水工混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)初期衰減規(guī)律研究

1、第44卷第11期2013年6月人民長江YangtzeRiverVoI44No11June，2013文章編號：1001—4179(2013)11—0090—03水工混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)初期衰減規(guī)律研究伍亞玲，張俊芝，傅招旗，莊華夏，許亮(浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州310014)摘要：在錢塘江自然感潮氯鹽環(huán)境條件下，通過現(xiàn)場侵蝕試驗，測得受侵蝕120，240，360，480d和600d后水工混凝土梁中的自由氯離子濃度。分析結(jié)果表明，

2、隨著侵蝕時間的推移，混凝土中自由氯離子濃度也相應(yīng)增加；基于Fick第二定律擬合計算了氯離子擴(kuò)散系數(shù)，計算結(jié)果顯示，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨侵蝕時間推移而減小，且初期衰減較快其后趨于平穩(wěn)，其衰減規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)來表征。關(guān)鍵詞：混凝土；氯離子；擴(kuò)散系數(shù)；衰減；Fick第二定律；感潮河段中圖法分類號：TV431文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A在早期的水工混凝土氯離子擴(kuò)散研究中均假設(shè)氯離子擴(kuò)散系數(shù)是恒定的，實際上，氯離子擴(kuò)散系數(shù)并非恒定，而是隨時間變化的。通過對實際檢測

3、結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，齡期較長昆凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)較小，尤其在開始的1—3a內(nèi)，擴(kuò)散系數(shù)降低尤為明顯。表明混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)不僅與混凝土內(nèi)部因素有關(guān)，同時也受到外部因素和齡期的影響。掌握這種混凝土擴(kuò)散性能與時間的關(guān)系，需要長期的監(jiān)測或試驗研究。由于環(huán)境因素的影響，現(xiàn)場環(huán)境條件下混凝土的氯離子擴(kuò)散性能可能與室內(nèi)人工試驗環(huán)境條件下的相差較大，但同時現(xiàn)場試驗需要耗費(fèi)較長時間。為此，目前對混凝土氯鹽環(huán)境下的擴(kuò)散性能研究，已從單一的現(xiàn)場或室內(nèi)試驗上

4、升到室內(nèi)模擬腐蝕與現(xiàn)場侵蝕的相似性研究，通過分析室內(nèi)試驗與現(xiàn)場環(huán)境的相似性，以利用較短時間的室內(nèi)侵蝕試驗來推論現(xiàn)場環(huán)境下的侵蝕結(jié)果。相對于典型的海洋環(huán)境，感潮河段水工混凝土環(huán)境中水體的氯離子濃度、結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的干濕間隔時間及環(huán)境溫度等因素均有所不同，這些因素也必然影響混凝土擴(kuò)散性能。本文以自然感潮河段氯鹽環(huán)境下的現(xiàn)場暴露試驗為基礎(chǔ)，基于Fick第二定律，分析現(xiàn)場暴露混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)，研究了該環(huán)境條件下混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)初期衰減規(guī)律

5、，得到的結(jié)論可為處于該環(huán)境條件的水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及壽命評估提供參考。1感潮環(huán)境下的侵蝕試驗11試驗原材料試驗混凝土采用錢潮牌P325復(fù)合硅酸鹽水泥，人工骨料最大粒徑為40mm。砂子采用細(xì)度模數(shù)為25的河砂。拌和用水及養(yǎng)護(hù)用水為杭州當(dāng)?shù)氐淖詠硭，F(xiàn)場試驗采用的水工混凝土配合比見表1。表1現(xiàn)場試驗水工混凝土配合比12試驗方法現(xiàn)場試驗構(gòu)件為混凝土梁，為避免混凝土隨機(jī)性的影響，每種水灰比各澆筑5根混凝土梁。其試驗混凝土梁的尺寸為1200IT

6、lmx200mm120mm。試驗梁底部配2010的鋼筋，架立筋為2010，箍筋為06@125，混凝土保護(hù)層為25mm?；炷亮撼尚?8收稿Et期：2012—12—07基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(50879079，51279181)；水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費(fèi)項目(200901065)作者簡介：伍亞玲，女，碩士研究生，主要從事混凝土結(jié)構(gòu)研究。E—mail：wuyaling1988@163eom92人民長江模型可歸納為(4)一(6)式

7、。表3考慮時間因素的氯離子擴(kuò)散系數(shù)模型的經(jīng)驗系數(shù)m水灰比均值水灰比均值水灰比均值05O1O805509O060081水灰比為050：D(t)：348X10。(tt／t)鵬(4)水灰比為055：D(t)=35710一(tl／t)如(5)水灰比為060：D(t)=38710(tt／t)叭(6)上述各式中，t。為養(yǎng)護(hù)28d后120d侵蝕的時間。D。為對應(yīng)t，的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)(可作為初始擴(kuò)散系數(shù))。對表3中的經(jīng)驗系數(shù)，及室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下

8、用NEL法得到的擴(kuò)散系數(shù)與時間關(guān)系中的經(jīng)驗系數(shù)分別進(jìn)行擬合，可得到兩種環(huán)境下經(jīng)驗系數(shù)m與水灰比之間的關(guān)系，見圖2。圖2感潮自然環(huán)境與室內(nèi)試驗的經(jīng)驗系數(shù)m由圖2可知，相同水灰比條件下，感潮自然環(huán)境比室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境下測試和計算所得的m值要大，如水灰比為050時，m，比m大。其原因主要是室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境下是以電導(dǎo)率得出的擴(kuò)散系數(shù)計算m值，而感潮自然環(huán)境下則是以氯離子濃度擬合Fick第二定律來計算，二者的原理不同造成了結(jié)果的差異。但是感潮自然

9、環(huán)境與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境下的m值與水灰比的相關(guān)性均較好，與Mangat的結(jié)論類似，且相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了096。結(jié)合公式(4)～(6)，可預(yù)測得到不同侵蝕時間下水灰比分別為050，055和060的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)。在上述感潮自然環(huán)境下，暴露1，10a及20a后的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)見表4及圖3。由圖3可知，感潮自然環(huán)境下水工混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨時間增加而降低，且在早期降低尤為明顯。對比分析感潮自然環(huán)境下水工混凝土侵蝕10a和20a的氯離

10、子擴(kuò)散系數(shù)可知，侵蝕10a后的混凝土擴(kuò)散系數(shù)隨時間增加繼續(xù)降低，但降低并不明顯，擴(kuò)散系數(shù)趨于穩(wěn)定。需要說明的是，上述結(jié)論是在本文所描述的配合比和自然環(huán)境條件下得到的。表4不同水灰比混凝土在不同時間點的氯離子擴(kuò)散系數(shù)Itt3不同水灰比的混凝土擴(kuò)散系數(shù)隨時間的變化趨勢3結(jié)論(1)處于感潮河段的水工混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨時間增長而降低，且初期降低尤為明顯，至10a時已基本穩(wěn)定，接近于該環(huán)境下既有混凝土的擴(kuò)散系數(shù)。(2)感潮自然環(huán)境下，水工混凝

11、土氯離子初期擴(kuò)散系數(shù)隨時間的變化衰減規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)表征，水灰比對混凝土初期擴(kuò)散系數(shù)、經(jīng)驗系數(shù)有較大影響。(3)相同水灰比條件下，感潮自然環(huán)境比室內(nèi)養(yǎng)護(hù)環(huán)境所計算的m值要大。兩種試驗環(huán)境下的氯離子擴(kuò)散系數(shù)模型中的經(jīng)驗系數(shù)m值與水灰比的相關(guān)性均較好。參考文獻(xiàn)：[1]余紅發(fā)，孫偉，麻海燕，等鹽湖地區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測模型及其應(yīng)用[J]東南大學(xué)學(xué)報，2002，32(4)：1—5t21MangatPS，MolloyBTPredicti

12、onoffreechlorideconcentrationinconcreteusingroutineinspectiondata[J]MagazineofConcreteRe—search，1994，46(169)：279—287[3]張傻芝，王建澤，孔德玉，等既有水工混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的時變模型[J]水利水運(yùn)工程學(xué)報，2010，(2)：14—20[4]Ande~Lindval1ChlorideIngressDataFromFiel