空泵:用于混凝土试件的真空处理。
7.恒温恒湿箱:用于控制试验室环境条件。
8.混凝土氯离子扩散系数测试仪:用于测量混凝土的氯离子扩散系数。
七、测试步骤1.制备混凝土试件:按照标准要求制备混凝土试件。
2.真空处理:将混凝土试件放入真空袋中进行真空处理。
3.浸泡:将真空处理后的混凝土试件浸泡在氯化钠溶液中。
4.测量电阻率:浸泡一定时间后,测量混凝土试件的电阻率。
5.计算氯离子扩散系数:根据测量的电阻率和试件尺寸,计算混凝土的氯离子扩散系数。
八、测试结果分析1.氯离子扩散系数的值越小,说明混凝土的耐久性越好。
2.测试结果应该与试验室条件和测试设备的精度相关,需要进行数据分析和校准。
氯离子扩散系数和混凝土性质实验报告实验报告:氯离子扩散系数和混凝土性质摘要:本实验通过测定不同混凝土中氯离子的扩散系数,研究了混凝土中氯离子的渗透特性及其对混凝土性质的影响。
实验结果表明,混凝土的抗渗性能与其氯离子扩散系数呈负相关关系。
这一研究有助于加深对混凝土结构中氯离子渗透的认识,提高混凝土工程质量。
关键词:氯离子扩散系数;混凝土;抗渗性能;混凝土工程质量一、引言混凝土是一种常见的建筑材料,广泛用于建筑结构的搭建。
然而,由于混凝土的多孔性和渗透性,氯离子等有害物质容易渗透进混凝土内部,导致混凝土的性能下降和寿命缩短。
因此,研究混凝土中氯离子的扩散系数及其对混凝土性质的影响对于提高混凝土工程质量具有重要的意义。
二、实验目的1.测试不同混凝土中氯离子的扩散系数;2.分析混凝土中氯离子的渗透特性;3.探讨氯离子扩散系数与混凝土抗渗性能的相关性。
三、实验方法1.实验材料准备选取三种不同配比的混凝土样品,分别记为A、B、C。
混凝土样品的配比见表1表1混凝土样品配比样品水泥砂水石子A3008002001000B3506501801200C40060016014002.实验步骤(1)制备混凝土样品:按照表1的配比将水泥、砂、水和石子混合搅拌,并将混合物倒入模具中,在模具中振实,然后在室温下养护7天。
(2)测量氯离子扩散系数:首先将混凝土样品切割成大小为5cm×5 cm×5 cm的立方体,然后将其浸泡在含氯离子的水溶液中,经过一定时间后取出,使用离子选择性电极测量氯离子的浓度变化,并绘制出浓度随时间变化的曲线。
(3)分析数据:根据实验数据计算不同混凝土中氯离子的扩散系数。
同时,根据实验结果分析氯离子扩散系数与混凝土抗渗性能的相关性。
四、实验结果与讨论1.氯离子渗透特性实验结果表明,不同混凝土中氯离子的渗透速率存在差异。
在相同时间内,样品C中的氯离子浓度变化最大,说明该样品的渗透性能最差;样品B中的氯离子浓度变化次之;样品A中的氯离子浓度变化最小,说明该样品的渗透性能最好。
t0579-2020水泥混凝土抗氯离子渗透试验方法(rcm法)
《T0579-2020 水泥混凝土抗氯离子渗透试验方法(RCM 法)》是中国国家标准化管理委员会发布的标准,用于评估水泥混凝土材料的抗氯离子渗透性能。
RCM法是一种常用的实验方法,用于测定水泥混凝土试件在氯离子侵蚀环境下的耐久性能。
该方法主要通过测量试件内部氯离子的渗透深度和浓度来评估水泥混凝土的抗氯离子渗透性能。
在《T0579-2020 水泥混凝土抗氯离子渗透试验方法(RCM法)》中,详细描述了试验的具体步骤和操作要求,包括试件制备、试验设备和仪器的使用、试验条件的控制等内容。
通过该标准的指导,可以进行标准化的水泥混凝土抗氯离子渗透性能评估。
需要注意的是,该标准是中国国家标准,适用于中国国内相关工程和研究领域。
如果您需要更详细的信息或具体的试验操作指南,请参考该标准的正式发布文档或咨询相关的技术专家。
混凝土的抗氯离子渗透性混凝土是一种广泛应用于建筑结构和基础设施建设领域的材料。
然而,在一些特定的环境条件下,混凝土可能会遭受氯离子的侵蚀,导致其性能下降和结构损坏。
因此,研究混凝土的抗氯离子渗透性成为了一项重要的任务。
本文将探讨混凝土的抗氯离子渗透性以及一些提升其抗氯离子渗透性的方法。
一、混凝土的抗氯离子渗透性的原理混凝土的抗氯离子渗透性取决于其基本组成成分和结构。
通常情况下,混凝土中的水泥基质和骨料之间形成的孔隙结构是氯离子渗透的主要通道。
因此,要提高混凝土的抗氯离子渗透性,需要从以下几个方面考虑:1. 控制混凝土的水灰比:水灰比是指混凝土中水和水泥质量的比值。
较低的水灰比能够减少混凝土中的孔隙结构,从而降低氯离子的渗透速度。
2. 使用合适的水泥和骨料:选择高品质的水泥和骨料可以提高混凝土的密实性,减少孔隙的存在,从而增加混凝土的抗氯离子渗透性。
3. 添加掺合料:掺合料是指在混凝土中添加一些替代性材料,如矿渣粉、粉煤灰等。
适量的掺合料可以改善混凝土的细观结构,减少孔隙的存在,提高混凝土的抗氯离子渗透性。
二、提升混凝土抗氯离子渗透性的方法除了上述原理中提到的因素,还有其他一些方法可以进一步提升混凝土的抗氯离子渗透性:1. 表面处理:使用抗渗透性的涂料、涂层或其他表面处理方法,可以在混凝土表面形成一层防护膜,减少氯离子的渗透。
2. 混凝土修复和加固:对已受损的混凝土结构进行修复,并针对易受氯离子侵蚀的部位进行加固,可以提高混凝土的整体抗氯离子渗透性。
3. 混凝土添加剂的应用:添加抗渗透剂、防水剂等特殊混凝土添加剂,可以改善混凝土的抗氯离子渗透性。
三、总结混凝土的抗氯离子渗透性是保障建筑结构和基础设施长期稳定运行的关键因素。
通过合理控制混凝土的水灰比、选择合适的水泥和骨料,以及添加掺合料等方法,可以有效地提升混凝土的抗氯离子渗透性。
此外,表面处理、混凝土修复和加固,以及使用特殊的混凝土添加剂也是提升混凝土抗氯离子渗透性的有效手段。
混凝土中氯离子扩散系数的测试方法混凝土中氯离子扩散系数是评估混凝土结构耐久性的重要指标之一。
本文将介绍混凝土中氯离子扩散系数的测试方法。
一、原理混凝土中氯离子扩散系数测试是基于氯离子在混凝土中扩散的原理进行的。
氯离子在混凝土中的扩散可以用菲克第一定律表示:$$I=-D\frac{dc}{dx}$$其中,$I$为氯离子的扩散通量,$D$为氯离子的扩散系数,$c$为混凝土中氯离子的浓度,$x$为扩散距离。
在实验室中,可以通过浸泡试验或扩散试验来测定混凝土中氯离子的扩散系数。
浸泡试验是将混凝土试块浸泡在含有氯离子的溶液中,通过测定溶液中氯离子的浓度变化来评估混凝土中氯离子的扩散系数。
扩散试验是将混凝土试块的一侧暴露在含有氯离子的溶液中,通过测定混凝土试块对侧的氯离子浓度变化来评估混凝土中氯离子的扩散系数。
二、试验设备1. 氯离子浸泡试验设备:搅拌器、恒温水槽、电子天平、浸泡模具、试块钳、氯离子电极、电位计。
2. 氯离子扩散试验设备:搅拌器、电子天平、扩散模具、试块钳、氯离子电极、电位计。
三、试验步骤1. 混凝土试块的制备制备代表性的混凝土试块,试块尺寸为100mm×100mm×100mm。
混凝土材料应当符合设计要求,按照设计配合比进行配合。
2. 氯离子浸泡试验(1)试块表面处理:在试块表面切割出一个6cm×6cm的平面区域,用无菌棉球擦拭干净。
(2)制备浸泡溶液:将0.3M NaCl溶液配制在恒温水槽中,控制温度在23±2℃。
(3)试块浸泡:将试块放置在浸泡模具中,模具中加入浸泡溶液,深度为试块高度的1/2。
试块浸泡时间为28天。
(4)测量氯离子浓度:浸泡28天后,取出试块,用无菌棉球擦干表面水分,然后在试块上切割出一个6cm×6cm的平面区域,取样3次,每次样品重复3次,用氯离子电极测定浸泡溶液中氯离子的浓度。
(5)计算氯离子扩散系数:根据测量结果,计算出混凝土中氯离子的扩散系数。
混凝土中氯离子含量的检测方法一、前言混凝土是建筑工程中最常见的材料之一,其性能的好坏直接关系到建筑物的使用寿命和安全性。
氯离子是混凝土中主要的化学物质之一,它的含量对混凝土的耐久性和抗腐蚀性有很大的影响。
因此,在混凝土中检测氯离子含量是非常必要的。
本文将介绍混凝土中氯离子含量的检测方法,包括样品采集、试验方法、结果分析等方面的内容,希望能对相关领域的工作者提供一些参考。
二、样品采集混凝土中氯离子含量的检测需要先采集样品,样品的采集应该符合以下要求:1.采样时间:混凝土的氯离子含量会随着时间的推移而发生变化,因此采样应该在混凝土浇筑后的一定时间内进行。
通常建议在混凝土浇筑后的28天内进行采样。
2.采样位置:混凝土中氯离子含量的分布是不均匀的,因此采样位置应该根据实际情况选择,建议在混凝土表面和混凝土内部各选取一定数量的样品。
3.采样方法:采样应该使用专用的采样器具,避免采样时对混凝土中的氯离子产生影响。
采样器具应该经过严格的清洗和消毒。
三、试验方法混凝土中氯离子含量的检测主要采用离子选择电极法,其具体步骤如下:1.制备样品:将采集到的混凝土样品破碎成小块,然后将其放入烧杯中,加入足量的蒸馏水,用搅拌器搅拌至混凝土完全分散。
然后将其过滤,取得滤液即为样品。
2.测定氯离子含量:将制备好的样品加入离子选择电极中,按照仪器的操作说明进行测定。
通常测定的结果为mg/L,需要将其转化为混凝土中的氯离子含量。
3.计算氯离子含量:将测得的氯离子含量除以混凝土样品的体积,得到的结果即为混凝土中氯离子的含量。
四、结果分析混凝土中氯离子含量的检测结果应该进行分析,以确定混凝土的耐久性和抗腐蚀性。
通常来说,混凝土中氯离子含量的标准值为0.4%~0.6%,如果检测结果超过该值,则说明混凝土的耐久性和抗腐蚀性存在问题。
如果检测结果超过标准值,需要根据实际情况采取相应的措施,例如增加混凝土中的钢筋数量、使用防腐涂料等。
五、注意事项1.在进行混凝土中氯离子含量的检测时,应该避免使用含氯的化学试剂,以免影响检测结果。
混凝土中氯离子渗透性能的试验研究一、研究背景混凝土是建筑中常用的一种材料,但在使用过程中,存在一些问题,如混凝土表面龟裂、渗水、腐蚀等,这些问题会影响混凝土的使用寿命和性能,因此,混凝土的性能研究一直是建筑领域的热点问题之一。
其中,混凝土中氯离子的渗透性能对混凝土耐久性的影响十分重要。
二、研究目的本研究旨在通过实验研究混凝土中氯离子的渗透性能,探究氯离子对混凝土的侵蚀作用,为混凝土的改良提供参考。
三、研究内容与方法3.1 研究内容本研究主要研究混凝土中氯离子的渗透性能,包括氯离子的浓度、渗透深度、渗透速度、渗透系数等方面。
3.2 研究方法本研究采用以下实验方法:(1)制备混凝土试件:按照标准配合比制备混凝土试件,试件尺寸为100mm×100mm×100mm。
(2)浸泡实验:将混凝土试件浸泡在不同浓度的氯离子溶液中,浸泡时间为28天。
(3)测定渗透深度:采用电极法测定混凝土中氯离子的渗透深度。
(4)测定渗透速度:采用恒流法测定混凝土中氯离子的渗透速度。
(5)计算渗透系数:根据测定结果计算混凝土中氯离子的渗透系数。
四、实验结果与分析4.1 氯离子浓度对渗透性能的影响实验结果表明,随着氯离子浓度的增加,混凝土中氯离子的渗透深度和渗透速度均增加,且增长速度逐渐加快。
4.2 渗透深度对混凝土性能的影响混凝土中氯离子的渗透深度越大,混凝土的耐久性越差。
当氯离子渗透深度达到一定程度时,混凝土中的钢筋会被腐蚀,引起混凝土的龟裂和破坏。
4.3 渗透系数对混凝土性能的影响混凝土中氯离子的渗透系数越大,混凝土的耐久性越差。
渗透系数是评价混凝土耐久性的一个重要指标,渗透系数越小,混凝土的抗渗性能越好。
五、结论与建议5.1 结论本研究通过实验研究混凝土中氯离子的渗透性能,得出了以下结论:(1)氯离子浓度对混凝土的渗透性能有显著影响,浓度越高,渗透深度和渗透速度越大。
(2)混凝土中氯离子的渗透深度对混凝土的耐久性有重要影响,混凝土中氯离子的渗透深度越大,混凝土的耐久性越差。
· 581 ·第38卷第4期
干湿交替下表层混凝土中氯离子传输:原理、试验和模拟 李春秋,李克非 (清华大学土木工程系,北京 100084)
摘 要:在干湿交替下表层混凝土内水分的不同传输机理的基础上,建立了干湿交替下表层混凝土内氯离子传输模型。利用上游加权“预估–校正”有限差分格式求解了对流占优的氯离子对流–扩散问题。进行了混凝土的氯离子吸附试验,并采用分段函数来表达氯离子吸附曲线。进行了为期120 d的干湿交替下混凝土内氯离子传输试验研究。利用建立的模型和试验测得的基本材料参数进行了数值计算,计算结果同干湿交替试验中实测的氯离子含量分布吻合较好,证明了干湿交替下表层混凝土内氯离子传输模型的正确性和考虑干湿交替过程水分本身传输的重要性。研究表明:干湿交替下混凝土内氯离子入侵比永久浸没于氯盐溶液中的混凝土要严重得多。同时,由于混凝土对氯离子的强吸附性,干湿交替下混凝土中氯离子传输的影响深度小于水分传输。
关键词:干湿交替;混凝土;氯离子传输;影响深度 中图分类号:O482.3 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2010)04–0581–09
CHLORIDE ION TRANSPORT IN COVER CONCRETE UNDER DRYING–WETTING CYCLES: THEORY, EXPERIMENT AND MODELING
LI Chunqiu,LI Kefei (Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract: Chloride ion transport model in cover concrete under drying–wetting cycles by taking into account different mechanisms of moisture transport in cover concrete was established. The convection–dominated convection–diffusion process was solved by finite difference method with “predictor–corrector” implicit upwind scheme. The chloride ions binding experiment was carried out and a piecewise formula was utilized to formulate the chloride ions binding capacity of concrete. The 120 d experiment of chloride transport
in cover concrete under drying–wetting cycles was held. With the model and basic material parameters from the experiment, the numerical computation was held. The computing results of chloride content distribution in concrete are in good agreement with drying–wetting experiments. It was revealed that the chloride ingress in concrete under drying–wetting cycles is much more serious than that immersed permanently in salty water. Due to the chloride binding capacity of concrete, the influential depth of chloride ions transport in concrete under drying–wetting cycles is thinner than that of the moisture transport.
Key words: drying–wetting cycles; concrete; chloride ion transport; influential depth 氯离子引起的混凝土构件内钢筋锈蚀是最常见的混凝土耐久性问题之一。外界氯离子主要来源于海水和除冰盐水。氯离子经混凝土内孔隙由表及里传输,当自由氯离子在钢筋表面积累到浓度阈值时,钢筋表皮脱钝并开始锈蚀。出现严重锈蚀问题的构件大多处于干湿交替的环境中,如浪溅区构件和接触除冰盐水的停车楼构件。因此,研究干湿交替下混凝土内氯离子的传输规律和模拟方法具有重要的
实用价值。 Fick第二定律通常用于描述氯离子在混凝土中的扩散。在计算水下区饱和混凝土内氯离子传输时,该定律是基本适用的。但对于干湿交替下的混凝土构件,除了考虑氯离子在孔隙溶液中的扩散作用外,尚应考虑氯离子随孔隙溶液在混凝土中一起迁移的对流作用。尽管有学者[1–3]尝试对非饱和混凝土中氯
离子的传输进行模拟,但对处在干湿交替下的表层
收稿日期:2009–09–14。 修改稿收到日期:2009–12–20。 基金项目:国家自然科学基金(50538060)资助项目。 第一作者:李春秋(1983—),男,博士。 通信作者:李克非(1972—),男,博士,副教授。 Received date: 2009–09–14. Approved date: 2009–12–20. First author: LI Chunqiu (1983–), male, Ph.D.. E-mail: lcq@mails.tsinghua.edu.cn Correspondent author: LI Kefei (1972–), male, Ph.D., associate professor. E-mail: likefei@tsinghua.edu.cn
第38卷第4期 2010年4月 硅 酸 盐 学 报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 38,No. 4 April,2010 硅 酸 盐 学 报
· 582 · 2010年
混凝土而言,对流作用往往起主导作用,水分传输过程模拟的准确性将在很大程度上决定氯离子传输的计算精度。 在干湿交替下表层混凝土中水分传输模型[4]的基础上,从表层混凝土中氯离子传输和积累的基本原理出发,讨论影响氯离子传输的主要因素,完善干湿交替下表层混凝土中氯离子传输模型。 1 干湿交替下混凝土中氯离子传输模型 1.1 基本方程 干湿交替下表层混凝土中水分传输的总效果可用扩散方程来模拟:[4] (1) 其中:Θ为含水饱和度;t为时间(s)。而描述混凝土中水分传输总效果的扩散系数D(m2/s)则由饱和度和边界条件共同决定:[4] (2) 水分体积通量qw (m/s)为: (3) 其中:φ 为孔隙率。 水分在混凝土中传输时,将携带溶于其中的离子一起运动,产生的对流流量 [mol/(m2·s)]为: (4) 其中:c为孔隙溶自由氯离子浓度(mol/m3)。 当认为氯离子传输也会影响水分传输过程时,由于对流项的引入,在混凝土内氯离子传输过程的计算时,必须同时求解水分传输。当认为氯离子传输不会影响水分传输时,先求解整个过程的水分传输,再将水分传输过程作为已知条件来求解氯离子传输。 氯离子在混凝土孔隙溶液中扩散所产生的流量 [mol/(m2·s)]为: (5) 其中:DCl为自由氯离子在混凝土中的扩散系数(m2/s)。需要注意的是,和均指单位时间通过单位面积混凝土截面的氯离子量,类似于渗流的概念。 由于离子只能在孔隙溶液中扩散,因此当混凝土内孔隙饱和度降低时,离子在混凝土中的扩散系数也随之降低。为了描述多孔介质中DCl随孔隙含湿状况的变化规律,研究者们提出了多种形式的函 数(见表1),DCl,1为饱和混凝土内氯离子扩散系数(m2/s)。各种扩散系数形式的比较见图1。
表1 DCl函数的各种形式 Table 1 Different forms of function DCl
Form Expression ReferencePower function [1,5] S-shaped function [2–3]Polynomial* DC1(Θ)=DC1,1(0.045 14-0.688 9Θ+1.643 8Θ2)[6–7]Notes: DC1 is chloride ions diffusivity; DCl,l is chloride diffusivity in saturation concrete; Θ is water saturation degree; ψ is exponehtial; H is relative humidity; Hc = 0.75; * Water-cement ratio is 0.6.
图1 氯离子扩散系数DCl与饱和度Θ的关系 Fig.1 Chloride ions diffusivity DCl in terms of saturation
degree Θ
混凝土内氯离子传输的总流量为:
(6) 氯离子在混凝土孔隙溶液中传输时,与硬化水泥浆体发生化学、物理作用,使部分氯离子吸附于硬化水泥浆体。描述混凝土中氯离子传输过程时,需要定量表达吸附氯离子量cb(mol/kg)与孔隙溶液
自由氯离子浓度c之间的关系,即氯离子吸附曲线:
cb = cb(c) (7) 这里,不深入讨论氯离子与硬化水泥浆体相互作用的机理与模拟,而将直接采用试验标定的“Freundlich吸附–Langmuir吸附”分段公式。 将氯离子总量ct取为单位体积混凝土所含氯离子的量(mol/m3),则ct可表达为自由氯离子浓度c
的函数: