干湿循环下氯离子在混凝土中的传输

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发布时间：2021-09-12

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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，干湿循环区域的混凝土往往是整
体结构中钢筋锈蚀最严重的部位。由于干湿循环的作用，
混凝土内部存在氯离子浓度场梯度、孔隙液饱和场梯度和
温度场梯度，氯离子在扩散和对流等多种复杂机制的耦合
作用下以较快的速度向混凝土内部渗透，因此，干湿循环作
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
主要方式。
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
的氯离子传输问题。但采用该理论描述离子运动特征的前
提是孔隙液饱和，即适用于静态溶液中由于氯离子浓度梯
度造成的离子扩散。当孔隙液在干湿循环的作用下处于非
饱和状态时，直接采用Fick第二定律分析检测数据时，分析
结果与试验数据的相关性并不理想 J。
1 理论分析
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
进行传输。为讨论干湿循环作用下氯离子在混凝土内部的
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
凝土内部传输。根据Darcy定律及Fiek定律，混凝土内部水
分的渗流量可表示为】：
L =一D (s)grads (1)
水分包括气体和液体两种状态，水力扩散系数包括两
种状态的贡献 J：
D (s)=DI(s)+D (s)=( +K)ap／Os (2)
． 2
其中，Ki= (frdV)
=
po~b Do
为确定水分扩散系数，须研究孔隙压力P和孔隙饱和度
s间的关系。
1．2 孔隙压力P与孔隙水饱和度s关系的确定
干湿循环作用时，孔隙水饱和度经时变化，水分运动可
分为渗入和蒸发两个过程。其中，孔隙压力P与孔隙水饱和
度s的关系可表示为：
渗入过程：：1一exp(2BCrc o~(0)) (3)
干燥过程：
Sd：[1一exp(2BCTeos(8))][1
一In(1-exn(2BCrc o．(e)))] (4)
将(3)式、(4)式的反函数代入(2)式，得到以孔隙饱和
度为自变量的水分扩散系数计算函数。将干湿循环过程划
分为润湿阶段的水分渗入和干燥阶段的水分蒸发子过程：
润湿阶段