水工混凝土氯离子扩散系数初期衰减规律研究.pdf
《水工混凝土氯离子扩散系数初期衰减规律研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水工混凝土氯离子扩散系数初期衰减规律研究.pdf(4页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 4 4卷 第 1 1期 2 0 1 3 年 6 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo I 44 No 1 1 J u n e , 2 0 1 3 文章编号 : 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 3 ) 1 1 0 0 9 0 0 3 水工混凝土氯离子扩散系数初期衰减规律研究 伍 亚 玲 , 张 俊 芝, 傅 招 旗 , 庄 华 夏, 许 亮 ( 浙江 工业大学 建 筑工程学院 , 浙江 杭州 3 1 0 0 1 4 ) 摘 要 : 在钱塘 江 自然感 潮氯 盐环境条件 下 , 通过现 场侵 蚀试验 , 测得 受侵蚀 1 2 0 , 2 4 0 ,
2、 3 6 0, 4 8 0 d和 6 0 0 d后 水 工混凝土梁 中的 自由氯 离子浓度 。分析 结果表 明, 随着侵蚀 时 间的推 移 , 混凝 土 中 自由氯 离子浓度 也相应 增 加 ; 基 于 F i c k第二定律 拟合计算 了氯 离子扩散 系数 , 计算结果显示 , 氯离子扩散 系数随侵蚀 时间推移 而减小 , 且初期衰减较快其后趋 于平稳 , 其衰减规律可 用指数 函数来表征 。 关键词 : 混凝 土;氯 离子 ; 扩散 系数 ;衰减 ;F i c k第二定律 ;感潮河段 中图法分类号 : T V 4 3 1 文 献标 志码 : A 在早期的水工混凝土氯离子扩散研究 中均假设氯
3、 离子扩散系数是恒定的, 实际上 , 氯离子扩散系数并非 恒定 , 而是 随 时 间变 化 的 。通 过 对 实 际检 测 结 果 分 析 发现 , 龄期较 长 昆凝土 中氯离子扩散 系数较小 , 尤 其在开始 的 1 3 a内, 扩散系数降低尤 为明显 。表 明混凝土中氯离子扩散系数不仅与混凝土内部因素有 关 , 同时也受到外部因素和龄期 的影响 。掌握这种 混凝土扩散性能与时间的关系, 需要长期 的监测或试 验研 究 。 由于环境 因素 的影 响 , 现 场 环 境 条 件 下混 凝 土 的 氯离子扩散性能可能与室内人工试验环境条件下的相 差较大 , 但 同时现场试验需要耗 费较 长时间。
4、为 此 , 目前对混凝土氯盐环境下的扩散性能研究 , 已从单 一 的现场或室内试验上升到室 内模拟腐蚀 与现场侵蚀 的相似性研究 , 通过分析室内试验与现场环境的相 似性 , 以利用较短时间的室 内侵蚀试验来推论现场环 境下 的侵蚀 结 果 。 相对于典型的海洋环境, 感潮河段水工混凝土环 境中水体的氯离子浓度、 结构所经历的干湿 间隔时间 及环境温度等因素均有所不同 , 这些 因素也必然影 响混凝土扩散性能。本文以自然感潮河段氯盐环境下 的现场暴露试验为基础 , 基 于 F i c k第 二定律 , 分析现 场暴露混凝土中氯离子扩散系数 , 研究 了该环境条件 下混凝土氯离子扩散系数初期衰减
5、规律 , 得到 的结论 可为处于该环境条件的水工混凝土结构耐久性及寿命 评估提供参考。 1 感潮环境下的侵蚀试验 1 1 试验 原材料 试验混凝土采用钱潮牌 P 3 2 5复合硅酸盐水泥 , 人工骨料最大粒径 为 4 0 m m。砂子采 用细度模数 为 2 5的河砂。拌和用水及养护用水为杭州当地的 自来 水 。现场试验采用的水工混凝土配合比见表 1 。 表 1 现场试验水工混凝土配合 比 1 2试 验方法 现场试验构件为混凝土梁 , 为避免混凝 土随机性 的影响, 每种水灰比各浇筑 5根混凝 土梁 。其试 验混 凝 土梁 的尺 寸 为 1 2 0 0 IT l m x 2 0 0 m m 1
6、2 0 mm。试 验 梁 底 部 配 2 01 0 的钢 筋 , 架 立 筋 为 2 01 0 , 箍 筋 为 06 1 2 5 , 混凝土保护层为 2 5 m m。混凝土梁成形 2 8 收稿 E t 期 : 2 0 1 21 2 0 7 基金项 目: 国家 自然科 学基金项 目( 5 0 8 7 9 0 7 9, 5 1 2 7 9 1 8 1 ) ; 水利部公益性行 业科研专项 经费项 目( 2 0 0 9 0 1 0 6 5 ) 作者简介 : 伍亚玲 , 女 , 硕士研 究生, 主要从 事混凝土结构研 究。Em a i l : w u y a l i n g 1 9 8 8 1 6 3
7、e o m 第 1 1期 伍亚玲 , 等 : 水工混凝土氯 离子扩散 系数初期衰减 规律研 究 9 l d后 , 放置于现场 , 在梁 的 4个 侧面均 匀涂上 环氧树 脂 , 只保留梁的上下两面( 1 2 0 0 m m1 2 0 mm) 暴露于 感潮河段的 自然环境中。 暴露试验现场位于钱塘 江下游河 口强感潮河段 , 试验混凝土梁绑扎于丁坝上 , 受 自然潮汐作用 , 每天干 湿循环两次。河 口地 区春、 夏 、 秋 、 冬季平均温度分别 为 1 7 , 2 7 c lC, 1 7和 6 o C, 相对湿度分别为 7 8 , 8 0 , 8 0 和 7 5 。上述混 凝 土梁分别 经过
8、1 2 0 , 2 4 0 , 3 6 0 , 4 8 0 d和 6 0 0 d的现场侵蚀后 , 分别取得试验 梁的混凝土样本 , 每次每根梁取一个芯样。 混凝土中自由氯离子浓度的测试方法与文献 6 相 同 。 1 3 试验 结果 按上述方法 , 可测得 5个侵蚀时间段后的混凝 土 中自由氯离子浓度。以水灰 比为 0 5 5的混凝土中 自 由氯离子浓度为例 , 其不 同侵蚀时 间的自由氯离子浓 度 随深 度 的分布 如 图 1 所 示 。 图 1 试验混凝土梁 中的 自由氯离子浓度 随深度变化 图 1结果表明, 在感潮 自然氯盐环境下 , 混凝土 自 由氯离子浓度随着侵蚀时间增加而增大 , 而
9、且存在对 流 区。 2 扩散系数初期衰减规律 2 1 扩散 系数 的拟合 方法 用基于 F i c k第二定律 的解析解 拟合混凝 土氯离 子扩散系数 , 排除对流区的影响 , 利用稳定扩散区的氯 离子浓度数据 , 用最小二乘法拟合出 F i e k第二扩散定 律 方 程为 c =C o+( c c 。 ) 一e ( ) 式中, C 为混凝土初始氯离子浓度 , ; C 为混凝土表 面处氯离 子浓度 , ; D为 混凝土 的扩散 系数 , m s ; C 为时刻 t ( s )距离混凝土表面 ( m) 处 的氯离子浓 度 , ; e r f ( )为误差函数。 取 t 为试件 的腐蚀时间 , 将
10、 每个混凝土芯样各 深 度处的坐标值 ( , C )代入方程 ( 1 ) 由于近混凝 土 表面的氯离子浓度并不符合扩散规律 , 则从表面开始 依次排除数据 , 用其余数据拟合方程 ( 1 ) , 以相关系数 R 尽可能接近 1 作为拟合优度检验 。 将 排除数据 区域 定义为 对 流 区 , 保 留 的数 据 区域 定 义 为稳 定 扩 散 区 。 排 除对 流 区的数 据 后 , 以对 流 区和 扩散 区界 面 氯 离子浓度作为扩散表面的氯离子浓度 , 由于试验材料 中不含氯离子成分 , 故混凝土初始氯离子浓度 c 。 为0, 则拟合方程( 1 ) 变为 一l , C =C 。 1一e )
11、( 2 ) 2 Dt 式中, c 为对流区与扩散区界面处氯离子浓度 , ; 。 为对流区厚度 , m。 以相关系数 尽可能接近 1作为拟合优度检验 , 利用式( 2 ) 拟合氯离子扩散系数。 2 2 自然感潮环境 下的扩散系数 按照上述拟合方法, 对不同时间点测得 的氯离子 浓度进行混凝土扩散系数拟合。计算的各时段及不同 水灰 比混凝土的扩散系数平均值见表 2 。 表 2氯离子扩散 系数 扩散 系数 (1 0I 1 m s ) 时间 d 水灰比 0 5 0 水灰 比0 5 5 水灰 比0 6 0 从表 2可知 , 在相 同条件下 , 在侵蚀初期 , 氯离子 扩散系数随混凝土水灰 比的增大而增
12、大, 随着侵蚀时 间增长呈较快衰减的趋势。 2 3扩散系数初 期衰减规律 Ma n g a t 等将氯离子扩散 系数随时 间增长 而降低 的现象用幂函数来表征 , 得到寿命为 t 时混凝土的 氯 离子 扩散 系数模 型 为 D( t )=D 。 ( t o t ) ( 3 ) 式中 , m为经验系数 , 与水灰 比有关 ; t 。为混凝土养 护龄期 , d ; D 。 为参考期( 一般为 2 8 d ) 扩散系数 , m s 。 根据表 2的计算结果 , 选取侵蚀 1 2 0 d的氯离子 扩散系数为 D 。, 侵蚀 2 4 0 , 3 6 0 , 4 8 0 d和 6 0 0 d混凝土 氯离子
13、扩散系数为 D( t ) 。 根据公式( 3 ) , 计算得到的 m 值 见表 3 。 由此, 各水灰 比下试验混凝土的氯离子扩散系数 92 人 民 长 江 模型可归纳为( 4 )一( 6 ) 式 。 表 3 考虑 时间因素的氯离子扩散 系数模型 的经验 系数 m 水灰 比 均值 水灰 比 均值 水灰 比 均值 0 5 O 1 O 8 0 5 5 0 9 O 0 6 0 0 8 1 水 灰 比为 0 5 0: D( t ): 3 4 8 X 1 0 。 ( t t t ) 鹏 ( 4 ) 水灰比为 0 5 5 : D( t )= 3 5 71 0 一 ( t l t ) 如 ( 5 ) 水灰
14、比为 0 6 0 : D( t ) =3 8 71 0 ( t t t ) 叭 ( 6 ) 上述各式中, t 。 为养护 2 8 d后 1 2 0 d 侵蚀的时间。 D。 为对应 t , 的混凝土氯离子扩散系数 ( 可作为初始扩 散系数 ) 。 对表 3中的经验系数 , 及 室内标准养护条件下用 N E L法得到的扩散 系数 与时间关系 中的经验系数 分别进行拟合 , 可得到两种环境下经验 系数 m与水灰 比之 间 的关 系 , 见 图 2 。 图 2感 潮 自然 环 境 与 室 内试 验 的经 验 系 数 m 由图 2可知 , 相 同水灰 比条件 下, 感潮 自然 环境 比室内标准养护环境下
15、测试和计算所得的 m值要大, 如水灰比为0 5 0 时 , m, 比m 大。 其原因主要是室内标 准养护环境下是以电导率得出的扩散系数计算 m值 , 而感潮 自然环境下则是 以氯离子浓度 拟合 F i c k第二 定律来计算 , 二者的原理不 同造成 了结果的差 异。但 是感潮 自然环境 与室 内标准养护环境 下的 m值与水 灰 比的相关性均较好 , 与 Ma n g a t 的结论类 似 , 且相 关系数均达到了0 9 6 。 结合公式 ( 4 )( 6 ) , 可预测得到不同侵蚀时间下 水灰比分别为 0 5 0 , 0 5 5和 0 6 0的混凝土氯 离子扩 散系数。在上述感潮 自然环境下
16、 , 暴露 1 , 1 0 a及 2 0 a 后的混凝土氯离子扩散系数见表 4及图 3 。 由图 3可知, 感潮 自然环境下水工混凝土氯离子 扩散系数随时间增加而降低 , 且在早期降低尤为明显。 对 比分析感潮 自然环境下水工混凝土侵蚀 1 0 a和 2 0 a的氯离子扩散系数可知, 侵蚀 1 0 a 后 的混凝土扩散 系数随时间增加继续降低 , 但降低并不明显 , 扩散系数 趋 于稳定 。需 要说 明的 是 , 上 述 结 论是 在本 文 所 描 述 的配合 比和 自然环境条件下得到的。 表 4 不同水灰 比混凝土在不 同时间点 的氯离子扩散 系数 It t 3不同水灰 比的混凝土扩散 系数
17、 随时间的变化趋势 3 结 论 ( 1 )处于感潮河段的水工混凝土氯离子扩散系数 随时间增长而降低 , 且初期 降低 尤为明显, 至 1 0 a时 已基本稳定 , 接近于该环境下既有混凝土的扩散系数。 ( 2 )感潮 自然环境下 , 水工混凝土氯离子初期扩 散系数随时间的变化衰减规律可用指数 函数表征 , 水 灰 比对混凝土初期扩散系数、 经验系数有较大影响。 ( 3 )相 同水灰 比条件下 , 感潮 自然环境 比室内养 护环境所计算 的 m值要大。两种试验环境下 的氯离 子扩散系数模型 中的经验系数 m值 与水 灰 比的相关 性 均较 好 。 参考 文献 : 1 余红发,孙伟 , 麻 海燕,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水工 混凝土 氯离子 扩散系数 初期 衰减 规律 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【gr****7】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【gr****7】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。