多因素作用下混凝土中氯离子扩散计算新方法.pdf
《多因素作用下混凝土中氯离子扩散计算新方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多因素作用下混凝土中氯离子扩散计算新方法.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 1 6卷第 5期 2 0 1 3年 1 O月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S Vo 1 1 6, No 5 0c t , 2 O1 3 文 章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 7 7 7 0 5 多因素作 用下混凝 土 中氯离子扩散计 算新 方法 刘 均利 , 方 志 ( 1 湖 南大 学 土木 工程 学 院 ,湖南 长 沙 4 1 0 0 8 2 ; 2 桂 林理 工 大学 广 西岩 土力 学与 工程 重点 实验 室 , 广西 桂 林 5 4 1 0 0 4 ) 摘要 :为改善 现 有氯
2、离子 扩散 理论 模 型不 能考虑 计 算期 内大气温度 、 大气 湿度 随 时间 变化 的 不足 , 在 F i c k第二 定律 基础 上 , 提 出了一 个计 算 氯 离子 在 混凝 土 中扩散 的新 方 法 该 方 法不但 能考 虑 水 灰 比、 龄 期 、 温度 、 湿度 、 混凝 土与 氯 离子 结合 能力 的影 响 , 而且 能 考虑 混凝 土 结构 服 役 期 内大 气温 度 和 大 气湿度 的 时变效 应 通 过 与理 论 模 型和 有 限 差 分 法 计 算 结果 的对 比, 验 证 了该 方 法 的正 确 性 和有 效性 关键 词 :混凝 土 ;氯 离子 ; 扩 散 系数
3、 ;气候 变化 中图分 类号 : TU5 2 8 0 1 文献 标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 3 0 5 0 0 7 Ne w M e t ho d t o Ca l c u l a t e Ch l o r i d e I o n Di f f u s i o n i n Co nc r e t e u n de r I nf l u e nc e s o f M u l t i pl e Du r a b i l i t y Fa c t o r s L Ju n l i , F ANG Zh i (
4、1 Sc ho o l o f Ci v i l En gi ne e r i ng,H u na n Un i ve r s i t y,Ch a ng s ha 41 0 08 2,Ch i n a;2 Gu a n g x i Ke y La b o r a t o r y o f Ge o me c h a n i c s a n d Ge o t e c h n i c a l En g i n e e r i n g ,Gu i l i n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ,Gu i l i n 5 4 1 0 0 4 ,Ch i
5、 n a ) Ab s t r a c t :Exi s t i n g a na l y t i c a l c hl o r i de i on di f f us i o n m o d e 1 c a n n o t b e us e d t o c o ns i d e r t he t i m e i n vi t a t i o n e f f e c t o f t e mpe r a t ur e a nd r e l a t i v e humi di t y i n c ompu t a t i on p e r i o dBa s e d o n t he Fi c k
6、 S s e c on d l a w ,a ne w me t ho d t o c al c ul a t e c h l o r i d e i o n di f f u s i v i t y wa s e s t a bl i s he d。whi c h c o ns i de r s no t o nl y t he i n f l ue nc e s o f wa t e r c e m e n t r a t i o,t i m e a n d c h l or i d e i o n b i n di n g c a p a c i t y o f c o nc r e t
7、 e,bu t a l s o c o ns i de r s t he t i me v a r i a n t e f f e c t of t e m p e r a t u r e a n d humi d i t yTh e v a l i d i t y o f t he ne w mo de l wa s ve r i f i e d t hr o ug h t he c o mpa r i s on o f r e s u l t s b e t we e n t h e p r o p o s e d me t h o d a n d t h e e x i s t i n
8、g a n a l y t i c n u me r i c a l mo d e 1 Th e a p p l i c a t i o n s c o p e o f t hi s m e t ho d i S wi d e r t h a n t ha t o f t he a n a l y t i c a l di f f u s i o n mod e 1 Ke y wo r d s:c o nc r e t e;c hl o r i de i o n;di f f us i o n c o e f f i c i e n t ;c l i m a t e c ha n ge 氯离子
9、侵蚀是混凝土结构发生耐久性破坏的主 要 因素之一 计算 氯离子在混凝土 中的扩散主要有 数值计算方法和解析方法 数值计算方法能模拟各 种 边 界 条 件 和影 响 因素 , 结 果 精确 , 但 需要 编 程 , 计 算量大, 不便于工程应用 描述氯离子扩散的偏微分 方 程 求解 较 为复杂 , 目前 已有不 同边 界条 件 、 扩 散 系 数 的不同时 变规 律和 不 同结构 体 型的理 论解 , 如 C o l l e p a r d i 等 采用 F i c k第二 定律 得 出 了氯离 子 扩 散 的解析 解 , 但 由于扩 散 系数 D 是 一 个 随 时 间变 化 的函数 , C
10、o l l e p a r d i 模型与实际工程误差较大 ; 余红 发等 2 在 F i c k第 二定律基础上 , 提 出了综合考 虑 氯离 子结 合 能力 、 氯 离 子 扩 散 系数 随龄 期 衰 减 和结 构微 缺 陷影 响 的混 凝 土 中 氯离 子 扩 散 方 程 ; 孟 宪强 等 6 综 合考 虑 了影 响氯 离 子 扩 散 系 数 的 时 间效 应 、 收稿 日期 : 2 0 1 2 - 0 6 0 8 ;修订 日期 : 2 0 1 2 0 7 2 5 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 7 8 1 8 2 ) ; 广西科技开发计划项 目( 桂科 攻 1
11、 3 5 5 0 0 8 9 , 桂科 攻 0 8 1 6 0 0 6 4 ) ; 广西重点实验室建设 基金项 目( 1 1 - C X 一 0 5 ) 第一作者 : 刘均利 ( 1 9 7 8 一) , 男 , 山东泰安人 , 湖南大学博士生 E ma i l : p c b r i d g e 9 6 9 8 g ma i l c o rn 通信作者 : 方志 ( 1 9 6 3 一 ) , 男 , 湖北黄 冈人 , 湖南大学教授 , 博士生导师 , 博士 E ma i l : z a c k f a n g 1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c
12、o m 7 7 8 建筑材料学报 第 1 6 卷 混凝 土 的氯 离子 结 合 能力 、 温 度 、 劣 化效 应 、 应 力 与 开 裂状 态 、 环 境 条 件 等 因素 , 对 基 于 F i c k第 二 定 律 的扩散 方程 进行 修 正 , 得 到 了 预测 混 凝 土 中 氯离 子 浓度分 布 的多系数 扩散方 程 ; 薛鹏 飞 等L 7 通 过对 F i c k第二定律的假定进行修正 , 综合考虑扩散系数 的时随效应 、 混凝土的氯离子结合能力和混凝土 自 身缺 陷对 扩散 过程 的影 响 , 推 导 了氯离 子 在 混 凝 土 中扩散的多因素修正模型 ; Me j l b r
13、 o等I 8 综合考 虑 养护 条件 、 环境 因素 、 环境 温度 和氯 离子扩 散 系数 随 龄期 衰减 的影 响 , 在 F i c k第 二定 律 基 础上 得 出 了扩 散方 程 全球 变 暖加速 氯 离 子 扩散 , 对混 凝 土 结 构 耐 久 性 不利 许 多学者 基 于 F i c k第 二 定律 提 出 了 多种 氯离子扩散修正计算公式, 但 由于描述氯离子扩散 的偏微 分方 程求 解 复 杂 , 往 往需 要 对 影 响 氯 离子 扩 散 的因素作 一定 程 度 的简化 和假 设 , 在 实 际 应用 时 就会受到一定 限制 S t e wa r t 等 1 采用 Me
14、j l b r o理 论模 型 , 研 究 了气候 变化 对 海 洋 混凝 土 结 构 耐 久性 的影 响 , 由于其 以计 算期 末 的最 高 温度 来 代 表 实 际 温度 , 其结 果偏 于保 守 Ha s s a n等 口 妇 采 用 有 限 差 分 法研究 了气候变 化对 氯盐 环境 下混凝 土结 构开 始 锈 蚀 时间 的影响 , 结果 精确 , 但编 程较 复杂 基 于 此 , 本 文在 F i c k第 二定 律 的解析 模 型基 础上 , 提 出了一 种 计算氯盐环境下混凝 土中氯离子分布的新方法 , 该 方法不但能考虑温度、 湿度、 龄期 、 氯离子结合能力 等 多种 因素
15、对 氯 离 子 扩散 的影 响 , 而 且 能考 虑 混 凝 土 结构 服役期 内气 候 变 化如 大 气 温 度 、 湿度 等 的时 变 效应 1氯离子 扩散模型 C o l l e p a r d i 等l 1 用 F i c k第 二定律 描 述氯 离 子在 混 凝 土 中的扩散 : 一 D qo 2 C ( 1 ) a az 式 中 : D 为扩散 系数 ; t 为暴 露 时 间 ; c 为 距混 凝 土 表 面 z处 的氯离 子 浓 度 假 设 D 为 常 数 , 氯 离 子 的 扩 散 向半无 限 空 间进 行 , 初 始条 件 : 当 t 一 0 , z 0时 , c C 。 ;
16、 边界条件 : 当 z一0 , t O时 , c c , 其 中 c o为 混凝土中的初始氯离子浓度, c 。 为表面氯离子浓度, 则式 ( 1 ) 的解析 解为 l 1 : z ) 一C o +( c s f o ) e r f c ( J ( 2 ) 式 中 的 e r f c () 为余 误 差 函数 C o l l e p a r d i 模 型 计 算 过程简单 , 应用方便, 但误差较大 许多学者在 C o l l e p a r d i 模 型基 础上 进 行 改 进 , 其 中余 红 发l 2 理 论 模 型具有 代表 性 考 虑氯 离 子 扩 散 时部 分 氯 离 子 与 混
17、 凝 土 相 结 合 , 则 扩散过 程 为 : 一3ct一 D 3c C f 3t 3x ( 3) 一 a - z 、 式 中 : C 是 总 氯 离 子 浓 度 , 它 由 自由 氯 离 子 浓 度 c 和结 合氯离 子浓 度 组 成 , c :C + 混 凝 土 的氯 离子 结合 能力 定义 为 RC b 对 于 普 通水 泥混 凝 土 , R一2 4 ; 对 于高 性能水 泥混凝 土 , R一3 1 5 _ 3 混凝 土 的抗 氯 离 子 扩 散 能 力 随龄 期 增 加 而 增 强 , t 时刻 的氯 离 子扩 散 系 数 D ( ) 一D。 ( t t 。 ) , D 。 是 龄期
18、 t 。 ( 一般 取 2 8 d ) 时 的氯 离子 扩 散 系 数 , 也称 为参 照 氯离子 扩散 系数 , m 为龄期 影响 系数 由于 目 前 针对 扩散 系数 衰 减 进行 试 验 研 究 的时 间还 较 短 , 尚不能 确定几 十年 后 的扩散 系数衰 减规律 是 否与 前 2 年 或前 1 0年 相 同 , 为避 免 D( ) 值 过小 , 假 定 当龄 期大于 2 5 3 0 a 时, D( ) 不再 降低而保持恒定l_ 1 混 凝 土在使 用过程 中其 内部 产生微 裂纹 等缺 陷 后, 氯离子会加速扩散 , 余红发等_ 2 用劣化效应系数 K 来表 示这 一影 响 , 即
19、 D = = = KD。 环 境 温度 丁 和相 对湿 度 RH 也对 氯离 子 扩 散 有显 著 影 响 , 可 分 别用 厂 ( T) 和 厂( R H) 表 示 这 两 者 的影 响 , 从 而 导 出 同 时 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 、 结构缺陷、 温度和湿度影响的氯离子扩散 新 方程 : 一K厂( T) f( RH) Do 一 3 C f , 3t 一 1+ R 3 z 初 始条件 为 : 当 一0 , x O时 , c f =c 。 ; 边 界条 件 为 : 当 z =0 , t O时 , c r c , 求解 后 可得
20、扩 散模 型 : c f ( 1z , )一 C o + ( c 一 C 0 ) f z 1 I e r f c l 9 D 。 f ( R H ) f ( T ) t 。 I ( 5 ) I ( 1 + R) ( 1 一 m) J 式 ( 5 ) 一般称 为 多因素 扩散模 型 , 该 模 型概 念 明 确 , 计算过程简单 , 能考虑温度 、 湿度 、 龄期 、 劣化效 应 和混凝 土与氯 离子 结合 能力等 因素对 氯离 子 扩散 的影 响 但 由于 描 述 氯 离子 扩 散 的偏 微 分 方 程 求解 复杂 , 该模型也存 在如下不足: ( 1 ) 只能考虑温度和 湿度 恒定 情 形
21、, 即 -厂 ( RH) , , ( T) 为 常数 , 而 不 能 考 虑f( RH) , 厂( T ) 随 时 间变 化 的情 形 , 也不 能 考 虑 混 凝 土劣化 的时变特 征 ; ( 2 ) 一般 理论模 型假 定混 凝 土 结 构从龄 期 t 一0就开始 暴 露在 氯 离子 环境 中 , 并 考 虑 D 随 t 幂 函数减 小l l _ 8 l , 文 献 E 1 2 假定 在混 凝 土龄 期 2 5 3 0 a内 D 随 t幂 函 数 减 小 , 超 过 2 5 3 0 a 后 , D 即保 持稳 定 , 因此 , 如考 虑 混凝 土 龄期 与暴 露 学兔兔 w w w .x
22、u e t u t u .c o m 第 5期 刘均利 , 等 : 多因素作 用下混凝土 中氯离子扩散计算新方法 7 7 9 时间不一致 , 也将 增加求解 难度 , 导致该模 型不再 实用 氯 离子 浓度 差是 氯离 子在 混凝 土 中扩散 的驱 动 力 , 而混凝 土 的 扩 散 系数 反 映混 凝 土 抗 氯 离 子 扩散 的能 力 , 二 者 是 影 响 氯 离 子 扩 散 的 主 要 因 素 由式 ( 2 ) , ( 5 ) 可 知 , 如果 混 凝 土 表 面氯 离 子 浓 度 保 持 不 变 , 则 混凝 土结 构 在氯 离子 环 境 中暴 露 时 间 t 后 , 氯 离 子沿
23、混 凝 土 表 面 深 度 的分 布 服 从 余 误 差 函数 曲 线 假定氯离子在时间间隔 ( t , t +A t ) 内的扩散仅与 时间 t 的氯离 子 浓度 差 和 氯 离 子扩 散 系数 D 有 关 , 而 与 t 时刻之 前 的氯离 子 扩散 历 史 和氯 离 子扩 散 系 数 无关 , 则 式 ( 4 ) 可 改写 为 : 一 D Ox ( 6 ) a 一 式 ( 6 ) 中 D 为 时 间 间 隔 ( 0 , ) 内 的 等效 氯 离 子 扩 散 系数 : 1 r D 一 I D( r ) d r ( 7 ) t 时刻 的氯离 子 浓度分 布 可表示 为 : 一 C o + (
24、 C s - C O ) e r fe r c ( ) ( 8 ) + 时刻 的氯 离子浓 度 分布 可表 示为 : c ( z , + ) 一 c 。 + ( C s - C O ) e r fc ( ) ( 9 ) 式 ( 9 ) 中 D , 是 时 间段 ( t +A t ) 内的 等 效 氯 离子 扩散 系数 : D ,一 1 D ( r ) d r ( 1 。) 由式 ( 8 ) 可 得 : 一 ( 五 ) ( 1 1 ) 由式 ( 9 ) 可 得 : D , ( + At )一 ( 2 e r fc t A t ) ) ( 1 2 c ( , + 一 ( c 一 c 。 ) ) 假
25、 定 D( t ) 在 微 小 时 段 A t内 保 持 不 变 , 由 式 ( 7 ) , ( 1 0 ) 可得 : D , ( + At )一 D t D ( )At ( 1 3 ) 令式( 1 2 ) 减去式( 1 1 ) 并代人式( 1 3 ) 可得 : ) A t 一 ( 葫 丽 ) ( 面 _ ) ( 1 4 ) 简化 式 ( 1 4 ) 。 可得 : c c , + = c。 -ccs c。 errc : i i ; ; ; i : : c 5 式 ( 1 5 ) 即为本 文推 出的计算 模 型 从式 ( 1 5 ) 可 看 土 ( 水灰 比 0 2 5 0 4 5 ) 取 m一
- 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:
- 因素 作用 混凝土 氯离子 扩散 计算 新方法
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【xiaol****an189】。
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【xiaol****an189】,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。