混凝土中氯離子擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)及邊界元分析.pdf

1、氯離子在混凝土中的擴(kuò)散表現(xiàn)為一種復(fù)雜的非線性動(dòng)力現(xiàn)象和復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，通過(guò)合理的簡(jiǎn)化達(dá)到用Fick第二定律來(lái)描述這一過(guò)程的目標(biāo)。本文在Fick第二定律的基礎(chǔ)上首次采用邊界元法建立二維混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子一維和二維擴(kuò)散分析模型，提出了擴(kuò)散場(chǎng)計(jì)算長(zhǎng)度和擴(kuò)散長(zhǎng)度系數(shù)的概念，建立了計(jì)算長(zhǎng)度表達(dá)式，并擬合出了擴(kuò)散長(zhǎng)度系數(shù)，使得一維計(jì)算模型中避免了對(duì)時(shí)間域的離散，二維計(jì)算模型中可以在時(shí)間域內(nèi)采取非常稀疏的離散網(wǎng)格，所以相對(duì)于其他數(shù)值方法，本文方法

2、計(jì)算量很小。同時(shí)由于邊界元法可以將二維問(wèn)題降低為一維離散問(wèn)題，所以這兩種計(jì)算模型可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，確保計(jì)算精度。算例分析驗(yàn)證了邊界元法研究氯離子在混凝土中擴(kuò)散的可行性，且具有很高的計(jì)算精度和計(jì)算效率。通過(guò)二維計(jì)算模型研究了混凝土結(jié)構(gòu)的拐角等幾何形狀復(fù)雜位置的氯離子的分布規(guī)律，計(jì)算結(jié)果表明二維計(jì)算模型能夠更準(zhǔn)確地反映氯離子在混凝土結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散和積聚規(guī)律。 在混凝土單方用水量固定為130kg、單方膠凝材料用量固定為400kg的基

3、礎(chǔ)上制備出工作性能較好的普通混凝土和粉煤灰摻量分別為30％、50％和70％的高性能混凝土試件，并進(jìn)行快速氯離子擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，測(cè)定6h擴(kuò)散時(shí)間后混凝土內(nèi)部氯離子的濃度分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：摻加了粉煤灰的混凝土試件的電通量明顯小于普通混凝土試件，即摻加粉煤灰的混凝土的抗氯離子滲透能力比普通混凝土要強(qiáng)。但是當(dāng)粉煤灰摻量由50％增加到70％時(shí)，粉煤灰混凝土抗氯離子滲透能力有所下降；也就是說(shuō)，當(dāng)粉煤灰摻量為50％時(shí)混凝土的抗氯離子滲透性能最好。同時(shí)發(fā)現(xiàn)

4、，對(duì)于擴(kuò)散后四種配比的混凝土，在靠近表層的區(qū)域，固化氯離子的濃度隨深度的增加而降低，而到一定深度后，固化氯離子的濃度趨于穩(wěn)定。 本文比較了氯離子在混凝土內(nèi)部擴(kuò)散和分布的實(shí)驗(yàn)值、解析計(jì)算結(jié)果和邊界元法數(shù)值計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在一定的擴(kuò)散時(shí)間點(diǎn)上，三種結(jié)果可以較好地吻合，從而建立了快速擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)時(shí)間與混凝土實(shí)際擴(kuò)散時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于普通混凝土其6h快速擴(kuò)散對(duì)應(yīng)的實(shí)際擴(kuò)散時(shí)間比摻加粉煤灰的高性能混凝土的要短，這說(shuō)明了摻加粉煤灰