拉伸疲劳对混凝土的氯离子扩散影响的研究
弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能
第40卷第2期2010年3月东南大学学报(自然科学版)JOURNAL O F SOU THEAST UN I V ERS ITY (N atural Science Edition )V ol .40N o .2M ar .2010doi:10.3969/j .issn .1001-0505.2010.02.028弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能蒋金洋 孙 伟 王 晶 王彩辉(东南大学江苏省土木工程材料重点实验室,南京211189)摘要:通过对疲劳损伤机理的分析,针对损伤发展的第2阶段,采用不同疲劳循环次数比对应的残余拉应变与疲劳破坏时对应的极限残余拉应变的比值来定义损伤变量,重点研究了疲劳载荷与氯盐协同作用下结构混凝土的耐久性及其寿命预测方法.研究结果表明:随着疲劳损伤所产生的残余拉应变的增大,氯离子在混凝土中的扩散系数逐渐增加;当残余拉应变超过60×10-6时,其增加幅度开始变得显著;当残余拉应变增加到120×10-6时,氯离子扩散系数提高了1个数量级.因此,在海洋大气环境与疲劳载荷的协同作用下,结构混凝土的服役寿命大大缩短.这些方法与结论可为疲劳载荷与环境因素协同作用下混凝土的耐久性设计与评估提供依据.关键词:结构混凝土;疲劳载荷;氯离子扩散;服役寿命中图分类号:TG 14614 文献标志码:A 文章编号:1001-0505(2010)022*******Resist ance to chlor i de i on di ffusi on of structural concreteunder bendi n g fati gue loadJ iang J inyang Sun W e i W ang J ing W ang C aihu i(J iangsu Key L aboratory for Construction M aterials,Southeast U niversity,N anjing 211189,C hina )Abstract:A cco rding to the analysis of fatigue dam age m echanism ,the dam age variab le is definedby the p roportion of relevant residual strain in various fatigue cycle life to u lti m ate cum ulative residu 2al strain in the second fatigue dam age stage .L ife p rediction m ethod of structural concrete that focu 2ses on the fatigue load coup led w ith chloride environm en tal factors is p resented by considering the effects of different fatigue degrees on the structural concrete durability .It is show n that the diffusion coefficient of chlo ride ion in the structural concrete increases w ith the increase of residual tensile strain .A s the residual tensile strain exceeds 60×10-6,the ing ression of chlo ride ions in to the con 2crete increases rap idly .W hile the residual strain is above 120×10-6,the d iffusion coefficient raisesnear 10ti m es com pared w ith the contro l concrete .Therefo re,service life of structu ral concrete is ob 2viously reduced by the m ulti 2dam age of bending fatigue and chlo ride environm ental loading .Them ethod and conclusion p rovide a good reference and basis for the research of concrete durability un 2der dynam ic load .Key words:structu ral concrete;fatigue load ing;chloride ion d iffusion;service life收稿日期:2009210221. 作者简介:蒋金洋(1974—),男,博士,讲师,jinyangjiang @.基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009CB 623203)、国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2008AA 030704).引文格式:蒋金洋,孙伟,王晶,等.弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能[J ].东南大学学报:自然科学版,2010,40(2):362-366.[doi:10.3969/j .issn .1001-0505.2010.02.028] 混凝土在服役过程中总要承受一定的荷载,如桥梁结构可能承受动载、静载等.因此,在混凝土耐久性研究过程中,应考虑荷载与环境条件的复合作用.从20世纪50年代开始就有了对应力状态下混凝土抗腐蚀性的研究[1].到目前为止,国内外对荷载作用下混凝土抵抗氯离子渗透与扩散的性能已进行了大量的研究,结果表明[2]:压荷载不超过极限荷载的50%时对混凝土抗氯离子扩散性能影响不大,但弯曲荷载明显劣化了混凝土的抵抗氯离子扩散的能力.而动载荷对混凝土抵抗氯离子渗透性能的影响却鲜有报道.Saito等[3]对经受静态和抗压疲劳损伤后的混凝土进行了抗氯离子渗透性研究后发现(测量卸载以后的混凝土导电量):即使静态荷载达到极限强度的90%,对导电量也没有多大的影响;应力水平小于50%时,循环荷载对导电量的影响不明显,而当应力水平超过60%时,循环荷载对导电量的影响却非常显著.N akhi等[4]也研究了轴心抗压疲劳与氯离子扩散交互作用的关系,得到了相似的结论:疲劳损伤加速了氯离子在混凝土内部的传输;当应力水平超过60%时,混凝土氯离子渗透性与应力的关系变得相当敏感.此外,陈拴发[5]分别研究了浸泡在硫酸钠、硫酸镁、氯化镁3种腐蚀介质中结构混凝土的强度变化,发现受腐蚀疲劳的结构混凝土强度劣化幅度远大于未受疲劳损伤的浸泡腐蚀试件.以上研究均以疲劳循环次数作为损伤指标,仅从宏观上定性了解疲劳损伤对混凝土抵抗氯离子渗透性能的影响.事实上,疲劳循环次数并不能真正表征混凝土的疲劳损伤程度,因此必须选择合理的疲劳损伤指标来表征混凝土的疲劳损伤程度,从而建立起疲劳损伤程度和氯离子扩散系数的定量关系.本文将选取残余拉应变作为损伤指标,将弯曲疲劳损伤后的结构混凝土试件长期浸泡,然后通过钻孔取样法来获取混凝土不同深度处的自由氯离子含量,建立疲劳损伤程度与氯离子扩散系数的定量关系,最后评价对结构混凝土服役寿命的影响.1 试验原材料与配合比111 原材料 水泥采用工程现场用的4215级P・O水泥,粉煤灰采用镇江苏源Ⅰ级粉煤灰.细集料采用赣江中粗河砂,细度模数为216,级配合格,表观密度为2650kg/m3.粗集料采用镇江茅迪玄武岩碎石,5～1615mm连续级配,表观密度为2700kg/m3.外加剂主要成分是聚羧酸型高分子聚合物,具有超塑化、高效减水和增强、低收缩等功能.水为清洁的自来水.112 配合比应用苏通大桥索塔(高304m)所用的结构混凝土(C50,塌落度为180～200mm,含气量(体积分数)为2.9%,28d的抗压强度为67M Pa)来研究弯曲疲劳损伤程度对氯离子扩散系数及其服役寿命的影响.配合比如表1所示.表1 结构混凝土配合比设计kg/m3ρ(水泥)ρ(粉煤灰)ρ(细集料)ρ(粗集料)ρ(水)ρ(减水剂) 381169514744107016031816 通过对所用混凝土的弯曲疲劳实验研究,建立了在95%保证率的疲劳方程,即S=1107-0109lgN F(1)式中,S为混凝土在运行过程中承受的最大动载荷应力水平;NF为相应的极限疲劳寿命.并且,经过对所配制的混凝土弯曲疲劳作用下的变形性能分析[6],得到该混凝土疲劳损伤过程中第2发展阶段结束时对应的残余应变为εpB=120×10-6.2 试验方法211 损伤变量选取 一般工程材料的疲劳变形都具有明显的三段式发展规律,其中第2阶段混凝土的变形随着疲劳荷载作用循环寿命比的增加呈线性增长,约占整个疲劳寿命的80%[6].根据对所配制混凝土的疲劳试验结果可知[7]:不论加载应力水平从0165～0180如何变化,混凝土疲劳损伤的第2阶段相对循环寿命均比较长,即n/NF≈0180,其中n为疲劳循环次数;疲劳失效时对应的残余极限拉应变εpC基本在300×10-6～360×10-6范围内波动,其波动范围较小,因此残余极限应变可以取为300×10-6.由上可见,混凝土疲劳变形的第2发展阶段呈线性发展,本文将重点研究这一发展阶段的疲劳损伤.根据上述分析,结合本文的弯曲疲劳试验结果,可得疲劳循环次数为n时对应损伤程度的计算公式为D N≈εpnεpC=εm in300(2)式中,DN为疲劳损伤变量;εpn为疲劳循环次数为n 时对应的残余拉应变.212 试验将试件尺寸为100mm×100mm×400mm的长方体进行弯曲疲劳试验.针对疲劳损伤发展的第2阶段,获得残余拉应变分别为0,30×10-6,60×10-6,90×10-6,120×10-6和150×10-6的混凝土试件.将这些疲劳到一定程度的混凝土试件浸泡在质量分数为315%的N aC l溶液中,采用干湿循环制度[2](混凝土浸泡到N aC l溶液中45h,放入烘箱中60℃烘24h,室温冷却3h,为一个循环周期)来加速氯离子在混凝土中的扩散.干湿循环20次后,即浸泡60d后,在试件的弯拉面和受压面的中间段363第2期蒋金洋,等:弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能取样,用钻孔法采集粉末样品,采样深度依次为0～5,5～10,10～15,15～20mm.再参照《水运工程混凝土试验规程》(J TJ 270—98)[8]的“混凝土中砂浆的水溶性氯离子含量测定”中的试验方法,测出在混凝土不同深度中的自由氯离子含量.假定混凝土是半无限均匀介质,氯离子在混凝土中扩散过程是一维扩散的,扩散时部分氯离子被混凝土结合,则其扩散方程为[2]C f =C 0+(C s -C 0)1-e rfx2D t(3)式中,x 为取样深度;C f 为x 深度的氯离子质量分数;C 0为混凝土内部初始氯离子质量分数,计算时取0;C s 为表层氯离子质量分数;D 为氯离子扩散系数;t 为扩散龄期.利用F ick 第二扩散定律和式(3)可以求解出氯离子扩散系数.3 试验结果分析311 疲劳损伤对混凝土氯离子扩散特性影响 不同疲劳损伤程度的结构混凝土在315%的N aC l 溶液中浸泡60d 后,即20个干湿循环后,进行不同深度处自由氯离子含量的测定,其试验结果如图1所示.图1 疲劳损伤程度对混凝土中自由氯离子含量的影响从图1可以看出,对遭受疲劳损伤作用后的结构混凝土,其各深度处的自由氯离子含量均随残余拉应变的增加而增大.在残余拉应变大于60×10-6时,自由氯离子含量的增幅显著.由于氯离子在混凝土中的扩散规律符合Fick 第二扩散定律,因此可根据式(3)计算出混凝土的氯离子表观扩散系数,计算结果如图2所示.其中,D load 为考虑疲劳损伤的混凝土中氯离子扩散系数.由图2可看出:1)随着残余拉应变增大,结构混凝土中的氯离子扩散系数增加,即5D load /5εp n 变化率越大.2)当残余拉应变超过60×10-6时,这种增长图2 不同疲劳损伤程度下混凝土中氯离子扩散系数的比较幅度变得明显;当疲劳损伤达到120×10-6时,结构混凝土的氯离子的扩散系数是未疲劳损伤混凝土的2倍以上.3)混凝土的氯离子扩散系数与其疲劳损伤过程中产生的残余拉应变存在如下关系式:D load =312+018exp εp n45(4) 根据上述分析可得出,残余拉应变分别为60×10-6和120×10-6时是影响混凝土耐久性的2个特征点,可分别作为影响结构混凝土中氯离子扩散的起劣点和陡劣点.312 疲劳载荷与氯离子协同作用下结构混凝土寿命预测模型的建立 根据混凝土弯曲疲劳损伤机理[7],整个疲劳损伤过程的第2发展阶段中,残余拉应变呈线性增长的趋势.因此,残余拉应变的发展与相对循环寿命比的变化保持一致.为了简化计算,假设疲劳过程中结构混凝土产生的残余拉应变是从第2发展阶段开始的,而且这一阶段约占整个疲劳过程的80%(第1,3阶段各占10%),则有下式成立:nN F-011018=εpn εp B(5)式中,N F 可由式(1)求出.利用循环比的等价关系,可以定义nN F =T ×n d ×36510(a -S m ax)/b(6)式中,T 为结构混凝土的服役时间,a;n d 为结构混凝土日承受的动载荷次数.把式(6)代入式(5)可得5×T ×n d ×3654×10(a -S m ax )/b-18=εpn εp B(7)将式(7)代入式(4)可得到协同作用下氯离子扩散系数关系式,即463东南大学学报(自然科学版) 第40卷D load =312+0.8e0.023T -0.33(8)将式(8)代入式(3),得到二者协同作用下的混凝土寿命预测方程,即 C f =C 0+(Cs -C 0)・1-e rf 1000x2312+018e01023T -0133×1365×3600×24T(9)依据式(9),就可得到混凝土氯离子扩散系数和自由氯离子含量随桥梁服役年限的变化规律.计算时以海洋大气环境为例,参数的取值来自青岛胶州湾海底隧道的资料[9]:海洋大气区C s =0110%～0115%,钢筋锈蚀临界氯离子质量分数C f =0107%(混凝土),70mm ,承受疲劳载荷的最大应力水平为012.计算结果如图3所示.图3 在疲劳载荷作用下混凝土的氯离子扩散性能与服役龄期的关系由图3可看出:1)疲劳损伤显著提高了氯离子在混凝土中的扩散系数,劣化了混凝土抗氯离子扩散的能力.在混凝土结构服役的早期10～20年内,疲劳载荷对混凝土氯离子扩散系数的影响不大;在桥梁运营30～40年后,此循环寿命比对应的混凝土的残余拉应变为30×10-6～45×10-6,疲劳损伤开始影响混凝土氯离子扩散系数的变化;当桥梁的服役寿命超过50年后,对应的混凝土的残余拉应变为60×10-6左右,达到影响氯离子扩散的初劣点,从而导致氯离子扩散系数大幅度提高.2)在疲劳载荷与海洋大气环境协同作用下,大大缩短了结构混凝土结构的服役寿命.按照引起钢筋锈蚀的临界氯离子质量分数为0107%计算,如果不考虑疲劳损伤对氯离子扩散系数的影响,则结构混凝土的服役寿命在140年左右;单纯在最大应力水平为012的疲劳载荷作用下,结构混凝土的使用寿命在160年左右.然而,在疲劳损伤对氯离子扩散性能的影响下,该混凝土的服役寿命在80年左右,均低于单一环境因素作用下的混凝土服役寿命.在海洋大气环境中服役的索塔锚固区混凝土工程是遭受疲劳载荷作用的,因此,必须把疲劳载荷与氯离子作用结合起来才能对混凝土结构的服役寿命进行准确的评估.同时,对结构混凝土而言,必须通过掺加矿渣等活性掺合料来结合混凝土中的氯离子,从而降低结构混凝土中自由氯离子的含量,提高海洋环境中混凝土的服役寿命.4 机理分析通常认为,氯离子在混凝土中的扩散符合Fick 第二定律,其中扩散系数与混凝土的孔和裂缝结构密切相关.因此,应当把氯离子扩散性能与荷载引起的微裂缝结合起来研究.Sam aha 等[10]的研究结果表明:静载下砂浆裂纹发展的严重程度决定了混凝土对水流通过其内部的抵抗能力.当然,荷载对混凝土渗透性的影响,不仅取决于荷载自身的取值,而且还与所产生的裂缝宽度有密切的关系.W ang 等[11]研究了荷载裂缝宽度对于混凝土渗透性的影响,发现裂缝加速了水分的迁移速率,其影响程度取决于裂缝的宽度;当卸载前裂缝开口位移低于50μm 时,裂缝对于混凝土的抗渗性的影响不大,而当裂缝宽度从50μm 增加到200μm 时,混凝土的渗透性会急剧增大.同时,G érard 等[12]采用计算模型的方法发现裂缝的存在可使得扩散系数增加2～10倍,而且混凝土本身越密实,其扩散性受微裂纹的影响就越显著.大量研究表明[13],混凝土材料无论是在静态荷载还是在疲劳荷载作用下,其破坏过程就是裂缝在界面和基体中演化及扩展的过程.高周循环次数的疲劳则从集料与水泥砂浆之间的界面开始,经过一个缓慢、渐进的过程逐渐演变成一整条裂纹[14].通过细观试验,Shah 等[15]也观察到应力水平为0160～0185的轴心抗压疲劳荷载导致了混凝土内更多的微裂纹生成.通过以上对混凝土疲劳破坏的微观机理的研究发现,正是疲劳载荷的作用使混凝土产生损伤,而这种损伤以裂缝和有害孔的方式表现出来.疲劳过程中产生的残余拉应变越大,意味着混凝土损伤源的数量越多且尺度越大.在疲劳损伤较小时,混凝土的缺陷主要来自于原生微裂纹的发展,原生裂纹数量不多且尺度较小,混凝土内部的孔结构变化也不大,因此对氯离子的扩散系数影响较小.当疲563第2期蒋金洋,等:弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能劳损伤达到一定程度时,混凝土自身原有的缺陷在数量、尺度和分布上都很大,尤其在干湿循环的作用下,氯离子扩散系数对这些尺度上的微裂纹和劣化的毛细孔比较敏感,因此其扩散系数会大幅度升高.因此,在疲劳载荷作用下,结构混凝土内部产生了裂缝和孔结构的变化,最终导致了混凝土中氯离子扩散系数的变化.5 结论1)针对疲劳损伤发展的第2阶段,采用不同疲劳循环寿命比对应的残余拉应变和疲劳破坏时相对应的极限残余拉应变的比值来定义损伤变量,利用其研究疲劳载荷与氯盐协同作用下混凝土的耐久性是可行的.2)随着疲劳损伤的增加,结构混凝土中氯离子的扩散系数变大.3)残余拉应变分别为60×10-6和120×10-6时,对应着结构混凝土抵抗氯离子扩散性能劣化的起劣点和陡劣点.4)弯曲疲劳载荷与氯盐的协同作用大大缩短了结构混凝土的服役寿命,导致使用寿命明显低于单一环境因素作用下的结构混凝土服役寿命.参考文献(References)[1]M OC KBиH B M.混凝土及钢筋混凝土的腐蚀及其防护方法[M].倪继水,等译.北京:化学工业出版社,1988.[2]金祖权.西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预测[D].南京:东南大学材料科学与工程学院,2006.[3]S aito M itsuru,L shi m ori H iroshi.C hloride per m eabilityof concrete under static and repeated com p ressive load2 ing[J].C em ent and C oncrete Resea rch,1995,25(4):803-805.[4]N akhi A E,X i Y,W illam K,et al.The effect of fa2tigue loading on chloride penetration in non2saturatedconcrete[C]//P roceeding of European C ongress onC omputa tiona l M ethods in App lied Sciences and Engi2neering.B arcelona,Spain,2000.[5]陈拴发.高性能混凝土应力腐蚀与腐蚀疲劳特性研究[D].西安:长安大学材料科学与工程学院,2004.[6]蒋金洋.超高程泵送H PFRCC的服役性能研究[D].南京:东南大学材料科学与工程学院,2008.[7]洪锦祥.含气量与冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响[D].南京:东南大学交通学院,2007.[8]中华人民共和国交通部.JTJ270—98水运工程混凝土试验规程[S].北京:人民交通出版社,1998.[9]曲立清,金祖权,赵铁军,等.海底隧道钢筋混凝土基于氯盐腐蚀的耐久性参数设计研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(11):2334-2339.Q u L iqing,J in Zuquan,Zhao Tiejun,et al.S tudy on durability param eter design of subsea tunnel reinforced concrete based on chloride corrosion[J].C hinese J our2 na l of RockM echanics and Engineering,2007,26(11): 2334-2339.(in C hinese)[10]Sam aha H R,H over K C.Influence of m icrocrackingon the m ass transport p roperties of concrete[J].AC I M a teria ls J ourna l,1992,89(4):416-424.[11]W ang K J,Jansen D C,S hah S P.Per m eability studyof cracked concrete[J].C em ent and C oncrete Re2sea rch,1997,27(3):381-393.[12]Gérard B,M archand J.Influence of cracking on thediffusion p roperties of cem ent2based m aterials.PartⅠ:influence of continuous cracks on the steady2stateregi m e[J].C em ent and C oncrete Resea rch,2000,30(1):37-43.[13]H orii H,S hin H C,Pallew atta T M.M echanism of fa2tigue crack grow th in concrete[J].C em ent and C on2crete C omposites,1992,14(2):83-90.[14]郑克仁.矿物掺合料对混凝土疲劳性能的影响及机理[D].南京:东南大学材料科学与工程学院,2005.[15]Shah S P,C handra S.Fracture of concrete subjected tocyclic and sustained loading[J].J ourna l of the Am eri2can C oncrete Institute,1970,67(10):816-825.663东南大学学报(自然科学版) 第40卷。
混凝土的氯离子侵蚀研究
混凝土的氯离子侵蚀研究混凝土是一种常见的建筑材料，具有耐久性和强度优势。
然而，氯离子侵蚀是导致混凝土结构损坏的主要原因之一。
本文将对混凝土的氯离子侵蚀进行研究，探讨其机理以及防治措施。
一、氯离子侵蚀的机理混凝土中的氯离子可以通过多种途径进入混凝土结构，如大气中的氯化物、地下水中的氯化物等。
一旦氯离子进入混凝土内部，它们会与混凝土内部的水泥矩阵中的钙离子和铝离子发生反应，生成氯化钙和氯化铝等溶解性盐类。
这些溶解性盐类随着水的渗透，会使混凝土内部的孔隙扩大，从而导致混凝土的体积膨胀、强度降低和裂缝的形成。
在氯离子侵蚀的过程中，离子扩散是一个主要因素。
氯离子会沿着混凝土中的孔隙逐渐扩散，渗透到混凝土内部，并迅速与水泥矩阵中的阳离子发生化学反应。
此外，氯离子还会与混凝土中的钢筋发生电化学反应，导致钢筋腐蚀，使混凝土结构失去锚固性能。
二、混凝土氯离子侵蚀的影响因素1. 水泥矩阵的质量水泥矩阵是混凝土的主要组成部分，其质量会直接影响混凝土的抗氯离子侵蚀能力。
水泥矩阵中的胶凝材料应具有较高的密实性和均匀性，以减少氯离子的渗透和反应。
此外，适当的掺合料和矿物掺合料的使用也可以提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能。
2. 温度和湿度较高的温度和湿度条件有利于混凝土中氯离子的扩散。
因此，在高温季节或潮湿环境下，混凝土结构对氯离子的侵蚀更为敏感。
这时，应采取措施来降低混凝土表面的温度和湿度，以减少氯离子侵蚀的风险。
3. 混凝土结构设计混凝土结构的设计也会对氯离子侵蚀起到一定的影响。
合理的结构设计可以减少混凝土中孔隙的数量和尺寸，从而降低氯离子的渗透和扩散。
三、混凝土氯离子侵蚀的防治措施1. 表面处理混凝土表面处理是防止氯离子侵蚀的关键措施之一。
通过表面涂覆防护层、喷涂防护剂或进行防水处理，可以有效地减缓氯离子的渗透和反应，保护混凝土结构的完整性。
2. 混凝土配合比设计合理的混凝土配合比设计可以提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能。
适当控制水灰比、添加硅酸盐或粉煤灰等掺合料，可以减少混凝土中的孔隙数量和尺寸，从而降低氯离子侵蚀的可能性。
混凝土氯离子扩散系数的测定原理及实验方法
混凝土氯离子扩散系数的测定原理及实验方法一、前言混凝土是建筑工程中常用的一种材料，但是它也存在一些问题，比如混凝土中含有氯离子，会导致钢筋锈蚀，从而影响混凝土的使用寿命和安全性。
因此，测定混凝土中氯离子的扩散系数是非常重要的，本文将详细介绍混凝土氯离子扩散系数的测定原理及实验方法。
二、混凝土氯离子扩散系数的测定原理混凝土中氯离子的扩散系数可以通过测定混凝土中氯离子的扩散速率来得到。
混凝土中氯离子的扩散速率可以用菲克第一定律来描述，即：$$J=-D\frac{dc}{dx}$$其中，$J$表示单位时间内通过混凝土单位面积的氯离子通量，$D$表示混凝土中氯离子的扩散系数，$c$表示混凝土中氯离子浓度，$x$表示混凝土中离子扩散的距离。
根据菲克第一定律，可以得到混凝土中氯离子的扩散系数的计算公式：$$D=\frac{J}{\frac{dc}{dx}}$$因此，测定混凝土中氯离子的扩散速率和浓度梯度，就可以得到混凝土中氯离子的扩散系数。
三、混凝土氯离子扩散系数的测定实验方法混凝土氯离子扩散系数的测定实验方法分为两种：非稳态法和稳态法。
1. 非稳态法非稳态法主要是通过测定混凝土中氯离子浓度随时间变化的曲线来确定混凝土中氯离子的扩散系数。
具体实验步骤如下：（1）准备混凝土试件：将混凝土制成圆柱形或立方体的试件。
试件制备时，应控制好混凝土的配合比和水灰比，以确保试件的均匀性和稳定性。
（2）浸泡试件：将试件放入0.3mol/L的NaCl溶液中浸泡，浸泡时间一般为28天，以使试件中的氯离子达到均匀分布。
（3）制备取样器：制备取样器，取样器的直径应大于试件的直径，高度应略大于试件的高度，以保证取样器能够完全覆盖试件。
（4）取样：在试件中心处用取样器取样，然后立即将取样器放入NaOH溶液中。
NaOH溶液用于停止混凝土中氯离子的扩散，防止测量的误差。
（5）测量：将取样器中的NaOH溶液取出，用离子色谱仪测量其中的氯离子浓度。
氯离子对混凝土耐久性的影响研究
氯离子对混凝土耐久性的影响研究一、研究背景与意义混凝土作为建筑工程中最常用的材料之一，其耐久性一直是人们关注的焦点。
而氯离子是混凝土中最常见的一种化学物质，其存在会对混凝土的耐久性产生不良影响。
因此，研究氯离子对混凝土耐久性的影响，对于深入了解混凝土的性能，提高混凝土的耐久性具有重要意义。
二、氯离子对混凝土的影响机理（一）氯离子的渗透与扩散混凝土中的氯离子主要来源于混凝土配料中的氯化物，如氯化钠、氯化钾等。
在混凝土中，氯离子会随着水分的渗透和扩散进入混凝土中。
当氯离子的浓度达到一定程度时，就会对混凝土中的钢筋产生腐蚀作用，从而降低混凝土的耐久性。
（二）氯离子与混凝土中的化学反应氯离子可以与混凝土中的硅酸盐和氢氧化钙等物质发生化学反应，形成氯化钙和氯化铝等产物。
这些反应会改变混凝土的化学性质，从而影响混凝土的耐久性。
（三）氯离子对混凝土中钢筋的腐蚀作用当混凝土中的氯离子浓度达到一定程度时，会对混凝土中的钢筋产生腐蚀作用，从而降低混凝土的耐久性。
氯离子可以通过混凝土的孔隙进入混凝土中，进而与钢筋表面的氧化物发生反应，形成氯化铁等产物，从而导致钢筋的腐蚀。
三、氯离子对混凝土耐久性的影响研究方法（一）混凝土抗氯离子渗透性试验混凝土抗氯离子渗透性试验是通过测试混凝土在一定条件下对氯离子的渗透程度来评价混凝土的耐久性。
该试验通常采用荷重法、电阻法、电化学阻抗法等方法进行，可以定量评估混凝土的抗氯离子渗透性能。
（二）混凝土钢筋腐蚀试验混凝土钢筋腐蚀试验是通过模拟混凝土中的氯离子腐蚀作用，评估混凝土中钢筋的腐蚀程度。
该试验通常采用电化学腐蚀法、自然腐蚀法等方法进行，可以定量评估混凝土中钢筋的腐蚀程度。
四、氯离子对混凝土耐久性的影响研究结果（一）氯离子对混凝土抗压强度的影响氯离子的存在会对混凝土的抗压强度产生不良影响。
研究表明，在一定浓度下，氯离子会导致混凝土中的孔隙率增大，从而降低混凝土的密度和抗压强度。
此外，氯离子还会与混凝土中的水泥石和骨料等物质发生化学反应，加速混凝土的老化和劣化。
氯离子扩散系数和混凝土性质实验报告
氯离子扩散系数和混凝土性质实验报告实验报告：氯离子扩散系数和混凝土性质摘要：本实验通过测定不同混凝土中氯离子的扩散系数，研究了混凝土中氯离子的渗透特性及其对混凝土性质的影响。
实验结果表明，混凝土的抗渗性能与其氯离子扩散系数呈负相关关系。
这一研究有助于加深对混凝土结构中氯离子渗透的认识，提高混凝土工程质量。
关键词：氯离子扩散系数；混凝土；抗渗性能；混凝土工程质量一、引言混凝土是一种常见的建筑材料，广泛用于建筑结构的搭建。
然而，由于混凝土的多孔性和渗透性，氯离子等有害物质容易渗透进混凝土内部，导致混凝土的性能下降和寿命缩短。
因此，研究混凝土中氯离子的扩散系数及其对混凝土性质的影响对于提高混凝土工程质量具有重要的意义。
二、实验目的1.测试不同混凝土中氯离子的扩散系数；2.分析混凝土中氯离子的渗透特性；3.探讨氯离子扩散系数与混凝土抗渗性能的相关性。
三、实验方法1.实验材料准备选取三种不同配比的混凝土样品，分别记为A、B、C。
混凝土样品的配比见表1表1混凝土样品配比样品水泥砂水石子A3008002001000B3506501801200C40060016014002.实验步骤（1）制备混凝土样品：按照表1的配比将水泥、砂、水和石子混合搅拌，并将混合物倒入模具中，在模具中振实，然后在室温下养护7天。
（2）测量氯离子扩散系数：首先将混凝土样品切割成大小为5cm×5 cm×5 cm的立方体，然后将其浸泡在含氯离子的水溶液中，经过一定时间后取出，使用离子选择性电极测量氯离子的浓度变化，并绘制出浓度随时间变化的曲线。
（3）分析数据：根据实验数据计算不同混凝土中氯离子的扩散系数。
同时，根据实验结果分析氯离子扩散系数与混凝土抗渗性能的相关性。
四、实验结果与讨论1.氯离子渗透特性实验结果表明，不同混凝土中氯离子的渗透速率存在差异。
在相同时间内，样品C中的氯离子浓度变化最大，说明该样品的渗透性能最差；样品B中的氯离子浓度变化次之；样品A中的氯离子浓度变化最小，说明该样品的渗透性能最好。
氯离子在混凝土中传输的影响因素及预防措施
氯离子在混凝土中传输的影响因素及预防措施摘要：从近年来我国建筑结构的使用状况来看，有很大一部分结构没有达到预期的使用寿命，氯离子引起的钢筋锈蚀是混凝土劣化的主要原因之一。
在氯离子侵蚀作用下，钢筋钝化膜遭到破坏，腐蚀产物体积大约为钢筋自身体积的四到六倍，由此增加了混凝土保护层内的拉应力。
当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土保护层由开裂到脱落，最终导致结构破坏。
本文主要研究氯离子在混凝土中传输的影响因素及预防措施。
关键词：混凝土；裂缝；影响因素；预防措施0 引言氯离子入侵是引起混凝土中钢筋锈蚀的重要原因，往往决定了混凝土结构的使用寿命，是混凝土耐久性的重要问题，在开展耐久性研究的初期，学者们将氯离子在混凝土中的传输系数认定为某一定值，到20世纪90年代初期，随着研究的深入，人们发现氯离子的传输系数不仅与混凝土自身固有因素（如材料组成、孔结构、水化程度等）相关，也会受到外界因素，如温度、湿度、时间、养护条件等因素的干扰[1]。
1 影响因素1.1 水灰比水灰比（高性能混凝土称为水胶比）是衡量氯离子侵入的一个最直接的指标。
大量试验结果显示，水灰比较高使得氯离子侵入混凝土的过程得到了促进。
从微观机理上的解释是，当水灰比较大时，水泥颗粒外围的水层厚度会相应增加，水泥石内部的一部分拌合水相互贯通，形成毛细孔系统，增加了混凝土内部的孔隙率，相同条件下水灰比大的混凝土孔隙率越高。
1.2 水泥及掺合料材料的传输特性决定混凝土抵抗侵蚀性介质传输的能力。
水泥类型不同,其水化后内部孔结构不同，水化生成物对氯离子的吸附量不同，这对氯离子的渗透和混凝土的性能及钢筋锈蚀开始时间都有一定影响。
不同类型水泥制成的水泥砂浆的抗氯离子侵蚀性能不同[2]。
掺和料能提高混凝土抗氯离子侵蚀能力，硅粉、偏高岭土、稻壳灰和适当掺量的矿渣等均能大幅度提高混凝土的抗氯离子渗透扩散能力。
有试验表明水胶比0.6的混凝土抗渗性也略强于普通的水灰比0.45的混凝土原因是渗入的氯离子同混凝土中水化生成物会发生作用，而掺和料恰好有助于这种水化生成物的增加，从而减少了自由氯离子的数量。
混凝土中氯离子扩散的数值模拟研究
混凝土中氯离子扩散的数值模拟研究一、研究背景混凝土是一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域的材料。
然而，混凝土在长期使用过程中会受到多种因素的影响，其中包括环境因素。
氯离子是混凝土中常见的一种污染物，它会引起混凝土的腐蚀和劣化，并且会对混凝土结构的强度和耐久性产生不良影响。
因此，研究混凝土中氯离子扩散的数值模拟具有重要的理论和实践价值。
二、研究目的本研究旨在通过数值模拟的方法，分析混凝土中氯离子扩散的规律和影响因素，并且探究改善混凝土中氯离子扩散的方法，为混凝土结构的设计、施工和维护提供理论支持和技术指导。
三、研究方法本研究采用有限元数值模拟方法，建立混凝土中氯离子扩散的数学模型。
首先，根据混凝土基本性质和氯离子扩散规律，建立氯离子扩散的动态平衡方程；其次，采用计算机软件进行数值模拟，利用有限元方法对混凝土中氯离子扩散的过程进行模拟和分析；最后，通过对模拟结果的分析和比较，总结混凝土中氯离子扩散的规律和影响因素，并且提出改善混凝土中氯离子扩散的方法。
四、研究结果通过数值模拟方法，得到了混凝土中氯离子扩散的相关参数和规律。
首先，氯离子在混凝土中的扩散速率与混凝土中孔隙度和水泥质量有关，随着孔隙度增加和水泥质量减小，氯离子的扩散速率会加快。
其次，氯离子在混凝土中的扩散速率与温度和湿度也有关系，随着温度和湿度的升高，氯离子的扩散速率也会增加。
最后，通过对混凝土中氯离子扩散规律的分析，提出了改善混凝土中氯离子扩散的方法，包括增加混凝土密实度、降低混凝土中孔隙度、控制混凝土中湿度、使用氯化物抑制剂等。
五、研究意义本研究通过数值模拟方法，分析了混凝土中氯离子扩散的规律和影响因素，并且提出了改善混凝土中氯离子扩散的方法，具有以下意义：（1）为混凝土结构的设计、施工和维护提供了理论支持和技术指导；（2）为混凝土结构的耐久性评估提供了可靠的数据和方法；（3）为混凝土材料的研究和应用提供了新的思路和方法。
六、研究结论本研究通过数值模拟方法，分析了混凝土中氯离子扩散的规律和影响因素，并且提出了改善混凝土中氯离子扩散的方法。
混凝土结构的氯离子扩散系数研究
混凝土结构的氯离子扩散系数研究一、研究背景混凝土是建筑工程中常用的材料，而氯离子是混凝土中常见的一种危害物质，会导致混凝土的氯离子扩散系数增大，加速混凝土的腐蚀和老化，导致建筑物的寿命缩短。
因此，研究混凝土结构的氯离子扩散系数具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究内容本篇论文旨在对混凝土结构的氯离子扩散系数进行研究，主要包括以下内容：1. 混凝土中氯离子的来源和危害2. 混凝土结构中氯离子扩散的原理和机制3. 影响混凝土结构氯离子扩散系数的因素4. 混凝土结构氯离子扩散系数的测试方法和标准5. 混凝土结构氯离子扩散系数的实验研究6. 混凝土结构氯离子扩散系数的计算模型7. 混凝土结构氯离子扩散系数的控制方法三、混凝土中氯离子的来源和危害混凝土中氯离子的来源主要包括以下几个方面：1. 混凝土原材料中的氯离子2. 外界环境中的氯离子，如海洋气候、化肥、潮湿气候等3. 氯化钠等混凝土外加剂氯离子对混凝土的危害主要表现在以下几个方面：1. 加速混凝土的腐蚀和老化2. 影响混凝土的抗压强度和抗拉强度3. 降低混凝土的耐久性和使用寿命四、混凝土结构中氯离子扩散的原理和机制混凝土结构中氯离子扩散的原理和机制主要是由于混凝土中含有微孔和毛细孔，氯离子通过这些孔道进入混凝土结构内部，使得混凝土结构内部的氯离子浓度不断增加。
同时，氯离子与混凝土中的石英、方解石、铝酸盐等物质发生反应，形成氯化物和水合物，导致混凝土结构的体积膨胀和变形。
五、影响混凝土结构氯离子扩散系数的因素影响混凝土结构氯离子扩散系数的因素主要包括以下几个方面：1. 混凝土中的孔隙度和孔径分布2. 混凝土中水泥熟化程度3. 混凝土中氯化物的浓度和种类4. 混凝土的温度和湿度六、混凝土结构氯离子扩散系数的测试方法和标准混凝土结构氯离子扩散系数的测试方法主要包括以下几种：1. 氯离子移动试验法2. 氯离子渗透试验法3. 电化学测试法混凝土结构氯离子扩散系数的标准主要包括以下几种：1. ASTM C1202-12a《混凝土氯离子扩散试验方法》2. GB/T 50082-2009《混凝土氯离子扩散系数测试方法》七、混凝土结构氯离子扩散系数的实验研究混凝土结构氯离子扩散系数的实验研究可以采用上述的测试方法进行，通过实验可以得到混凝土结构中氯离子扩散系数的数值，进而分析和研究影响混凝土结构氯离子扩散系数的因素。
弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能
不同环境条件下考虑荷载影响的氯离子扩散模型
不同环境条件下考虑荷载影响的氯离子扩散模型氯离子扩散是指氯离子在不同环境条件下的传输过程。
氯离子扩散模型根据氯离子在材料中的扩散速率和扩散方向，可以预测氯离子的迁移路径和扩散深度。
考虑荷载对氯离子扩散的影响，可以更准确地评估材料的耐久性和结构安全性。
在不同环境条件下，荷载会对氯离子扩散产生影响。
首先考虑水分的影响。
在潮湿环境中，水分可滋养混凝土中的氯离子，增加其浓度，从而加快氯离子的扩散速度。
此外，水分也会降低混凝土的孔隙度，增加了氯离子的迁移路径，进一步加大了氯离子的扩散深度。
因此，需要考虑环境中的水分含量对氯离子扩散的影响。
其次考虑温度的影响。
在高温环境下，氯离子扩散速度较快。
这是因为高温可加速水分的蒸发和混凝土的干燥速率，提高混凝土的孔隙度，减少了氯离子的迁移路径，从而增加了氯离子的扩散速度和深度。
因此，在考虑荷载影响时，需要考虑环境中的温度对氯离子扩散的影响。
另外，荷载本身也会对氯离子扩散产生影响。
荷载会导致混凝土的应力和应变的变化，从而导致混凝土的微观结构发生变化。
这些微观结构的变化会影响混凝土中孔隙的分布和孔隙度的变化，进而影响氯离子的扩散速度和扩散方向。
因此，在考虑荷载的影响时，需要考虑荷载对混凝土微观结构的影响。
在建立氯离子扩散模型时，可以采用Fick定律和扩散系数来描述氯离子的扩散行为。
Fick定律可以表示为：$\frac{{\partial C}}{{\partial t}} = D \nabla^2 C$其中，C为氯离子的浓度，t为时间，D为扩散系数。
扩散系数可以通过经验公式或实验测量得到。
对于不同环境条件下的扩散系数，需要根据实际情况进行修正。
例如，对于湿度较高的环境，可以将扩散系数乘以一个湿度修正因子，以考虑水分对氯离子扩散的影响。
在考虑荷载的影响时，可以将荷载作为边界条件加入到扩散模型中。
具体方法可以根据实际情况进行选择，例如可以将荷载作为应力边界条件加入到模型中，并通过应力和应变的变化来计算混凝土微观结构的变化。
盐雾环境下疲劳损伤混凝土氯离子扩散性能
盐雾环境下疲劳损伤混凝土氯离子扩散性能牛荻涛;陆炫毅;苗元耀;周艳霞【摘要】针对沿海地区桥梁结构实际服役情况,开展了盐雾环境下弯曲疲劳损伤混凝土的氯离子侵蚀试验研究.研究结果表明:弯曲疲劳荷载对混凝土造成损伤,劣化了混凝土抗氯离子侵蚀性能.氯离子在混凝土中的扩散系数随疲劳损伤变量的增加而增大,并且氯离子在弯曲疲劳受拉区的扩散系数大于受压区.最后引入疲劳荷载影响系数反映疲劳损伤对氯离子扩散系数的影响,拟合得到疲劳荷载影响系数与损伤变量的关系式,为沿海地区桥梁混凝土结构的耐久性研究提供参考.【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(047)005【总页数】5页(P617-620,648)【关键词】盐雾;疲劳损伤;氯离子;混凝土【作者】牛荻涛;陆炫毅;苗元耀;周艳霞【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055【正文语种】中文沿海地区的桥梁在长期承受循环车辆荷载的同时还受到盐雾侵蚀作用.盐雾环境中的氯离子会引起桥梁混凝土中钢筋的锈蚀，进而劣化结构的承载能力和使用性能[1].可见沿海地区桥梁结构性能退化，除了车辆疲劳荷载作用外，氯离子侵蚀导致的钢筋腐蚀也是不容忽视的重要因素.因此研究沿海地区桥梁混凝土结构耐久性时，应考虑疲劳荷载和氯离子侵蚀的双重作用.目前国内外对静态荷载作用下混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能已经做了大量的研究，但是关于疲劳荷载和氯离子侵蚀协同作用下混凝土耐久性的研究还比较少.Mitsuru[2]通过轴向压缩疲劳荷载的方式研究了疲劳荷载与混凝土氯离子渗透性的关系，研究表明在应力水平大于0.6时，疲劳造成的混凝土损伤使氯离子渗透性明显增大，氯离子的渗透速率随疲劳损伤后混凝土残余应变的增大而加快.Gontar等[3]采用荷载和位移两种疲劳控制方式，研究了弯曲疲劳荷载作用下混凝土的抗氯离子侵蚀性能，研究发现疲劳荷载能显著降低混凝土的抗氯离子侵蚀性能.李炜等[4]采用轴向压缩的疲劳荷载形式，使混凝土试件获得不同的损伤量，用电迁移加速法测得氯离子扩散系数随疲劳损伤的增加而增大.蒋金洋等[5]用残余应变定义混凝土损伤变量，研究了弯曲疲劳作用下混凝土的抗氯离子扩散性能，阐述了氯离子扩散系数随混凝土残余应变增加而增大的规律.以上研究考虑了疲劳荷载和氯离子侵蚀两个因素，但均未很好模拟沿海地区桥梁混凝土实际服役状态.从实际出发，用盐雾模拟桥梁所处的滨海大气环境，对弯曲疲劳损伤后的混凝土试件进行盐雾侵蚀实验.研究盐雾环境下疲劳损伤变量对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响，为沿海地区桥梁混凝土结构的耐久性研究提供参考.1 试验概况1.1 原材料、配合比及试件制作水泥：陕西泾阳声威牌P.O.42.5普通硅酸盐水泥.粉煤灰：西安宏源粉煤灰有限责任公司生产的Ⅰ级粉煤灰.细骨料：渭河细砂，细度模数2.0.粗集料：连续级配富平卵石，粒径 5～31.5mm.外加剂：陕西锐新有限公司生产的JDB-T2型外加剂.水：符合国家标准的自来水.混凝土配合比见表1.表1 混凝土配合比设计单位：kg/m3Tab.1 Mix proportion of concrete Unit: kg/m3强度等级水泥粉煤灰砂石水外加剂水胶比C40 350 90 675 1103 170 14.08 0.39弯曲疲劳试验采用素混凝土试件，尺寸为150mm×150mm×550mm.试件成型后带模标养24h，拆模后标养至预定龄期 28h，然后自然养护60d.1.2 混凝土弯曲疲劳试验试验在西安建筑科技大学结构与抗震实验室进行，混凝土试件在PMW800-1000电液式脉动疲劳试验机进行弯曲疲劳试验.疲劳采用3分点加载的形式，如图1所示.试验采用的加载波形为无间歇时间的正弦波，应力水平为0.5，加载频率为4Hz.图1 弯曲疲劳加载示意图Fig.1 Bending fatigue load device大量研究表明[6-8]：混凝土的疲劳变形分三个不同阶段，其中第二阶段占总寿命的80%，且第二阶段混凝土的变形随疲劳荷载重复次数线性增长.混凝土的损伤发展规律与变形发展规律是一致的，且疲劳破坏时残余应变几乎为定值[9].可见混凝土疲劳损伤的发展在占其疲劳寿命的大部分时间内线性增加，而混凝土的残余变形规律反映了其内部疲劳损伤积累的规律，因此混凝土的残余变形的大小可以表征混凝土疲劳损伤的程度，可用残余应变的比值作为损伤变量.实验疲劳加载时测得试件接近破坏时的残余应变较为稳定，均值为26510-6，以此作为极限残余应变.将疲劳试验过程中测得的残余应变和疲劳破坏极限残余应变的比值定义为损伤变量：式中：P为损伤变量；为疲劳n次后测得的残余应变；为极限残余应变.弯曲疲劳试验时，通过控制疲劳循环次数获得残余应变为0、53×10-6、106×10-6、159×10-6、212×10-6的混凝土试件.即试件获得0、0.2、0.4、0.6、0.8等5个损伤变量，然后进行下一步试验.1.3 盐雾试验试验考虑不同疲劳损伤变量对混凝土氯离子扩散性能的影响，按上述5个损伤变量将试件分成5组，每组4个，然后将试件放入气候模拟试验室进行盐雾侵蚀试验，模拟滨海大气环境下疲劳损伤桥梁混凝土的氯离子侵蚀.盐雾时间为 30d，采用间歇式喷雾的方式，即喷雾12h、间歇12h为一个循环.盐雾试验主要技术参数：5 %NaCl盐溶液；pH值为6.5～7.2；温度为（35±2）℃；盐雾沉降率为 1～2mL/80（cm2·h）.达到相应的盐雾试验周期时，取出试件并在试件纯弯段的受拉面和受压面进行钻孔取样.采用混凝土打磨机从试样的暴露面开始，由表及里以2 mm为单位分层取粉.将混凝土粉样过0.63 mm孔径筛，并立即装入塑封袋内，然后测试混凝土中水溶性氯离子质量分数.水溶性氯离子质量分数测试按照《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270-98）的标准方法进行.2 试验结果分析2.1 疲劳损伤对自由氯离子含量的影响不同疲劳损伤变量的混凝土试件盐雾 30d后，受拉区和受压区不同深度处自由氯离子含量分别如图2，图3所示.由图 2、3可以看出，不同疲劳损伤变量混凝土试件受拉区和受压区自由氯离子含量均随深度的增加而减小，这表明混凝土中氯离子从高浓度区向低浓度区传输，间接验证了氯离子在混凝土中的传输方式主要为扩散和渗透；受疲劳荷载作用后的混凝土试件，无论受拉区还是受压区自由氯离子含量总体上要高于未受到疲劳作用的混凝土试件，这说明疲劳荷载劣化了混凝土抗氯离子侵蚀的能力，会加速由于氯离子侵蚀引起的混凝土结构性能退化进程.图2 受拉区混凝土氯离子含量Fig.2 Chloride ion content of the concrete in tensile region图3 受压区混凝土氯离子含量Fig.3 Chloride ion content of the concrete incompressive region在弯曲疲劳荷载作用的受拉区混凝土各深度处自由氯离子含量随着疲劳损伤变量的增大而增加，在疲劳损伤变量大于0.4时，这种规律更加明显，并且自由氯离子含量的增幅比较显著.疲劳损伤变量为0.2时，各深度处自由氯离子的增量不明显，与无损伤的混凝土试件的自由氯离子含量接近.这是由于混凝土的疲劳损伤尚小，混凝土内部还未产生较大的裂缝和空隙，混凝土还具有较好的抗氯离子侵蚀能力. 在弯曲疲劳荷载作用的受压区混凝土各深度处自由氯离子含量随着疲劳损伤变量的增大而增加，但是这种趋势没有受拉区明显.此时在损伤变量大于0.6时自由氯离子含量随疲劳损伤变量的增大而增加的规律才开始凸显.产生这种差异的主要原因是混凝土是一种多相混合材料，其抗拉性能较差，而抗压性能很好，即使在相同的损伤变量下，同一混凝土试件受拉区内积累的损伤也要大于受压区.受压区混凝土在损伤变量大于0.6以后其内部微裂缝才充分地演化和扩张，致使混凝土的密实度降低，氯离子在混凝土中的扩散随之加快，氯离子的含量随损伤变量增大而增加的规律开始变得明显.2.2 疲劳损伤对氯离子扩散系数的影响海洋环境下，扩散作用仍被认为是氯离子的主要侵入方式[10].因此可以应用fick 第二定律对试验数据进行回归分析.当边界条件为：C(0,t)=Cs，C(∝,t)=C0；初始条件为：C(x,0)=C0时，可以得到fick第二定律的解析解为[11]：式中：Cx,t为t时刻深度为x时的氯离子浓度，C0为氯离子初始浓度，Cs为氯离子表面浓度，D为氯离子扩散系数，t为渗透时间，erf为误差函数，即根据混凝土试件自由氯离子浓度的实测结果，按照公式（2），采用软件MATLAB2013a进行曲线拟合，求得不同损伤变量混凝土试件受拉区和受压区的氯离子扩散系数D.图4为不同损伤变量混凝土弯曲疲劳受拉区和受压区氯离子扩散系数直方图.图4 拉、压区氯离子扩散系数Fig.4 Chloride diffusion coefficient in tensile and compression region从图4可以得出：混凝土弯曲疲劳受拉区氯离子扩散系数均大于受压区.随着疲劳损伤变量的增加，混凝土试件受拉区和受压区的氯离子扩散系数都增大.在受拉区，当损伤变量大于0.4时，这种增长幅度变得显著；而在受压区，在损伤变量大于0.6时，这种增幅才开始凸显.这与上面分析的规律相符合，并且从混凝土氯离子扩散系数直方图中可以更加直观看出这种规律.综上分析可知，可以将疲劳损伤变量0.4作为影响混凝土受拉区氯离子扩散的起劣点，而损伤变量0.6作为影响混凝土受压区氯离子扩散的起劣点.2.3 疲劳荷载影响系数混凝土在承受弯曲疲劳荷载时，不同疲劳损伤变量对混凝土的氯离子扩散性能影响显著.随着疲劳损伤的积累，混凝土内部原始裂缝不断的扩展、延伸；新的微裂缝也开始产生，混凝土密实度不断下降，氯离子在混凝土中的扩散速度加快，氯离子扩散系数增大.为此引入疲劳荷载影响系数k反映疲劳损伤变量对混凝土氯离子扩散系数的影响：DP=D0k （4）式中：D(P)为疲劳损伤变量为P时的氯离子扩散系数；D0为未损伤时氯离子扩散系数.用OriginPro8.5拟合弯曲疲劳混凝土拉、压区相对氯离子扩散系数与疲劳损伤变量之间的关系，见图5.图5 疲劳损伤变量与相对氯离子扩散系数的关系Fig.5 Relationship between fatigue damage variable and relative chloride diffusion coefficient根据图5的拟合结果，有弯曲疲劳受拉区弯曲疲劳受压区式中：P为疲劳损伤变量，k为疲劳荷载影响系数.3 结论（1）弯曲疲劳荷载对混凝土内部造成损伤，劣化了混凝土抗氯离子侵蚀性能.混凝土中自由氯离子含量随疲劳损伤变量的增大而增加.（2）疲劳损伤后混凝土受拉区自由氯离子含量高于受压区.因此在同一损伤变量的条件下，混凝土受拉区的损伤要要比受压区严重.（3）随着疲劳损伤变量的增大，混凝土中的氯离子扩散系数增大.损伤变量0.4是混凝土受拉区氯离子扩散的起劣点，而损伤变量0.6是混凝土受压区氯离子扩散的起劣点.（4）在疲劳损伤混凝土中引入疲劳荷载影响系数，通过拟合得到疲劳荷载影响系数与疲劳损伤变量的关系式.参考文献 References[1] 伟平,张庆章,顾祥林,等.环境条件和应力水平对混凝土中氯离子传输的影响[J].江苏大学学报:自然科学版,2013,34(1):101-106.ZHANG Weiping, ZHANG Qingzhang, GU Xianglin, et al. Effects of environmental conditions and stress level on chloride ion transport in concrete [J]. Journal of Jiangsu University: Natural Science Edition, 2013,34(1):101-106.[2] MITSURU S. Chloride permeability of concrete under static and repeated compressive loading [J].Cem Concr Res.1995,25(4):803-808. [3] ONTAR W A,MARTIN J P ,POPOVICS J S. Effects of cyclic loading onchloride permeability of plain concrete[C]// ANSARI F ed. Condition Monitoring of Materials and Structures. Austin: Texas American Society of Civil Engineering, 2000.[4] 李炜,蒋林华,王永亮,等.疲劳作用对混凝土中氯离子扩散系数影响[J].混凝土,2014(1),31-34.LI Wei, JIANG Linhua, WANG Yongliang, et al. Research on the effect of fatigue on chloride diffusion coefficient in concrete [J]. Concrete, 2014(1),31-34.[5] 蒋金洋,孙伟,王晶,等.弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能[J].东南大学学报,2010,40(2):362-366.JIANG Jinyang, SUN Wei, WANG Jing, et al. Resistance to chloride ion diffusion of structural concrete under bending fatigue load [J]. Journal of Southeast University:Natural Science Edition, 2010,40(2):362-366.[6] 王瑞敏,宋玉普,赵国藩.混凝土疲劳积累损伤准则[J]. 水利学报,1992 (5):72-76.WANG Ruimin, SONG Yupu, ZHAO Guofan. Fatigue accumulative damage rules of concrete[J]. Journal of hydraulic engineering, 1992(5): 72-76.[7] 洪锦祥. 含气量与冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响[D]. 南京: 东南大学, 2007.HONG Jinxiang. Effect of air content and freezing-thawing damage on concrete fatigue properties[D]. Nanjing:Southeast University, 2007. [8] 李永强, 车惠民. 混凝土弯曲疲劳累积损伤性能研究[J]. 中国铁道科学, 1998, 19(2): 52-59.LI Yongqiang, CHE Huimin. A study on the cumulative damage to plain concrete due to flexural fatigue[J]. China Railway Science, 1998, 19(2): 52-59.[9] 宋玉普. 混凝土结构的疲劳性能及设计原理[M]. 北京: 机械工业出版社,2006.SONG Yupu. Fatigue behavior and design principle of concrete structures[M]. Beijing: China Machine Press,2006.[10] 王元战, 周海峰. 盐雾环境下受荷混凝土中氯离子扩散试验[J]. 材料科学与工程学报, 2013, 31(5): 645-650.WANG Yuanzhan, ZHOU Haifeng. Chloride ion diffusion experiment in loaded concrete under salt spray environment[J]. Journal of Materials Science & Engineering,2013, 31(5): 645-650.[11] 白敏. 氯盐与冻融环境下钢纤维混凝土耐久性能研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2012.BAI Min. Research on durability of steel fiber concrete under the chloride salt and freeze-thaw environment[D].Xi’an: Xi’an University of Arch. & Tech.,2012.。
氯离子扩散系数对混凝土结构耐久性的影响
氯离子扩散系数对混凝土结构耐久性的影响混凝土作为一种重要的建筑材料，在建筑工程中得到广泛应用。
然而，混凝土在长期使用过程中，受到外界环境的影响，易受到氯离子的侵蚀，从而导致混凝土结构的耐久性下降。
因此，研究氯离子扩散系数对混凝土结构耐久性的影响，对于提高混凝土结构的耐久性具有重要的意义。
一、混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性是指在正常使用条件下，混凝土结构在预定的使用年限内，不失去原有的强度和稳定性，以及不出现严重的开裂、腐蚀、渗漏等现象。
混凝土结构的耐久性受到多种因素的影响，如气候、环境、荷载等。
二、氯离子的侵蚀氯离子是混凝土结构中常见的化学物质，它会通过混凝土结构的孔隙和裂缝进入混凝土内部，与混凝土中的水化产物反应，从而导致混凝土结构的耐久性下降。
氯离子的侵蚀会导致混凝土中的钢筋锈蚀，使钢筋的抗拉强度下降，从而导致混凝土结构的强度和稳定性下降。
三、氯离子扩散系数氯离子在混凝土结构中的扩散是导致混凝土结构耐久性下降的主要原因之一。
氯离子扩散系数是一个描述氯离子在混凝土中传播速度的参数，通常用D表示。
氯离子扩散系数越大，表示氯离子在混凝土中的传播速度越快，混凝土结构的耐久性下降的速度也会更快。
四、氯离子扩散系数对混凝土结构耐久性的影响氯离子扩散系数对混凝土结构耐久性的影响是复杂的。
一方面，氯离子扩散系数越大，表示混凝土结构中氯离子的传播速度越快，会加速混凝土结构的耐久性下降。
另一方面，氯离子扩散系数的大小也受到混凝土中孔隙度、含水率、氯离子浓度等因素的影响。
因此，需要进行深入的研究，才能得出准确的结论。
五、氯离子扩散系数测试方法目前，常用的氯离子扩散系数测试方法有电导法、电化学法、荧光法、放射性示踪法等。
其中，电导法和电化学法是最常用的方法。
电导法是通过测定混凝土结构中氯离子的电导率来计算氯离子扩散系数。
首先，在混凝土结构表面钻取一定深度的孔洞，然后将电极插入孔洞内，测定孔洞内的电导率，从而计算出氯离子扩散系数。
混凝土的氯离子扩散性分析
混凝土的氯离子扩散性分析混凝土是一种常见的建筑材料，广泛应用于各种工程中。
然而，由于氯离子对混凝土的侵蚀性较强，如果混凝土中存在氯离子的渗透问题，将会导致混凝土的腐蚀和破坏，从而影响建筑物的使用寿命。
因此，分析混凝土的氯离子扩散性非常重要。
本文将从氯离子扩散机理、实验方法以及评估氯离子扩散性的指标等方面进行探讨。
一、氯离子扩散机理混凝土中的氯离子主要通过孔隙结构扩散。
当混凝土内部湿度较高，氯离子和水分子将沿着浓度梯度通过孔隙的间隙进行扩散。
扩散过程中，氯离子与水分子间的碰撞及周围材料的阻力会影响扩散速率。
此外，混凝土的孔隙结构也对氯离子的扩散起着重要作用。
孔隙连通性的增加和孔径的增大都会导致氯离子的扩散加快。
二、实验方法为了准确评估混凝土中氯离子的扩散性，需要进行一系列的实验。
下面介绍几种常用的实验方法。
1. 水浸法（ASTM C1202）水浸法是一种用于评估混凝土氯离子渗透性能的标准测试方法，常用于工程质量检验。
该方法通过测量混凝土试件电流的变化，进一步计算氯离子的电荷量来评估氯离子的扩散性能。
实验结果以表观氯离子扩散系数表示。
2. 氯离子渗透试验（ASTM C1556）氯离子渗透试验是一种更加直接的方法，用于测量混凝土中氯离子的渗透深度。
试验时，在混凝土表面涂覆氯化钠溶液，通过重量法或化学分析法测定氯离子的渗透深度。
实验结果可用于评估混凝土的抗渗性能。
三、评估氯离子扩散性的指标了解混凝土的氯离子扩散性能，需要依据一些指标进行评估。
1. 表观氯离子扩散系数表观氯离子扩散系数是衡量混凝土中氯离子扩散速率的重要指标。
它可以通过水浸法等实验方法得到，一般以立方米/秒（m²/s）为单位。
表观氯离子扩散系数越大，表示混凝土的氯离子扩散速率越快。
2. 渗透深度渗透深度是使用氯离子渗透试验测得的指标，用于评估混凝土中氯离子的渗透性能。
渗透深度越大，说明混凝土的抗渗性能越差。
3. 氯离子浓度分布曲线氯离子浓度分布曲线可以通过化学分析方法或电荷量测定方法得到。
混凝土中氯离子渗透性能的研究
混凝土中氯离子渗透性能的研究一、研究背景混凝土作为一种常用的建筑材料，在实际应用中经常会遇到氯离子的侵蚀问题，从而影响混凝土的性能和寿命。
因此，研究混凝土中氯离子的渗透性能，对于混凝土的使用和维护具有重要意义。
二、渗透性能的影响因素1. 混凝土配合比：混凝土中水泥的含量、水灰比等配合比参数会直接影响混凝土的渗透性能。
2. 混凝土龄期：混凝土的龄期会影响混凝土中孔隙的大小和分布，从而影响混凝土的渗透性能。
3. 混凝土中氯离子浓度：混凝土中氯离子浓度越高，混凝土的渗透性能就越差。
4. 混凝土中氯离子的状态：氯离子可以以游离态、络合态或结合态存在于混凝土中，不同状态的氯离子对混凝土的渗透性能有不同的影响。
5. 混凝土的孔隙结构：混凝土中的孔隙结构对于混凝土的渗透性能有着决定性的影响。
三、渗透性能的测定方法1. 比表面法：通过测量混凝土样品的比表面积来确定混凝土的渗透性能。
2. 直接浸泡法：将混凝土样品直接浸泡在含氯离子的溶液中，通过测量混凝土样品中氯离子的浓度变化来确定混凝土的渗透性能。
3. 电化学方法：通过测量混凝土表面的电位变化来确定混凝土的渗透性能。
四、影响混凝土渗透性能的机理1. 氯离子的扩散：氯离子会从混凝土表面向混凝土内部扩散，随着混凝土中氯离子浓度的增加，混凝土的渗透性能会逐渐降低。
2. 孔隙结构：混凝土中的孔隙结构对于混凝土的渗透性能有着决定性的影响。
孔隙较大或分布不均的混凝土，其渗透性能较差。
3. 混凝土的龄期：混凝土的龄期会影响混凝土中孔隙的大小和分布，从而影响混凝土的渗透性能。
4. 混凝土中氯离子的状态：不同状态的氯离子对混凝土的渗透性能有不同的影响。
游离态的氯离子对混凝土的渗透性能影响最大，络合态次之，结合态最小。
五、提高混凝土的抗渗性能的方法1. 采用合理的配合比：通过调整混凝土中水泥的含量、水灰比等配合比参数，来提高混凝土的抗渗性能。
2. 采用添加剂：通过添加适当的添加剂，如硅酸盐、氢氧化铝等，来改善混凝土的孔隙结构，从而提高混凝土的抗渗性能。
混凝土的氯离子扩散系数检测标准
混凝土的氯离子扩散系数检测标准一、前言混凝土是建筑工程中常用的材料，其性能对工程质量和使用寿命有着直接的影响。
混凝土中的氯离子是导致混凝土钢筋锈蚀的主要原因之一，因此对混凝土中氯离子的扩散系数进行检测具有重要的意义。
本文将介绍混凝土的氯离子扩散系数检测标准。
二、混凝土的氯离子扩散系数混凝土中的氯离子可通过水泥基体的孔隙结构向外扩散，当氯离子浓度超过一定的阈值时，将导致混凝土的钢筋锈蚀和混凝土的损坏。
因此，混凝土的氯离子扩散系数是衡量混凝土耐久性的一个重要指标。
混凝土的氯离子扩散系数可通过实验测定得到，一般采用荧光分析法、重量损失法、电化学方法等进行测定。
三、混凝土的氯离子扩散系数检测标准1. 检测设备要求混凝土的氯离子扩散系数检测设备应具有以下要求：（1）温度控制精度应达到±1℃；（2）荧光分析法设备应具有高分辨率、高灵敏度的特点；（3）重量损失法设备应具有高精度的天平和恒温恒湿的环境控制系统；（4）电化学方法设备应具有高精度的电位计和电极。
2. 检测样品要求混凝土的氯离子扩散系数检测样品应符合以下要求：（1）样品的尺寸应足够大，以保证测试结果的准确性；（2）样品应符合设计要求，具有代表性；（3）样品的表面应平整，无明显的缺陷和裂缝。
3. 检测方法要求（1）荧光分析法荧光分析法是一种常用的混凝土氯离子扩散系数测定方法。
该方法通过荧光分析仪对荧光强度进行测试，进而计算出氯离子的扩散系数。
具体操作步骤如下：① 准备样品，将混凝土样品切成尺寸相同的试件；② 在样品表面涂上荧光探针；③ 确定测试温度和湿度；④ 测定荧光强度，并计算出氯离子的扩散系数。
（2）重量损失法重量损失法是一种直接测量氯离子扩散深度的方法。
该方法通过测量样品的质量变化来计算氯离子的扩散系数。
具体操作步骤如下：① 准备样品，将混凝土样品切成尺寸相同的试件；② 在样品表面涂上一层防水涂料；③ 确定测试温度和湿度；④ 将样品浸泡在含氯离子的溶液中，测定样品质量的变化，并计算出氯离子的扩散系数。
混凝土中氯离子扩散的数值模拟研究
混凝土中氯离子扩散的数值模拟研究一、研究背景和意义混凝土作为建筑结构材料，其性能与服务寿命直接影响着建筑物的安全和可靠性。
然而，混凝土在使用过程中会受到多种外界因素的影响，其中最常见的腐蚀因素之一就是氯离子。
氯离子在混凝土中的扩散过程会导致混凝土的钢筋锈蚀，从而降低混凝土的强度和耐久性，严重影响建筑物的使用寿命和安全性。
因此，深入研究混凝土中氯离子扩散的机理和规律，对于提高混凝土结构的耐久性和安全性具有重要的意义。
二、研究现状目前，混凝土中氯离子扩散的研究主要采用实验和数值模拟两种方法。
实验方法包括静态浸泡法、电迁移法、自然曝露法等，可以获得较为准确的实验数据，但是实验成本高、周期长、受到实验条件和操作人员技术水平的限制。
数值模拟方法则可以通过计算机模拟混凝土中氯离子扩散的过程，快速、准确地得到相应的结果，具有时间和空间的连续性，可以对扩散机理进行深入研究。
三、研究内容和方法本研究旨在通过数值模拟的方法，深入研究混凝土中氯离子扩散的机理和规律。
具体研究内容包括：1.建立混凝土中氯离子扩散的数值模型：采用有限元方法建立混凝土中氯离子扩散的数值模型，考虑混凝土的孔隙度、温度、湿度等因素对氯离子扩散的影响。
2.验证数值模拟结果的准确性：通过与现有实验数据的对比验证数值模拟结果的准确性和可靠性。
3.分析氯离子扩散的机理和规律：通过数值模拟分析氯离子在混凝土中扩散的机理和规律，探讨影响氯离子扩散的因素及其相互作用关系。
4.评估混凝土结构耐久性：根据数值模拟结果，评估混凝土结构在不同氯离子浓度下的耐久性，为混凝土结构的设计和维护提供科学依据。
本研究采用的主要方法为数值模拟，具体步骤包括：1.建立数值模型：采用有限元方法建立混凝土中氯离子扩散的数值模型，考虑混凝土的孔隙度、温度、湿度等因素对氯离子扩散的影响。
2.设置边界条件：根据实际情况设置模型的边界条件，包括氯离子的初始浓度、混凝土表面的氯离子浓度、环境温度、湿度等。
混凝土结构的氯离子扩散性能及其改善技术
混凝土结构的氯离子扩散性能及其改善技术一、背景介绍混凝土作为一种常用的建筑材料，其性能对建筑物的结构和使用寿命有着重要的影响。
然而，混凝土在使用过程中会受到各种因素的影响，其中之一就是氯离子的侵蚀。
氯离子的作用会导致混凝土的钢筋锈蚀，从而影响混凝土结构的稳定性和安全性。
因此，研究混凝土结构的氯离子扩散性能及其改善技术，对于提高混凝土结构的性能和延长其使用寿命具有重要意义。
二、氯离子对混凝土的影响1. 氯离子的来源氯离子可以通过地下水、海水、含盐土壤等途径进入混凝土结构中。
在使用过程中，混凝土结构还会受到大气中的氯化物、氯气等的影响。
2. 氯离子的作用氯离子会与混凝土中的水泥石和氢氧化钙反应，生成可溶性氯化钙和不溶性氯化钙，这会导致混凝土中的钙离子流失，从而影响混凝土的强度和稳定性。
同时，氯离子还会进入钢筋周围的混凝土中，造成钢筋锈蚀，从而影响混凝土结构的安全性。
3. 氯离子扩散性能氯离子的扩散性能是指氯离子在混凝土结构中的扩散速率。
氯离子的扩散速率受到多种因素的影响，包括混凝土的孔隙度、孔径分布、水泥石的化学成分、氯离子的浓度等。
研究氯离子扩散性能可以为改善混凝土结构的性能提供基础数据。
三、氯离子扩散性能测试方法1. 氯离子扩散系数测试氯离子扩散系数是衡量混凝土结构抵抗氯离子侵蚀能力的重要参数。
常见的测试方法包括电化学测试方法、自扩散法、稳态浸泡法、非稳态浸泡法等。
2. 氯离子渗透深度测试氯离子渗透深度是指氯离子在混凝土结构中渗透的深度。
常见的测试方法包括电化学测试方法、荧光显微镜法、化学分析法等。
四、氯离子扩散性能改善技术1. 添加外加剂添加外加剂是一种有效的改善混凝土结构氯离子扩散性能的方法。
常见的外加剂包括氯盐膨胀剂、硅酸盐防水剂、氢氧化钙等。
这些外加剂可以填充混凝土中的孔隙、缩小孔径分布，从而减少氯离子的扩散速率。
2. 防水处理混凝土结构的防水处理可以有效地减少氯离子的侵蚀。
常见的防水处理方法包括表面涂层、渗透性封闭剂等。
基于COMSOL模拟开裂混凝土中的氯离子扩散行为
基于COMSOL模拟开裂混凝土中的氯离子扩散行为混凝土是一种常见的建筑材料，它具有良好的抗压性和耐久性。
混凝土在长期使用过程中可能面临氯离子侵蚀的问题，这会导致混凝土的开裂和损坏。
研究混凝土中氯离子扩散的行为对于预防混凝土的氯离子侵蚀具有重要意义。
COMSOL Multiphysics是一款用于多物理场仿真的工程仿真软件，能够模拟多个物理场之间的相互作用，包括结构力学、传热、电磁场等。
利用COMSOL可以对混凝土中氯离子扩散的行为进行仿真模拟，从而研究混凝土中氯离子的扩散规律和影响因素。
混凝土中的氯离子扩散过程是一个复杂的多物理场问题，涉及到扩散传输、结构力学和化学反应等多个方面。
混凝土的孔隙结构对氯离子扩散起着重要作用。
混凝土是一种多孔材料，其孔隙结构对其渗透性和扩散性能有着直接影响。
混凝土的力学性能也会受到氯离子侵蚀的影响，氯离子侵蚀会导致混凝土的孔隙结构破坏，从而影响其力学性能。
氯离子与混凝土中的水泥基体和骨料等物质也会发生化学反应，这些化学反应也会影响氯离子的扩散行为。
基于以上考虑，可以利用COMSOL对混凝土中氯离子扩散的行为进行仿真模拟。
首先需要建立混凝土的多物理场模型，包括结构力学、传质传热和化学反应等方面。
需要对混凝土材料的性能参数进行建模，包括孔隙结构参数、弹性模量、渗透率、氯离子扩散系数等。
然后，可以利用COMSOL进行实际仿真计算，得到混凝土中氯离子扩散的行为及其影响规律。
在COMSOL中进行混凝土中氯离子扩散的仿真模拟可以为混凝土的氯离子侵蚀问题提供重要参考，有助于优化混凝土材料的设计和配方，提高混凝土的抗氯离子侵蚀能力。
这种仿真模拟方法还可以为混凝土材料的性能评价和寿命预测提供新的研究思路和技术手段。
利用COMSOL对混凝土中氯离子扩散进行仿真模拟具有重要的理论意义和实际应用价值。
混凝土中氯离子渗透的影响因素研究
混凝土中氯离子渗透的影响因素研究混凝土中氯离子渗透的影响因素研究摘要：混凝土中氯离子的渗透是混凝土耐久性能的一个关键因素，会导致混凝土的腐蚀和损伤。
本文将从氯离子渗透的影响因素、混凝土中氯离子渗透的机理以及控制混凝土中氯离子渗透的方法三个方面进行详细的研究和探讨，以期为混凝土耐久性能的提升提供一定的参考和指导。
关键词：混凝土，氯离子，渗透，影响因素，机理，控制方法一、氯离子渗透的影响因素1、混凝土强度：混凝土的强度是影响氯离子渗透的重要因素之一。
强度越高的混凝土其孔隙度越小，渗透性越低，氯离子的渗透也会受到一定程度的限制。
2、混凝土配合比：混凝土配合比的变化会引起混凝土内部孔隙度的变化，从而影响氯离子的渗透。
当混凝土的配合比增大时，混凝土的孔隙度也会增大，从而导致氯离子渗透的速度增快。
3、混凝土的孔隙度：混凝土的孔隙度是影响氯离子渗透的关键因素之一。
混凝土内部的孔隙度越大，氯离子的渗透速度也就越快。
4、混凝土的含水率：混凝土的含水率是影响氯离子渗透的重要因素之一。
当混凝土的含水率增加时，混凝土内部的孔隙度也会增大，从而导致氯离子渗透的速度增快。
5、混凝土的温度：混凝土的温度也是影响氯离子渗透的因素之一。
当混凝土的温度升高时，混凝土内部孔隙度也会增大，导致氯离子渗透速度加快。
二、混凝土中氯离子渗透的机理混凝土中氯离子的渗透主要是通过扩散作用和吸附作用来实现的。
1、扩散作用：混凝土中的氯离子主要通过扩散作用来进行渗透，即氯离子在混凝土中由高浓度区向低浓度区逐渐扩散。
2、吸附作用：混凝土中的氯离子还会发生吸附作用，即氯离子在混凝土中会被吸附，从而减缓其扩散速度。
混凝土中的氯离子主要有三种形式：游离态、离子交换态和化学结合态。
其中游离态和离子交换态的氯离子容易被水分冲走，而化学结合态的氯离子则较难移动。
三、控制混凝土中氯离子渗透的方法为了控制混凝土中氯离子的渗透，可以采取以下几种方法：1、选用合适的混凝土配合比：合适的混凝土配合比可以控制混凝土的孔隙度，从而减缓氯离子的渗透速度。
混凝土氯离子扩散系数的研究综述
水泥生产Cement production20混凝土氯离子扩散系数的研究综述王敏杨刘文会* 杜朋飞李嘉明王新宇（吉林建筑大学交通科学与工程学院，长春130118）中图分类号：TQ172 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）04-0020-01摘要：多数RC结构的损伤程度是由其中盐离子传输特性决定的。
特别是氯离子扩散系数。
因此，有大量文献对此进行了理论实验分析。
本文对近年来氯离子扩散系数的试验方法与预测模型进行讨论，并以此指导接下来的工作。
关键词：氯离子扩散系数；RC结构；综述混凝土因其强度高、成本低、耐久性好等优点，一直是人们首选的建筑材料[1]。
若不满足环境和经济要求，这种偏好会改变。
混凝土耐久性具有深远的影响。
当混凝土过早失效或变质时，就必须拆除，需要人力和财政资源来修理和更换现有的RC结构，影响RC结构耐久性的主要原因是氯离子对RC结构进行侵蚀，使混凝土结构中的CHS凝胶失效，混凝土发生脆化，表面严重脱落，外部氯离子进入保护层，腐蚀钢筋，令RC结构的钢筋处于酸性环境中，钢筋锈蚀加剧。
目前国内外对混凝土氯离子扩散系数的研究综述较少，不够新颖，且内容陈旧，众模型中缺少控制氯离子扩散系数比值的水泥浆体厚度。
本文论述了该领域近年来的研究成果，对准确评估RC结构耐久性有着重要意义。
1∂2 混凝土氯离子扩散系数的量化模型现有的混凝土氯离子扩散系数量化模型可分为现象学模型、类比模型、统计模型和混合模型。
这些模型之间最大的区别是它们的目标。
采用标准试验方法和材料模型对氯离子扩散系数进行量化，以比较和评价不同的混合物；另一些模型则采用统计模型和现象学模型相结合的方法来设计和配合混凝土混合物。
此外，有些模型采用表观氯离子扩散系数，主要是基于浸没试验数据；另一些模型采用有效扩散系数(D Cl)对氯离子结合进行修正，主要是利用迁移实验数据。
2.1 Luciano 和Miltenberger [2]Luciano 和 Miltenberger氯离子扩散系数的确定是建立了一个统计模型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
拉伸疲劳对混凝土氯离子扩散的影响研究摘要：采用不同的最大应力水平和不同的疲劳次数对C30混凝土进行拉伸疲劳试验，将经受疲劳的混凝土试件分别采用残余拉应变、基于超声波形的分形维数的疲劳损伤度和基于电化学阻抗谱的损伤电阻对疲劳损伤进行表征，研究疲劳损伤和混凝土的氯离子扩散系数的关系。
结果表明：应用残余拉应变、分形维数疲劳损伤度和损伤电阻表征疲劳损伤时可行的。
残余拉应变越大，混凝土氯离子扩散系数也越大，残余拉应变超过25εu时，混凝土的氯离子扩散系数增速显著，可将残余拉应变25εu作为起劣点；混凝土的氯离子扩散系数随着疲劳损伤的增加而增大，呈指数函数关系；混凝土的氯离子扩散系数随着损伤电阻的增大而减小，呈指数函数关系。
关键词：拉伸疲劳作用；氯离子扩散系数；疲劳损伤；残余拉应变；分形维数；损伤电阻中图分类号：TU 528.0文献标志码：AEffect of tensile fatigue on chloride diffusion in concrete Abstract: The tensile fatigue was enforced on C30 concrete with different stress levels and different fatigue life cycles. Use residual tensile strain, the fatigue damage based on ultrasonic waveform‘s fractal dimension and damage resistance based on Electrochemical Impedance Spectroscopy as damage parameters respectively to study the effect of tensile fatigue on chloride diffusion coefficient in concrete. It is shown that the diffusion coefficient of chloride in concrete under tensile fatigue increases with the increase of residual tensile strain. As the residual tensile strain exceeds 25εu, the ingression of chloride ions into the concrete increases rapidly. So we can use the residual tensile strain 25εu as a point concrete starts degradation. The chloride diffusion coefficient in concrete under tensile fatigue increases at an exponential function with fatigue damage increase. The chloride diffusion coefficient in concrete under tensile fatigue decreases with the damage resistance(R CCP+R CP) increase, the relationship between chloride diffusion coefficient and damage resistance is exponential.Key words:tensile fatigue; chloride ion diffusion; fatigue damage; residual tensile strain; fractal dimension; damage resistance在沿海地区，大桥、码头等构筑物周围环境中的氯含量相对较高，而氯离子是被认为影响钢筋混凝土结构耐久性最重要的因素之一。
服役过程中的混凝土不仅遭受氯离子侵蚀，而且承受风荷载、波浪荷载以及车辆荷载等疲劳荷载作用，因此研究疲劳荷载对于氯离子在混凝土中扩散的影响具有重要意义。
到目前为止，国内外已有一些疲劳作用对混凝土氯离子扩散影响的研究。
Saito等对经受循环压缩荷载后混凝土的氯离子渗透性进行了研究[1]。
Gontar等采用三点加载和两种疲劳控制方式（荷载和位移），研究了疲劳荷载与混凝土氯离子扩散的关系[2]。
蒋金洋等研究了弯曲疲劳载荷作用下混凝土和钢纤维混凝土的抗氯离子扩散性能[3, 4]。
李炜等研究了压缩疲劳作用对混凝土的氯离子扩散系数的影响[5]。
Xiang等采用损伤力学、非线性分析、数值模拟和可靠度方法，对疲劳损伤混凝土的氯离子扩散进行了可靠性评价[6]。
已有的文献多数集中在压缩和弯曲疲劳作用，而拉伸疲劳作用对混凝土中氯离子扩散影响的研究鲜见报导，由于混凝土的抗拉性能控制着混凝土内部裂缝的发生发展的全过程，因此开展拉伸疲劳对混凝土氯离子扩散影响的研究十分必要。
传统的损伤表征以疲劳次数作为损伤指标，由于疲劳次数与混凝土的损伤的关系是非线性的，只能从宏观上定性了解疲劳损伤对混凝土性能的影响，并不能真正表征混凝土的疲劳损伤程度[3]，所以本文将采用超声参数、电化学阻抗谱以及残余拉应变等方法进行损伤研究，建立拉伸疲劳损伤程度与氯离子扩散系数的定量关系，为进一步研究疲劳与氯盐耦合情况下钢筋混凝土损伤劣化及其寿命预测提供依据。
1 试验1.1 试验原材料与配合比水泥采用安徽海螺水泥长生产的P·O42.5级水泥，细骨料为南京产天然河砂，细度模数2.6，粗骨料为5~20mm连续级配碎石，拌合水为自来水。
混凝土配合比如表1。
表1 混凝土配合比Table 1 Mix propositions of concrete混凝土材料用量/（㎏/m3）强度等级水灰比水泥砂子石子水C30 0.5 390 635 1180 195 1.2 混凝土轴心拉伸疲劳试验综合考虑疲劳试验机性能、试验夹具尺寸要求和试件安装等，采用100mm×100mm×515mm长方体试件，在试件两端轴心各预埋一根直径16mm的钢筋，预埋长度为60mm，标准养护90d后测其轴心抗拉强度。
同一批混凝土成型150mm×150mm×150mm的正方体试件，标准养护90d后测其抗压强度。
采用MTS-810电液伺服万能疲劳试验机对试件进行单轴拉伸疲劳试验，试验采用的加载波形为常用的无间歇正弦波，采用的加载参数列于表2。
表2 拉伸疲劳试验参数Table 2 Parameters of tensile fatigue testsItem1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 max S0 0.5 0.5 0.5 0.6 0.6 0.6 0.7 0.7 0.7 0.75 0.75 0.75 min S0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 f （Hz ） 0 10 10 10 10 10 10 5 5 5 5 5 5 N(104)1351351350.511.5注：1）t f S /max max σ=，t f S /min min σ= ；2）f 为加载频率；3）N 为试件疲劳次数1.3 混凝土疲劳损伤试验1.3.1 混凝土残余拉应变在疲劳试验过程中，在试件非浇筑面的2个对面的中心位置各设置一支LVDT 装置，通过LVDT 首先进行位移量测，然后换算为应变，通过2支LVDT 量测按平均值计算。
1.3.2 混凝土超声波波形的分形维数将经受疲劳作用的试件切去两端预埋钢筋的部分，制成100mm×100mm×300mm 的试件，切面用砂纸打磨光滑，采用非金属超声检测仪进行测定，测试选用直穿法，将超声发射和接收端头分别置于试件轴向两端，对称放置，接触面涂以凡士林作为耦合剂，使端头与试件表面充分接触。
每个试件选取5个测点测试，将测试所得的波形通过USB 接口导出，采用MATLAB 编程，利用功率谱法计算测得波形的分形维数。
1.3.3 混凝土电化学阻抗谱测定将经受疲劳作用的试件切割成100mm×100mm×100mm 的试件，切面用砂纸打磨光滑，将两个切割面用铜箔胶带粘贴，作为电极。
为使试件充分饱水，将试件放入水养箱中常温饱水72h 后取出进行电化学测试。
电化学测试由PARSTAT2273型电化学工作站完成，试验采用两电极法，电化学阻抗谱（EIS ）由PowerSine 模块中的Default SS 标准模板测得，频率范围选取10mHz~100kHz ，阻抗测试信号采用5mv 的正弦波，对数扫描点40个。
1.4 氯离子扩散系数测定试验混凝土氯离子扩散系数采用改进的RCM 法进行测定。
将经受疲劳作用的试件切成100mm×100mm×100mm 的试件，切面打磨光滑，用环氧树脂粘合剂在两非切面中心粘上直径75mm 的PVC 弯管，待环氧树脂固化后将试件置于水养箱中，饱水72h 后取出用环氧树脂将试件密封。
在两端弯管中放入直径75mm 的钢丝网，用导线连接钢丝网和直流稳定电源，电源正极连接的一端弯管注入0.3mol/L 的NaOH 溶液，负极一端注入10%质量浓度的NaCl溶液，电源电压设置为60V ，通电后记录每个试件的初始电流和阳极初始温度，通电24h 后关闭电源，记录每个试件的最终电流和阳极的最终温度，脱去弯管，沿试件轴线切开，在切面喷涂0.1mol/L 的AgNO 3溶液显色剂，15min 后用彩色防水笔画出显色轮廓线，将切面均分成10部分，测试中间7个测点的显色深度，取平均值作为扩散深度。
试件的氯离子扩散系数D 可以通过式（1）计算得出：2)273(0238.0()2()273(0239.0-+--+⨯=U X T X t U LT D d d （1） 式中：D 为氯离子扩散系数，s m /101.0212-⨯；U 为电源电压，V ；T 为阳极溶液的初始温度和结束温度的平均值，℃；L 为试件厚度，mm ；d X 为氯离子扩散深度的平均值，mm ；t 为试验通电试件，h 。
2 试验结果与分析2.1 残余应变与混凝土氯离子扩散的关系通过LVDT 位移测量，计算出残余应变r ε，结果如图1所示。
εr /10-6N/104图1 不同拉伸疲劳情况下的残余拉应变Fig.1 Residual strains of concrete for different tensile fatigue tests由图1可以看出：1）在最大应力水平相同的疲劳作用下，混凝土疲劳后的残余拉应变随着疲劳次数的增加而增大。