混凝土硫酸根离子扩散系数的研究.pdf

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2011年第3期(总第257期
混
凝
理论研究
Number 3 in 2011( Total No 257)
Concrete
THEORETICAL RESEARCH
doi:10.3969/j.iss.1002-3550.2011.03.004
混凝土硫酸根离子扩散系数的研究
梁咏宁',王佳,孔海新2,季韬1
(1.福州大学土木工程学院,福建福州350108;2.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
土疏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測结果对比分析,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:TU528.01文献标志码:A文章编号:1002-3550(2011)03-0011-03
Study of sulfate diffusion coefficient in concrete
LLANG Yong-ning WANG Jia, KONG Hai-xin, JI Tao
(1. College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China
2. Rizhao Enviromental Sanitation Administrative Department, Rizhao 276800, China)
Abstract: By using the Ficks second established law and measuring the sulfate ion concentration under different water-cement ratios and differ
ent time n e ient e s of once e, he cee ion icient was anal ze Meantime, the est results are simulated by matlab and
the relation of sulfate ion difusion coefficient with water-cement ratio and time is established The results show: the concrete diffusion coeffcient
increases linearly along with the growth of water-cement ratio and reduces exponentially along with the growth of time. The prediction is consistent
with the conclusion of the sulfate ion diffusion coefficient expressions
Key words: sulfate; concrete; diffusion coefficient
引言
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
硫酸盐侵蚀混凝土士是一个复杂的物理化学过程。在实际工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
程中,混凝士结构受碗酸盐侵蚀破坏,往往是多种因素综合作高,侵蚀溶液就越难滲入混凝士的内部。水灰比对硫酸根离子
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
扩散系数的影响至关重要,本文在试验的基础上,基于Fck第
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
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
离子浓度的分布,是混凝土内部膨胀应力建立的基础,因此,选水灰比、侵蚀时间对混凝土硫酸根离子扩散系数的影响。
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。
试验研究
关于混凝士硫酸根离子扩散系数的研究, Peter J. Tumidaiski1.1试验原理
等利用Fick第二定律建立了SO浓度与SO4扩散深度及时间关
Fick第二扩散定律将硫酸根离子的扩散系数和时间联系
系的理论模型,并利用这理论模型建立了在氯离子和硫酸根离起来,直观地反映结构的耐久性。假定混凝土中的孔隙分布是均
子的混合溶液中扩散系数与时间的关系。1996年,P, Gospodinov,匀的,硫酸根离子在混凝土中的扩散是一维扩散,浓度梯度仅
R. Kazandjieva和 MMironova研究了混凝土的孔隙率对硫酸根沿着暴露表面到内部的方向变化,混凝土表面浓度为恒定,并且
离子扩散系数的影响,表明硫酸根离子在混凝土内部的扩散程混凝土为半无限介质,通过以上的假定,并运用Fick第一扩散
度可以通过混凝土的抗压强度和孔隙率来确定。1999年, Peter.定律得到
Gospodinov, Robert F Kazandjiev通过考虑硫酸根离子扩散系数
C(x, t)=Cot(c-co)[-erf(/2VDE )
及扩散初始条件和边界条件,建立了硫酸根离子扩散的数学式中:C(x,t)一一硫酸根离子的浓度;
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。
t结构暴露于硫酸根离子环境中的时间;
2008年,左晓宝、孙伟等根据Fick第二定律建立了硫酸根离子
x侵蚀的深度
在混凝土中的非稳态扩散反应方程個,利用有限差分法求解该
の一一硫酸根离子在混凝土中的扩散系数
收稿日期:2010-]0-16
基金项目:福州大学科技发展基金(2008-XQ4)