模型再生混凝土氯离子非线性扩散细观仿真.pdf
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1、第 1 6卷第 5 期 2 O 1 3年 1 O月 建筑材料学报 j oURNAL OF BUI L D1 NG MATE RI AL S Vo L 16, 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 8 6 3 0 6 模型再 生混凝土氯离子非线性扩散细观仿真 应敬伟 。 , 肖建庄 。 ( 1 同济 大学 建 筑工 程 系 ,上海 2 0 0 0 9 2 ;2 同济大 学 先进 土木 工程 材料 教育 部重 点 实验 室 , 上 海 2 0 1 8 0 4 ; 3 广西 大学 土木建 筑 工程学 院 , 广
2、西 南 宁 5 3 0 0 0 4 ) 摘 要 :考 虑再 生混 凝 土 C l 一结合 的非 线性 , 对 再 生混凝 土 的 二 维 C 1 一扩散 性 进 行仿 真 模 拟 分析 , 研 究 了再 生混 凝 土 的 C l 一扩散 特性 通过 变化 再 生粗 骨料 取 代 率 、 老界 面 C l 一扩散 系数 、 浸 泡 时 间和 老砂 浆厚 度 等相 关参 数 , 对再 生混 凝土 的 C l 一 单 向扩 散 性 能进 行 了对 比分 析 结果 表 明 : 再 生混 凝 土 内部 C l 一浓度 ( 质量 浓度 , 下 同) 非均 匀分 布 , C 1 一非线性 结 合对 其扩散
3、影 响显 著 , 再 生 混凝 土 C 1 浓度沿着扩散深度呈波浪式下降, 再生粗骨料取代 率、 浸泡时间和老砂浆厚度等 因素的变化对 c l 一 浓度的影响随着扩散深度的增加而逐渐 变大, 且在界面过渡区的影响较为明显 关键 词 :模 型再 生 混凝 土 ;细观 ;C1 一扩散 ;非线 性结合 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 i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 3 0 5 0 2 2 M e s o - l e v e l Si m ul a t i o n o f Chl o r i d
4、 e No nl i ne a r Di f f u s i o n i n M o de l e d Re c y c l e d Ag g r e g a t e Co nc r e t e YI NG Y i n g we i XI AO Ji a n z h u a n g ( 1 De p a r t me n t o f Bu i l d i n g En g i n e e r i n g,To n g j i Un i v e r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2,Ch i n a :2 Ke y La b o r a t o r y o
5、 f Ad v a n c e d C i v i l En g i n e e r i n g Ma t e r i a l s o f Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n,To n g j i Un i v e r s i t y,S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4,Ch i n a 3 Sc h oo l of Ci v i l Eng i n e e r i ng a nd Ar c hi t e c t u r e,Gu a ngx i Uni ve r s i t y,Nan ni ng 53 00 0 4,Chi na )
6、Ab s t r a c t :Co ns i de r i n g t h e no n l i ne a r c h ar a c t e r i s t i c o f c hl or i de b i nd i ng,t he d i f f us i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f c hl o r i d e d i f f u s i o n i n mo d e l e d r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e ( RAC)wa s n u me r i c a l l y
7、 s i mu l a t e d Th e e f f e c t o f r e l e va n t p a r a m e t e r s( i e ,t h e r e p l a c e m e n t r a t i o of r e c y c l e d c o a r s e a g gr e g a t e s ,ol d i n t e r f a c i a l t r a ns i t i on z on e ( I TZ)di f f u s i v i t y,i m me r s i on t i m e a nd t he t hi c kne s s o
8、f ol d a d he r e d m o r t a r )o n t h e d i f f us i o n pr o pe r t i e s o f m o de l e d RA C wa s i nv e s t i g a t e d The r e s ul t s of pa r a me t e r s t ud y i nd i e a t e t ha t t he d i s t r i but i o n of c hl o r i d e i o n c o n c e n t r a t i o n i s n o n u n i f o r m i n
9、t h e mo d e l e d RAC;t h e e f f e c t o f n o n l i n e a r c h a r a c t e r i s t i c s o f c h l o r i d e bi nd i n g on c hl or i d e d i f f u s i on i s s i gn i f i c a n t ,a nd t he c hl o r i de i o n c o nc e n t r a t i o n i n RAC de c l i ne s wa vi l y a l on g t he d i f f u s i
10、on de pt h Fur t h e r m o r e, t he i nf l u e nc e s o f r e c y c l e d c oa r s e a gg r e g a t e, i m me r s i o n t i m e a nd t he t hi c kne s s o f ol d a dhe r e d mor t a r on t he v a r i a t i on o f c h l or i d e i o n c o nc e nt r a t i o n be c o me pr o no un c e d wi t h t he i
11、nc r e a s i ng d e p t h,a nd t hi s i 8 m o r e r e m a r k a bl e a t t he I TZ Ke y wo r ds :mod e l e d r e c y c l e d a gg r e g a t e c o nc r e t e;m e s o l e ve l ;c h l or i d e di f f us i o n;no n l i ne a r bi n di ng 与普 通 混凝 土 ( NAC) 相 比 , 由于再 生 骨 料 表 面 附着 老砂 浆 , 再 生 混 凝 土 ( RAC ) 的孔
12、 隙 率 比 NAC 高 , 微 观 结 构 不 同于 NAC 近 年来 , R AC 在 道路 方 面得 到 一些应 用 , 但 较少 用在 结构 构件 中 , 主要 原 因在 于再 生混 凝 土耐 久 性 问 题 没有 得 到 深 入 研 究 在沿 海 环境 和 除 冰 盐 环 境 下 , C 1 引 起 的 钢 筋 锈 蚀 收稿 日期 : 2 0 1 2 - 0 3 2 7 ;修 订 日期 : 2 0 1 3 - 0 3 2 9 基金项 目: 国家 自然科 学基金资助项 目( 5 1 1 7 8 3 4 0 ) ; 上海市科 委项 目( 1 0 2 3 1 2 0 2 0 0 0 ) 第
13、一 作者 : 应敬伟( 1 9 8 3 - ) , 男 , 河南 漯河人 , 广西大学讲 师, 博士 E ma i l : y i n g j i n g we i 1 2 6 c o rn 通信作 者 : 肖建 庄( 1 9 6 8 - ) , 男 , 山东 沂南人 , 同济大学 教授, 博士生导师 , 博 士 E ma i l : j z x t o n g j i e d u c r l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 6
14、 建筑材料学报 第 1 6卷 图 4孑 L 溶液中 自由 C l 一浓度沿扩散深 度分 布 Fi g 4 Fr e e c hl o r i d e i o n c on c e nt r a t i on d i s t r i bu t i o n i n po r e s ol ut i o n 图 5 混凝土 中总 C 1浓度沿扩散深度 的分布 Fi g 5 To t a l c hl or i de i o n c o nc e nt r at i o n di s t r i but i o n C l结合 阻碍 了 自由 C l 进一 步 向深处扩 散 ; 在 大 于 4 0 m
15、m 深 度 时 , 受 非 线 性结 合 影 响 的 自由 C l 一浓 度 比受线性结合影 响的 自由 c l 一 浓度下降速度更快 , 说 明非线 性结 合作 用对 C l 的阻 碍在 较深 部 位更 加 明显 图 5显示 了混 凝 土 中总 C l 一 浓 度 沿 着 扩 散 深 度 的分 布情况 , 从 图 5可 知 : 3种 总 C l 一浓 度均 随着 扩散深度增 加而 呈波 浪式下 降 , 在天然 骨料 处总 c l 一 浓度下降更快 , 考虑结合的总 c 1浓度下降速度 明显高 于无 结 合 的 总 C l 一 浓 度 , 说 明 C l 的结 合 阻 碍 了 总 C l 浓
16、度 向 深 度 的 扩 散 , 这 与 Ma r t i n P e r e z - _ 的研究 结果 一致 4 二维 Cr扩散性能变参数分 析 选 取再 生 粗 骨 料 取 代 率 ( R ) 、 老 界 面 扩 散 系 数 ( D。 i ) 、 再 生混凝 土 浸 泡 时 间 ( Ag e ) 和 老 砂 浆厚 度 ( T 。 ) 为模 拟对 比参 数 , c 取 0 2之 间均 分 的 2 1 个 点 采用 2 个参数衡量再生混 凝土模 型中的 C 1扩 散 能力 , 即 自由 C l浓 度和 总 C 1 一 浓 度沿 着直线 y 一 5 0 mm( 即一 半 高度处 穿 过模 型 中心
17、 的水平 线 ) 随深 度 的分 布 选 取 约 1 0 a即 3 1 5 3 6 0 0 0 0 S 时 的 C l浓 度 分布 为参 照 , 进 行 不 同 参数 影 响 下 C r 浓度 分布 的 比较 , 相关 物 理参数 如表 2所示 表 2 数值分析 的相关物理参数 Ta b l e 2 Re l a t e d p h y s i c a l p a r a me t e r s i n nu me r i c a l s i mu l a t i o n RC一 2 1 R( 2 2 1 0 0 RC一 2 3 RC一 3 1 1 RC一 3 2 1 O O 3 6 O 4 0
18、 5 RC 一 3 3 7 RC一 4 1 RC 4 2 1 O O 3 6 0 1 0 RC 一 4 3 4 1 再生 粗骨料 取代 率对 C r 扩散 的影 响 再 生粗 骨料 由天然 粗骨 料和老 硬化水 泥砂 浆 组 成 , 以再生 粗骨 料体 积 占总 粗 骨料 体 积 的百 分 比来 定义 R 对 于 R 为 5 5 6 的再生 混凝 土 , 选 取模 型 的 四个 角和 中 间骨 料 作 为再 生 粗 骨料 , 其 余 4个 骨料 为天然 粗 骨料 选 取 不 同 R 对 自 由 C l 浓 度 和 总 C l浓 度分 布 的影 响进 行分析 , 如 图 6 所 示 图 6 不
19、同再生粗骨料取代率下混凝土中 C 1浓度沿扩散深 度的分布 Fi g6 Ch l o r i de i on c on c e nt r a t i on d i s t r i bu t i o n a t di f f e r e nt RR A 由图 6可 以看 出 : 自由 C l 浓 度 随着 扩 散 深 度 的增加 而呈 波浪式 下 降 , 随 着 R 的增 加 而变 大 , 在 2 0 4 0 mm 深 度 范 围 内, R 的影 响 比较 明显 , 例 如 在边 界处 C l 一 浓度 均为 2 k g m。 , 扩 散深 度约 8 O mi l l 处 C l浓度 接 近 于
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