盐雾环境下氯离子在混凝土中扩散系数的研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 4 期 (总 第 2 5 8 期J Nu mb e r 4 i n 2 0 1 1 ( T o t a l N o 2 5 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORET I CAL RESE ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 4 0 0 8 盐雾环境下氯离子在混凝土中扩散系数的研究 蒋文字,杨伟军,彭艺斌 ( -KDNJ 2 学 土木与建筑学院 ,湖南 长沙 4 1 0 0 7 6 ) 摘要: 通过综合盐雾腐蚀箱模拟汕头地区大气盐雾环境, 采用不同水灰比 、
2、不同比例粉煤灰掺合料 、 不同腐蚀 时间的混凝土试件 , 提出 了环境系数 与粉煤灰影响系数 , 对 F i c k第二扩散定律进行了修正 , 并对修正后的扩散模 型计算进行 了简化处理 。 关键词 : 盐雾环境 ;混凝土 ;F i c k 第二定律 ;氯离子 ;扩散系数 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 3 0 0 3 Chl or i de i on s d i ffu si on c oe ffi c i en t o f c onc r e t e i n t he s a
3、l t s pr a y e nv i r onmen t J I AN G Wc n - y u , Y ANG We i -j u n , P E NO Y i - b m ( S c h o o l o f Civ i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e , Ch a n g s h a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,C h a n g s h a 4 1 0 0 7 6 , C h i n a ) Abs t r a c
4、 t : Th r o u g h t h e c o mp r e h e n s i v e s a l t s p r a y t e s t c h a mb e r ,s i mu l a t e t h e s h a n g t o u a r e a s a t mo s p h e r e a n d s a l t e n v i r o n me n t ,Co n c r e t e s p e c i me ns u n d e r d i ffe r e n t wa t e r - c e me n t r a d i o, d i ffe r e n t p r
5、 o p o r t i o no f fly a s h a d mi x t u r e s ,d i f fe r e n t p r o p o i o no f c o r r o s i o nt i me, p u t f o r wa r d e n v i r o n me n t c o e f - fi c i e n t a n dflya s hi nfl u e n c e c oe ffi c i e n t , F i xt h eFi c k S s e c o n dl a w o f d i f f u s i o n ,S i mpl i f yh a
6、n l i n gt h e a f t e r c o r re c t i o nd i f f us i o nmo d e l e a l c u l a t i o n Ke y w or ds: s a l i n e f 0 g e n v i r o n me n t s ; c o n c r e t e ; tic kS s e c o n d ta w o f d i f f u s i o n; c h l o r i d e : d i f f u s i o n c o e f fi c i e n t n 引 言 采用不同水灰 比、 不同比例的粉煤灰掺合料 、 不
7、同的腐蚀时间 ,呈 曩 粤 外 学 者 的 广 泛 关 注 ,并针对此耐久性问题开展了大量的科学研 : =:= 二 一 一 、 一 一 究工作, 并取得大量的研究成果 1 - 2 , 4 - 5 】 。 但在盐雾环境下氯离子 引起的钢筋混凝土结构的耐久性问题在国内外都没有引起足 1 试 验 万 法 够 的重视 。 本 试验共 2 4个 尺寸为 1 5 0 mmx l 5 0 mmx l 5 0 ml n的立方 本研究通过综合盐雾腐蚀箱模拟汕头地区大气盐雾环境【 3 J , 体试件, 试件的基本参数 , 见表 1 。 试件编号 混凝 土等级 水灰 比 试件数 目 氯离子浓度 循环次数 备注 C2
8、O C3 O 0 6 0 0 4 5 7 2 1 0 8 1 4 4 7 2 l 0 8 l 4 4 7 2 1 0 8 1 4 4 7 2 l 08 1 4 4 7 2 l 08 1 4 4 7 2 1 0 8 1 4 4 未腐蚀 未添加粉煤灰 未腐蚀 掺和 2 0 粉煤灰 未腐蚀 掺和 3 0 粉煤灰 未腐蚀 未添加粉煤灰 未腐蚀 掺和 2 0 粉煤 灰 未腐蚀 掺和 3 0 粉煤灰 混凝 土浇筑后 , 在标准 环境下养护 2 8 d , 干燥后 放人综合 盐雾腐蚀试验箱( 如图 1 ) 开始试验, 在盐雾腐蚀试验箱里模拟 汕头地 区盐雾环境 。 本试验采用中性盐雾试验( Ns s试验 )
9、 方式 : 循环盐雾; 采 用 5 N a C L盐溶液; p H值 : 6 5 7 2 ; 温度: ( 3 5 _+ 2 ) ; 盐雾沉降 率 : 1 2 m L 8 0( c m2 h ) 。 收稿 日期 :2 0 1 0 1 1 _ 2 3 3 0 混凝土试件在腐蚀试验结束后进行样品钻孔取粉( 图2 ) , 采 用分层取样的方法收集深度为 0 , 2 5 、 7 5 、 1 2 5 、 1 7 5 、 2 2 5 、 2 7 5 1 D J n 的粉末样品, 通过直径为 0 0 7 5 mi l l 方孔筛除去粗颗粒。 对剩下 的粉末进行化学分析 , 参照 J T J 2 7 0 9 8
10、 水运工程混凝土试验 规范 、 G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ( 混凝土结构耐久性设计规范 , 用 NJ C L H氯离子含量快速测定仪采用水溶萃取法测定水溶性氯 7 M 7 H c 一 啪 嘴 C C I D D 图 1 综合盐雾腐蚀试 验箱 图 2 钻 孔取粉后 的试件( 1) 离子浓度 。 硬质 混凝土 的氯离子含量计算公式如下 : d= 3 5 4 5 C V 1 0 m ( 1 ) 式 中: 一 硬质混凝 土的氯离子 含量 , ; c 仪器检测到的氯离子浓度, mo l L; _【 , 样 品溶液的体积 ; m硬质混凝土样 品质量 , g ? 2 混凝 土 中的扩
11、散 系数计算 氯离子在混凝士中的扩散过程可坩 F i c k第二扩散定律捕 述为 : O C = D( ) ( 2) m a 式中 : D氯离子的扩散系数。 1 9 9 2 年左右 , 北欧国家认识到 , 随着时间的增长 , 氯离子在混 凝土巾的扩散系数不是一成不变的, 而是随时间衰减。 M Ma a g e I 根据大量试验 和厄勒海峡 大桥 的测 试数据 给 了时间对扩散 系数 的影响 : D ( ) ( ) ( 3 ) 式 中: D( t ) 暴露时间为 t 时的氯 离子扩散 系数 ; f 混凝土水化龄期 ; 暴霖时 日 】 为 t 。 时测定 的氯离子扩散系数 ; r a = 3 x
12、( 0 5 5 一 W C) 。 式( 3 ) 考虑 了龄期对 混凝 土微规结 构的影 响 , 从 而带来混 凝 土扩散系数 的改变。 但 是在实 际的 _T 程 中 , 混凝 土所处 的环 境不同, 混凝上添加掺合料不同, 氯离子的扩散系数也随之有 较大的区别 。 本文结合汕头地 区的气候环境 , 针对汕头地区的盐 雾环境特 以及混凝土添加粉煤灰对氯离子扩散的影响, 引入 环境系数 K, 粉煤灰影响系数 B 。 D ( ) K B D o f ) ( 4 ) 式 ( 3 ) 代入式 ( 1 ) 中可得到修正后 F i c k 第二定律解析式为 : c c ( c 。 【 ( 亲 ) ( s
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