带裂缝混凝土氯离子扩散作用试验研究及数值模拟

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1、带裂缝混凝土氯离子扩散作用试验研究及数值模拟摘要：中国8/vie　　为了准确评估带裂缝工作混凝土结构的耐久性能，针对氯离子在带裂缝混凝土中的扩散过程进行研究。提出了无损制备裂缝的方法，可高效易行地在混凝土侧面及内部产生裂缝。对带裂缝的水泥砂浆试件进行氯盐溶液浸泡试验，深入研究了单缝和双缝试件中氯离子的扩散作用，修正了氯离子的扩散系数，并对带裂缝混凝土的氯离子扩散过程进行了数值模拟。研究结果表明：氯离子会沿裂缝发展方向及垂直于裂缝发展方向扩散，随着水灰比的减小，砂浆试件的抗氯离子扩散性能明显提高，在一定范围内，当裂缝间距增大，双缝间的氯离子

2、扩散交互影响作用明显减小，ANSYS软件的模拟结果与试验数据吻合良好。　　关键词：　　混凝土；裂缝；氯离子；扩散试验；数值模拟　　中图分类号：TU528.01　　文献标志码：A：16744764（2017）02003508　　Abstract：　　Processofchlorideiondiffusioninconcreteanceofconcretestructureethodisproposed，mersionexperimentsontheconcreteenulatingchlorideiondiffusionprocessofc

3、oncreteentratio，resistivitytochlorideiondiffusionincementmortarspecimensincreasedsignificantly.Inaspecificrange，increasingcracksspacing，thechlorideiondiffusioninteractionbetulationresultsinANSYSareingoodagreementericalsimulation　　中��的基础设施建设现正处于高峰期，其中已暴露出大量的结构耐久性问题。氯离子扩散作用

4、所造成的钢筋锈蚀在整个耐久性问题中尤为严重。混凝土结构会在温度效应、体积收缩及荷载等作用下产生裂缝，加速保护层混凝土的失效进程，使钢筋遭受腐蚀，进而降低混凝土结构的耐久性。通过研究氯离子在带裂缝混凝土结构内的扩散过程来预测内部钢筋的脱钝时间，可以为结构的耐久性评估提供方便，具有十分重要的现实意义。　　学者们通过对浸泡条件下氯离子在带裂缝混凝土中的扩散过程研究，得出了以下结论：相同侵蚀时间内，裂缝处的氯离子浓度显著增加，侵蚀一定时间后，垂直裂缝路径的氯离子浓度分布与暴露表面向混凝土内氯离子扩散过程的分布十分相似[15]。张君等[6]研究表明

5、，短期侵蚀作用下，裂缝处的氯离子浓度与裂缝宽度有关，而长期侵蚀作用下，裂缝处氯离子浓度受裂缝宽度的影响较小。氯离子在混凝土中的扩散速度小于其在裂缝中的速度，裂缝曲折性对氯离子扩散过程造成的影响不明显[78]。Takem时，裂缝对氯离子的扩散系数影响很小；在0.05～0.1mm之间时，扩散系数能够增长10倍；大于0.1mm时，扩散系数还会大幅增加。另外一些学者研究发现，裂缝内的氯离子扩散系数随着裂缝宽度的变化存在上下限值[1013]，其中，上限为氯离子在水中的扩散系数，下限为氯离子在相应混凝土内的扩散系数。延永东等[14]对己有文献中的试验

6、结果进行了总结，得出了裂缝宽度在0.03～0.125mm之间氯离子扩散系数的计算公式。　　目前，制备带裂缝混凝土的方法有一定的局限性，关于带裂缝混凝土中氯离子扩散机理方面的研究还不够完善。笔者提出了无损制备裂缝的方法，通过氯盐溶液浸泡试验方法，研究裂缝宽度及裂缝深度对单缝试件及裂缝间距对双缝试件氯离子扩散过程的影响，修正氯离子扩散系数，利用ANSYS模拟氯离子扩散过程，并将其结果与试验数据进行对比。　　1氯盐溶液浸泡试验　　1.1试件的制备　　试验采用水泥砂浆制作试件。相比混凝土，水泥砂浆较均匀，有利于观察试验结果及数值模拟。试验中单缝试

7、件的裂缝宽度为0.2mm、深度为40mm；双缝试件的裂缝宽度为0.2mm、深度为50mm，裂缝间距分别为10、20及30mm，砂浆配合比见表1。