混凝土硫酸根离子扩散系数的研究

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发布时间：2021-09-18

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混凝土硫酸根离子扩散系数的研究
梁咏宁，王佳’，
(1．福州大学土木工程学院，福建福州350108；2
孔海新，季韬
山东省日照市环境卫生管理处，山东日照276800)
摘要：基于Fick第二定律，通过测定不同水灰比、不同时间下混凝土内部不同深度处硫酸根离子的浓度，进行混凝土硫酸根离子扩散
系数的分析，同时用matlab对试验结果进行数据拟合，建立了混凝土硫酸根离子扩散系数与水灰比、时间的关系表达式。结果表明：混凝
土硫酸根离子扩散系数随水灰比的增大呈线性增长，随时间的增长呈指数衰减。将建立的表达式的计算结果与实测结果对比分析，误差很
小，所建立的表达式可用于硫酸盐腐蚀环境中混凝土内部硫酸根离子浓度的预测。
关键词：硫酸根离子；混凝土；扩散系数
中图分类号： TU528．0l 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(201 1)03—001 1-03
Study of sulfate difusion coeficient in concrete
LIANG Yong-ning ，WANGJia ，KONG Hai-xin 2 J／Tao
(1．College ofCivil Engineering，Fuzhou University，Fttzhou 350108，China；
2．Rizhao Enviromental Sanitation Administrative Department，Rizhao 276800，China)
Abstract： By using the Fick’S second established law and measuring the sulfate ion concentration under different water．cement ratios and difer—
enttimesinthedifferentdepthsofconcrete．the concrete diffusion coefhcientwas analyzed．Meantime．thetest results are simulatedbymatlab and
the relation ofsulfate ion dimlsion coe伍cient with water．cement ratio and time jS established．The results shOW：the concrete diffusion coe佑cient
increases linearly along with the growth ofwater-cement ratio and reduces exponentially along wim the growth oftime．The prediction is consistent
with the conclusion ofthe sulfate ion diflusion coeficient expressions．
Key words： sulfate；concrete；difillsion coefficient
0 引言
硫酸盐侵蚀混凝土是一个复杂的物理化学过程。在实际工
程中，混凝土结构受硫酸盐侵蚀破坏，往往是多种因素综合作
用的结果。硫酸根离子的扩散系数能较准确地描述硫酸根离子
在混凝土内部的扩散速度的快慢，能反应出混凝土内部硫酸根
离子浓度的分布，是混凝土内部膨胀应力建立的基础，因此，选
择适当的硫酸根离子侵蚀模型，建立混凝土硫酸根离子扩散系
数的表达式对混凝土的硫酸盐侵蚀研究有着重要的意义。
关于混凝土硫酸根离子扩散系数的研究，Peter J．Tumidaiski
等利用Fick第二定律建立了s _浓度与so；-j广散深度及时问关
系的理论模型[1]，并利用这理论模型建立了在氯离子和硫酸根离
子的混合溶液中扩散系数与时间的关系。1 996年，P．Gospodinov，
R．Kazandjieva和M．Mironova研究了混凝土的孔隙率对硫酸根
离子扩散系数的影响目，表明硫酸根离子在混凝土内部的扩散程
度可以通过混凝土的抗压强度和孔隙率来确定。1999年，Pe~rN．
Gospodinov，Robe~F．Kazandjiev通过考虑硫酸根离子扩散系数
及扩散初始条件和边界条件口I，建立了硫酸根离子扩散的数学
模型，此模型能描述化学产物如何影响硫酸根离子的侵蚀过程。
2008年，左晓宝、孙伟等根据Fick第二定律建立了硫酸根离子
在混凝土中的非稳态扩散反应方程，利用有限差分法求解该
收稿日期：2010—10—16
基金项目：福州大学科技发展基金(2008一XQ一4)
方程获得了硫酸根离子在混凝土中的浓度分布规律。但关于水灰
比对硫酸根离子扩散系数的研究相对较少。水灰比是影响硫酸
盐侵蚀混凝土的一个重要因素。混凝土的水灰比越低，密实度越
高，侵蚀溶液就越难渗人混凝土的内部四。水灰比对硫酸根离子
扩散系数的影响至关重要，本文在试验的基础上，基于Fick第
二定律，通过测定混凝土内部不同深处硫酸根离子的浓度，研究
水灰比、侵蚀时间对混凝土硫酸根离子扩散系数的影响。