1、混凝土内氯离子侵蚀计算方法综述摘 要：氯离子对混凝土的侵蚀是一个复杂的现象，为方便分析计算可将该复杂现象分解成多个子现象进行分析。本文收集总结了一些用于混凝土内氯离子侵蚀的理论模型及计算方法 关键词： 氯离子侵蚀；扩散作用 中图分类号：TU37 文献标识码：A 目前混凝土结构已大量应用于实际工程中。作为引起混凝土内钢筋锈蚀的主要原因，氯离子的侵蚀的分析计算已成为混凝土结构耐久性研究工作中的一项主要内容。了解掌握混凝土内氯离子的侵蚀机理及理论计算方法，将有助于混凝土结构耐久性的研究及试验的设计。 一、氯离子侵蚀的基本过程 混凝土内氯离子的侵蚀是一个复杂的过程，为方便研究可将它分解成多个主要的子过
2、程。 （一）氯离子在溶液中的扩散过程 氯离子靠混凝土内外浓度梯度向内部迁移的过程可以认为是纯粹的扩散过程。在混凝土内的孔隙液饱和，孔隙液无整体移动的情况下可将扩散过程作为氯离子侵蚀的主要过程。 扩散过程的分析计算可依据 Fick 定律进行：(第一定律)；（第二定律） 。其中 C 为扩散物质的体积浓度 ，D 为扩散系数（浓度梯度为 1 时的扩散通量 ） ，J 为扩散通量（在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量 ） 。 （二）混凝土内水分的对流迁移过程 氯离子会随水分在混凝土转移而发生整体迁移，引起混凝土内水分的转移的因素主要有：渗流、毛细作用。 混凝土内水分的迁移主要以气体和液
3、体两种状态进行，为方便分析计算可将水分在混凝土内的流动计算公式写成 fick 定律的形式：；。其中 s 为孔隙水的饱和度，为水力扩散系数，为水分的截面流速。 若仅考虑氯离子随所溶入的水分在混凝土内的移动而移动，那么氯离子在混凝土内的侵蚀计算可表示为：，其中 C 为水溶液中氯离子的浓度。 （三）氯离子在电场作用下的迁移过程 在电场的作用下，氯离子将受到电场力的作用，其在混凝土内的移动速度会受到影响。利用这一现象可加快氯离子对混凝土的侵蚀。直流电场作用下氯离子在混凝土内的迁移计算可表示为：，其中 z 为离子的电价、E 为电场强度。 试验室中常用这一特性进行混凝土的氯离子扩散系数 D 的测量，我国普
4、通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 GB/T 50082-2009详细给出了用快速氯离子迁移系数法（RCM 法）测量混凝土氯离子扩散系数D 的方法。 二、饱和状态下氯离子对混凝土的侵蚀计算 对于处于水下的混凝土结构，因长期浸水可将这一区域的混凝土看作处于饱和状态。饱和状态下氯离子对混凝土的侵蚀以扩散过程为主，通过对 Fick 第二定律公式求解可得：,其中、为 Fick 第二定律的边界条件（在混凝土与氯离子溶液接触的边界上，扩散现象未达到位置） 。 由的计算公式可较为方便的得到不同浓度氯盐环境（、的不同取值）下，拥有不同扩散系数 D 的混凝内的氯离子侵蚀速度。 在现实中混凝土的氯离子扩散系数
5、 D 是会随时间、环境温湿不断变化的，它的取用可根据由 RCM 法测得的 DRCM 经由环境温湿度和时间修正得到：，其中部分水饱和度影响系数，为温度影响系数，对于的值应视为时间段到 t 时间内不断变换的扩散系数的平均值。 三、非饱和状态下氯离子对混凝土的侵蚀计算 在实际环境中非水下混凝土常处于干湿交替的非饱和状态，混凝土内水分在渗透及毛细作用下将不断迁移，而孔隙水中的氯离子的扩散现象仍会不断进行。此时的氯离子在混凝内的侵蚀可看作是氯离子本身的扩散现象和伴随水分的对流迁移而变化的现象的叠加组合。 由扩散现象形成的氯离子侵蚀：，其中 D 的取值与饱和状态下的扩散系数的取法相同，s 为孔隙水中的饱和
6、度，C 的值应为孔隙液中的氯离子浓度。此时的氯离子的扩散作用因水的不饱和受到一定的削弱。 由水分的对流迁移造成的氯离子侵蚀：，其中为混凝土内水分的迁移速度。 通过对两子现象的组合可得非饱和状态下氯离子对混凝土侵蚀的计算公式： 四、结论 混凝土内氯离子的侵蚀的计算忽略了一些次要的侵蚀过程，虽较为粗糙但仍能较好的把握现象的主体。可为氯盐环境下的混凝土耐久性试验提供试验加速设置的理论依据，并为试验结果提供参考。这种将复杂现象分解为若干相对简单的子现象的分析方式有助于加强对复杂现象的把握，若使用相识性理论进行模型试验设计可针对所分解出的各子过程使用“定律法”进行相似分析。 参考文献： 1金伟梁，袁迎曙，卫军，王海龙著.氯盐环境下混凝土结构耐久性理论与设计方法M.北京：科学出版社，2011. 2中华人民共和国国家标准.GB/T50082-2009 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准s.北京：中国建筑工业出版社，2010. 3卢振永，金伟良，王海龙等.人工气候模拟加速试验的相似性设计J.浙江大学学报:工学版,2009,43(6):1071-1076. 4崔广心.相似理论与模型试验M.徐州：中国矿业大学出版社，1990.
