干湿循环下氯离子在混凝土中的传输

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1、薛文等：干湿循环下氯离子在混凝土中的传输7干湿循环下氯离子在混凝土中的传输薛文，王卫仑，龚顺风，金伟良(1．浙江大学建筑工程学院。杭州310058；2．深期l市土木工程耐久性重点实验室、深圳大学土木工程学院。广东深圳518060)【摘要】结合水分在混凝土中的渗流模型，建立在浓度梯度和孔隙液饱和度梯度的耦合作用下的氯离子在混凝土中的传输模型，并采用真实海洋环境中干湿循环作用下的暴露试验数据验证了模型的准确性和适用性。【关键词】干湿循环作用；非饱和混凝土；氯离子扩散【中图分类号】TU528．0【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2010)06—0007—03在氯盐侵蚀环境中，干湿循

2、环区域的混凝土往往是整1．2孔隙压力P与孔隙水饱和度s关系的确定体结构中钢筋锈蚀最严重的部位。由于干湿循环的作用，干湿循环作用时，孔隙水饱和度经时变化，水分运动可混凝土内部存在氯离子浓度场梯度、孔隙液饱和场梯度和分为渗入和蒸发两个过程。其中，孔隙压力P与孔隙水饱和温度场梯度，氯离子在扩散和对流等多种复杂机制的耦合度s的关系可表示为：作用下以较快的速度向混凝土内部渗透，因此，干湿循环作渗入过程：：1一exp(2BCrco~(0))(3)用下混凝土中的氯离子传输问题实质上是氯离子随孔隙液在非饱和多孔介质中的传输问题，对流和扩散是其运动的干燥过程：主要方式。Sd：[1一exp(2BCTeos(8

3、))][1研究者为求形式上的简化，倾向于用Fick第二定律及其恒定边界条件的解析解来计算干湿循环作用下混凝土中一In(1-exn(2BCrco．(e)))](4)的氯离子传输问题。但采用该理论描述离子运动特征的前将(3)式、(4)式的反函数代入(2)式，得到以孔隙饱和提是孔隙液饱和，即适用于静态溶液中由于氯离子浓度梯度为自变量的水分扩散系数计算函数。将干湿循环过程划度造成的离子扩散。当孔隙液在干湿循环的作用下处于非分为润湿阶段的水分渗入和干燥阶段的水分蒸发子过程：饱和状态时，直接采用Fick第二定律分析检测数据时，分析润湿阶段：结果与试验数据的相关性并不理想J。D删(s)=Dhs)+D佴(

4、s)=(h+)ap／as(5)1理论分析其中，Kl。[1-In()(1一)]1．1水分在混凝土内部的渗流模型氯离子在混凝土内部通过孔隙液中水分子的媒介作用k=丽(pod#Do1／2t()进行传输。为讨论干湿循环作用下氯离子在混凝土内部的，)+Z(r一)、运动特征，须首先讨论孔隙水的渗流模型。干湿循环作用下，水分在孔隙压力梯度的驱动下在混[(exp(詈凝土内部传输。根据Darcy定律及Fiek定律，混凝土内部水一丝呈!(旦)(1一s)In(1一s)分的渗流量可表示为】：十燥阶段：L=一D(s)grads(1)D岫I(J)=D】d(J)+d(J)=(+K,j)ap／as(6)水分包括气体和液体

5、两种状态，水力扩散系数包括两其中，种状态的贡献J：D(s)=DI(s)+D(s)=(+K)ap／Os(2)Kld也otPn(1一(1一ln(exp(1ambertw()+1)+1)5．2’exp(1ambertw(-s)十1)十1)其中，Ki=(frdV)po~bDopodpDo1一s==()1+Z／2(rm—t)p：f墨璺塑(旦2、)为确定水分扩散系数，须研究孔隙压力P和孔隙饱和度exs间的关系。[基金项目】深圳市土木工程重点实验室资助项目(SZDCCE09—02)8低温建筑技术2010年第6期(总第144期)亚一墨!(2：!!rt二s／e)exp(1ambeaw(一s／e)+1)Oss

6、。In(一exp(1ambenw(一s／e)+1)+1)(1ambe~w(一s／e)+1)(一exp(1ambenw(一s／e)+1)+1)W=lambenw()是方程wexp(W)=的解J。环。模拟浪溅区试验站位于海水池边大气中该区域中的试1．3氯离子在混凝土中的传输模型件每天受到两次海水喷淋，每次持续4h，两次喷淋间隔8h，氯离子在孔隙非饱和状态下的传输过程可以用对流扩干湿循环比例为2：1。该暴露试验站所处地区室外大气的散方程描述J：温湿度在整个暴露试验周期内均较高，暴露初期(10月)大Jcl=一D。‘。grad(C)+CJl(7)气的平均温度为23℃，平均RH为75％左右。Jl=一(

7、s)grads2．3试验结果．，为液态水分流速(m／s)；(s)是各向同性的渗流系采用酸溶法萃取粉样中的氯离子，并用电位滴定法测定各粉样中的氯离子浓度值。测试结果见图1。数，取D(s)=K(s)op／Os，则渗流速度可以表示为扩散格式J。=一Dgrads_由于结合氯离子质量守恒，可以得到：渗入过程：、^=div[(Dsgrad(c)+cDgrad(s)](8)避U‘赠干燥过程：一捌加=div[(Dsgrad(c)+C'D