帶裂縫混凝土氯離子擴散作用試驗研究及數值模擬

張希瑾　田穩苓　王浩宇　卿龍邦

摘要：

為了準確評估帶裂縫工作混凝土結構的耐久性能，針對氯離子在帶裂縫混凝土中的擴散過程進行研究。提出了無損制備裂縫的方法，可高效易行地在混凝土側面及內部產生裂縫。對帶裂縫的水泥砂漿試件進行氯鹽溶液浸泡試驗，深入研究了單縫和雙縫試件中氯離子的擴散作用，修正了氯離子的擴散系數，并對帶裂縫混凝土的氯離子擴散過程進行了數值模擬。研究結果表明：氯離子會沿裂縫發展方向及垂直于裂縫發展方向擴散，隨著水灰比的減小，砂漿試件的抗氯離子擴散性能明顯提高，在一定范圍內，當裂縫間距增大，雙縫間的氯離子擴散交互影響作用明顯減小，ANSYS軟件的模擬結果與試驗數據吻合良好。

關鍵詞：

混凝土；裂縫；氯離子；擴散試驗；數值模擬

中圖分類號：TU528.01

文獻標志碼：A文章編號：16744764（2017）02003508

Abstract：

Process of chloride ion diffusion in concrete with cracks is studied to accurately assess durability performance of concrete structure with cracks. Preparation of cracks with nondestructive method is proposed， which can produce cracks in internal concrete or on its side face effectively. Chlorine salt solution immersion experiments on the concrete with cracks is conducted. It is studied on the chloride ion diffusion effect of specimen with single slit and double slits， and revised chloride ion diffusion coefficient， and simulating chloride ion diffusion process of concrete with cracks. Research results show that the chloride ion diffusion will occur along or perpendicular to the cracking direction， and decreasing of the water cement ratio， resistivity to chloride ion diffusion in cement mortar specimens increased significantly. In a specific range， increasing cracks spacing， the chloride ion diffusion interaction between double slits obviously decreases. And simulation results in ANSYS are in good agreement with those data obtained in test.

Keywords：

concrete； cracks； chloride ion； diffusion test； numerical simulation

中國的基礎設施建設現正處于高峰期，其中已暴露出大量的結構耐久性問題。氯離子擴散作用所造成的鋼筋銹蝕在整個耐久性問題中尤為嚴重。混凝土結構會在溫度效應、體積收縮及荷載等作用下產生裂縫，加速保護層混凝土的失效進程，使鋼筋遭受腐蝕，進而降低混凝土結構的耐久性。通過研究氯離子在帶裂縫混凝土結構內的擴散過程來預測內部鋼筋的脫鈍時間，可以為結構的耐久性評估提供方便，具有十分重要的現實意義。

學者們通過對浸泡條件下氯離子在帶裂縫混凝土中的擴散過程研究，得出了以下結論：相同侵蝕時間內，裂縫處的氯離子濃度顯著增加，侵蝕一定時間后，垂直裂縫路徑的氯離子濃度分布與暴露表面向混凝土內氯離子擴散過程的分布十分相似[15]。……