混凝土孔结构及氯离子扩散.ppt

混凝土孔结构及氯离子扩散
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杭州湾大桥
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港珠澳大桥耐久性设计
（全长50km）设计年限100年）
第3页，共30页，编辑于2022随着浆体的W/C 增大, 毛细孔孔隙率增大。
W/C越大，毛细孔孔隙率越大，混凝土的渗透性越大。
在满足混凝土强度和工作性的条件下，应该采用较小的水灰比，减小混凝土的孔隙率，提高混凝土的抗透性
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、~50nm、50~100nm、大于100nm等4级。他认为，只有其中大于100nm的孔才影响混凝土的强度和渗透性。
二、 孔径分布
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吴中伟院士根据孔径可分小于20nm、20~50nm、50~200nm、大于200nm等4级。其中孔径大于50nm以上的对混凝土强度和耐久性危害较大，小于20nm的孔隙对混凝土性能影响极微。
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28d不同水灰比混凝土孔径分布
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水泥石孔隙与渗透性间关系
a) 高孔隙，低渗透性
b) 高孔隙，高渗透性
c) 高孔隙，无渗透性
d) 低孔隙，高渗透性
孔结构与渗透性间关系
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三、混凝土中的氯离子扩散模型
硬化水泥浆体和混凝土是多孔材料: 海水或除冰盐中的氯离子能渗入混凝土中，主要通过以下五种机理向硬化混凝土中渗透和传输(I ) 静水压下的对流, (2) 毛细管吸附作用,(3 ) 扩散,(4 ) 热迁移和(5 ) 电迁移。
其中, 扩散、对流、电迁移是主要的3种迁移方式,研究表明,对流主要发生在干湿交替区混凝土表层,电迁移只发生在含外加电场的结构,而扩散作用贯穿于混凝土结构主体,而且在对流和电迁移过程中也伴随着扩散作用, 因而扩散成为主要的传输方式。此外,氯离子在扩散过程中还受表面氯离子浓度、胶凝材料吸附等多因素藕合的影响。因此,建立合适的扩散模型选择恰当方法求解,成为国内外学者研究的热点和重点问题之一。
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1970年CollePardi 等最先提倡用Fick第二扩散定律来描述氯离子在混凝土中的表观扩散行为,其基本假设如下:1）混凝土是半无限大的均匀介质; 2）混凝土的扩散是一维的; 3） 氯离子不与混凝土发生吸附和结合，即混凝土的氯离子结合能力为零；4）氯离子扩散系数是一个常数; 5）边界条件即暴露表面的氯离子浓度是常数
据此,Fick第二扩散定律的扩散方程为
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c k 第二定律描述混凝土氯离子扩散模型存在的理论问题
Fick 第二扩散定律的简单公式是基于一维的半无限大介质, 考虑的条件过于理想化, 对混凝土并没有普适意义.
其实, 实际混凝土的氯离子扩散过程难以用理想化模型描述, 它并不满足Fick 第二扩散定律的上述理论条件, 主要存在8 个方面的问题:
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1）混凝土是非均质材料,它在形成和使用过程中存在结构微缺陷或损伤;
2）混凝土结构通常不是无限大的;
3）实际结构一般有多个暴露面,即氯离子扩散不是一维的, 往往是二维或三维的;
4）氯离子扩散系数是随龄期而减小的;
5）混凝土在荷载、环境和气候等因素作用下产生的结构微缺陷对氯离子扩散有加速作用;
6）氯离子与混凝土发生了结合和吸附,即混凝土具有一定的氯离子结合能力;
7）在较高的自由氯离子浓度范围内,混凝土的氯离子结合能力具有典型的非线性特征;
8） 混凝土表面氯离子浓度(即边界条件)是随着时间推移而逐渐增加的动态变化过程,最终与环境介质的浓度相当, 或达到平衡。
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考虑扩散系数的时间依赖性的Mangat理论模型
考虑扩散系数的时间依赖性的Mage理论模型
考虑线性函数和幂函数边界条件的Amey理论模型
考虑指数函数边界条件的Kassi:理论模型
欧洲DuraCrete项目的Mejlbro理论模型
第二扩散定律的修正
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水灰比对硬化水泥浆体和混凝土渗透性的影