混凝土中氯离子传输机理研究

【摘要】：氯离子侵蚀是混凝土中钢筋锈蚀的起源，氯离子在混凝土中的传输机理一直是国内外相关学者关注的焦点。全面掌握氯离子在混凝土中的迁移规律，完善现有计算模型，有助于更好地预测结构的服役寿命。本文依托国家自然科学基金重点课题——“海底隧道工程劣化机理与防护技术研究”（50739001）、青岛地铁科研课题招标项目“青岛地铁高性能衬砌混凝土研究”等，以研究氯离子在混凝土中传输机理为中心，就“混凝土中湿度场对氯离子传输机理的影响”以及“对流与扩散耦合作用下氯离子传输机理”两个切入点进行研究探讨，具体内容如下： （1）混凝土内部湿度场是影响混凝土中氯离子扩散系数的重要因素，在实际的工程中，结构往往处于非饱和状态，但现有氯离子扩散系数计算模型多是以假设试件内部处于饱和状态而建立起来的，这样计算出来的结果往往与实际结构存在偏差。本文通过试验方案设计，在密封箱中利用饱和盐作为湿度控制剂，研究了氯离子在不同湿度环境下以及混凝土内部不同湿度场下的传输规律。试验研究表明：①氯离子在较高的湿度场条件下，能够较容易从高浓度地方向低浓度地方扩散，湿度场越低扩散越不容易发生。当湿度场低于75%时，扩散发生比较困难；当湿度场低于50%时，扩散发生很困难，在这种情况下试件中基本无氯离子迁移。②外界环境中的湿度低于混凝土内部湿度场时，混凝土内部水分由内而外向着低湿度方向迁移，氯离子随水分移动并在试件浅层累积，外界环境湿度越低累积量越大。 （2）氯离子在混凝土中的传输方式并不是单一的，往往是多种传输方式共同作用的结果。本文基于干湿循环作用，通过方案设计，研究对流与扩散耦合作用下氯离子传输机理，同时将氯离子的自由扩散试验作为对比试验。试验研究表明：①水灰比越大，氯离子越容易随着孔隙水向混凝土内部侵入，在对流作用下，氯离子也越容易向试件表层回迁。②在对流与扩散耦合作用下，对流与扩散各自传输方式的强弱与孔隙水的饱和程度有关，饱和程度越低外界水分越容易进入混凝土，这时扩散作用越弱而对流作用则越强。③随着试件吸水时间的延长，对流作用使得氯离子向试件表层迁移并在表层结晶析出，水灰比越大析出越多。④环境中温湿度对试验结果具有重要影响作用，温度越高、空气湿度越低则空气蒸发作用越强，蒸发作用带动混凝土中水分的快速流动使得对流作用加强，若这时试件内部饱和度较低，则在较强的对流作用下扩散作用相对较弱；温度越低、空气湿度越高则空气蒸发作用越弱，这时在具有较高饱和度的试件内部扩散作用相对于对流作用处于主导地位，即相比于对流作用下氯离子向试件浅层回迁的效果，这时氯离子向试件深层迁移的效果更为显著。