混凝土中温度对氯离子扩散系数的影响分析①

《混凝土中温度对氯离子扩散系数的影响分析①》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第31卷第3期佳木斯大学学报(自然科学版)Vol．31No．32013年05月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)May2013文章编号:1008－1402(2013)03－0325－03①混凝土中温度对氯离子扩散系数的影响分析1，2刘毅(1．同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海200092;2．同济大学地下建筑与工程系，上海200092)摘要:在研究温度对氯离子在混凝土中扩散的影响时，许多学者采用了引入Arrhenius公式的N．S．Berke公式和Boddy公式．为了

2、探究这两个公式在混凝土中应用的正确性，文章对公式的来源进行了梳理和推导，从混凝土的微观结构出发分析了引入Arrhenius公式考虑温度影响的合理性，并通过对相关腐蚀试验中活化能的计算，发现混凝土中活化能的取值与掺合料的种类和数量相关．考虑到混凝土是一种固体复合材料，因此，文中建议采用Boddy公式分析温度对扩散系数的影响并通过试验取得混凝土活化能的值．关键词:温度;氯离子扩散;Arrhenius公式;活化能中图分类号:TU528．33文献标识码:A0引言1．1液体中的扩散系数近年来，许多学者建立了各种混凝土寿命预测Einstein提出用水力

3、摩擦型估算无限稀释浓度模型，绝大部分是建立在氯离子扩散理论的基础下溶质的扩散系数，提出著名的Einstein－Stokes［1］［10］上．影响氯离子在混凝土中扩散的因素很多，比方程:如:混凝土材料、应力和裂缝、表面氯离子浓度、干湿循环等等，因此，不少学者提出了对扩散系数的［2～4］修正公式．当考虑温度对氯离子扩散系数影响［4］时，几乎所有学者都引用了Boddy或N．S．［5］Berke文中采用的引入Arrhenius公式的修正模［6～9］型，并附上了文中给出的活化常数参考值．然而，在Boddy和N．S．Berke的原文中并没有阐明两个公式

4、的确切来源，也没有给出相关参数的取值依据．如果直接引用该结论，可能会对混凝土中氯离子侵蚀程度造成误判，进而影响混凝土的寿命预测和耐久性评估．为了合理地分析温度对混凝土中扩散系数的图1扩散系数变化趋势曲线影响，建立更加准确的混凝土寿命预测模型，本文kT对此追本溯源，推导了考虑温度影响的氯离子扩散D=(1)6πμR0系数计算公式，肯定了引入Arrhenius公式考虑温度式中，k是玻耳兹曼常数，μ是溶剂粘度，R0是溶质作用的合理性．对相关腐蚀试验结果分析，进一步地的半径，T是温度．该方程假设溶质粒子大小要远发现混凝土活化能与掺合料的种类和数量相关

5、．大于溶剂粒子大小，不适合溶质与溶剂粒子大小相1固、液体中的扩散系数似的情况，也只能限制在稀释溶液中适用．不少研究者针对E－S方程提出了改进，一般都认可式中①收稿日期:2013－03－18基金项目:国家自然科学基金(51178341)．作者简介:刘毅(1989–)，男，四川乐山人，同济大学地下建筑与工程系，在读硕士，主要从事桩基工程耐久性研究．326佳木斯大学学报(自然科学版)2013年温度与粘度对扩散系数的影响关系，而对其他参数物质在纯净固体中的扩散系数一般是非常小［11］进行修正．由此可以看出，对于溶液中的扩散，的，比如，C在铁素体α－

6、Fe中的扩散系数都小于－202扩散系数D一般正比于温度T，反比于溶剂粘度，10(cm/s)的数量级．但是绝大部分现实中的固引入常数A1，可统一采用下式表达这一关系:体不是纯净物，而是混合物，甚至是带有很多杂质、T缺陷的混合物．物质在这样的固体中扩散时，一般D=A1(2)μ会沿着内部的缺陷或“空位”迅速向内部侵入，而Eyring提出反应速率理论来计算液体的粘度，使测试出的扩散系数相对较大，比如，Ti4+f和Fe2+他认为液体分子要从空间一个位置到另一个位置致色离子在蓝宝石中的扩散系数就达到必须克服一个能垒，分子必须具有较高的能量，越10－9(

7、cm2/s)数量级［13］．［12］过能垒才能实现移动．分子越过能垒的速率类似于反应速率，即Arrhenius公式:2混凝土中的扩散系数Uk'=A2exp(－)(3)式(6)中稀溶液中溶质的扩撒系数计算公式RT可以改写成如下形式:结合上式、牛顿运动定律和液体结构，Eyring得到T11液体粘度的表达式:D=D0()exp［q(－)(9)T0T0ThNUμ=exp()(4)同理，式(8)中固体中物质的扩散系数估算公VRT式可以改写成如下形式:式中，k'是反应速率，A2是试验参数，N是阿佛加德11罗常数，V是摩尔体积，h是普朗克常数，R是理想D

8、=D0exp［q(－)］(10)T0T气体常数(8．314J/mol·K)，U是活化能(kJ/mol)．2式中，D0是在温度T0下测定的扩散系数(m/s)，q根据上式，为了得到温