混凝土孔隙分形特征与氯离子渗透理论研究

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发布时间：2021-09-18

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混凝土孔隙分形特征与氯离子渗透理论研究
邵中军a，张建波。刘江，张文生
(中国建筑材料科学研究总院a．北京新中岩建材科技有限公司；b．绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024)
摘要：混凝土内部孔隙的空间分布特征及形貌直接影响氯离子渗透性的大小，在已有混凝土的孔隙分形特征与氯离子渗透理论的研
究基础上，通过构建混凝土分形毛细管柬与大孔模型，并结合Katz-Thompson渗透理论方程和Byung hwan oha有效氯离子渗透系数方程，
提出了考虑混凝土孑L隙分形特征的氯离子渗透性方程。
关键词：混凝土；孔隙分形特征；氯离子渗透；理论研究
中图分类号： TU528．O1 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)09—0001-02
Theoretical research on concrete pore fractal characteristic and chloride difusivity
SHAOZhong-jan ，ZHANGJian—bob,L1UJiangb,ZItANG Wen-sheng
(a．New Zhongyan Building Materials Technology Co．，Ltd．；
b．StateKeyLab ofGreenBuildingMaterials，ChinaBuildingMaterialsAcademy，Beijing100024，China)
Abstract ： Pore roughness and complexity of pore spatial distribution afect chloride diffusivity much in concrete，fractal model of capillaries
and macro—pores has been established on the basis ofprevious theories in pore factal characteristic and chloride diffusivity，and theories have been
approached in combin~ion with Katz—Thompson equation and Byung Hwan Oha equation in this research．
Key w ords： concrete；pore fractal characteristic；chloride difusivity；theoretical research
0 引言
混凝土内部分布着大小不一、形貌各异的孔隙，孔隙的分
布以及形貌都是无规则、具有分形特征的。氯离子在混凝土内部
的渗透是通过孔隙进行的，随着孔隙的空间分布、孔表面粗糙
程度和曲折程度等发生变化，氯离子在混凝土内部的渗透速率
必然也会发生变化，因此研究混凝土内部孔隙的分形特征对氯
离子渗透的影响是非常必要的。
关于混凝土的孔结构与氯离子传输性能的研究国内外虽
已有较多报道t 】，但对于影响氯离子渗透性的孔结构参数讨论
都比较单一，基本上都将孔隙率作为影响氯离子渗透的主要因
素，而对影响氯离子渗透同样重要的孔隙分布与曲折程度却研
究较少，因此，在已有研究基础之上，须同时考虑混凝土孔隙的
空间分布复杂程度与曲折程度对氯离子渗透的影响。混凝土孔
隙的空间分布与曲折度可以采用体积分形维数与面积分形维
数来表示，通过引入分形维数，能对混凝土孔结构与氯离子渗
透性两者关系作更全面表述。
1 混凝土渗透性的经典方程
经典的溶质扩散方程Fick第一定律嘲，其表达式如式：
(1)
a
式中：．，——离子在介质中的扩散系数；
D—— 离子在溶液中的扩散系数；
收稿日期：2012-03-07
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目(2009BAB49B03)
’
．
c—— 离子浓度；
— — 深度。
其他一些渗透性方程均是在此方程的基础上改进得出的。
由Katz和Thompson[~提出并经Christensen等[刀改进，得到
改进的Katz．Thompson方程为式(2)的形式，即：
1
xl~xO．18×(咖一。) (2)
上。
式中： —— 毛细孔隙率；
。— — 毛细孑L隙率起渗透作用的临界值；
— — 混凝土的渗透系数；
fc——混凝土的临界孔径。
Katz—Thompson渗透理论方程说明只有当孔隙率超过咖。
时，才会发生渗透。
氯离子在渗透进人混凝土中时，有部分氯离子会与cA 发
生反应生成水化氯铝酸钙3CaO·A1：03~CaC1：-10H20，因此在设
计氯离子渗透性方程时必须要考虑这些结合氯离子的影响。
Byung hwan oha[81提出了一个有效氯离子渗透系数