混凝土中氯離子滲透的試驗與細觀數值分析

金立兵 王珍 王振清 張慶章 梁新亞

摘 要：采用試驗研究與數值模擬相結合的方法，從細觀角度研究了粗骨料含量、界面區和孔隙率等對混凝土中氯離子滲透性能的影響。通過氯離子擴散系數快速測定RCM試驗和壓汞試驗，分析了不同粗骨料含量、水膠比、孔隙率與氯離子擴散系數的關系;通過編寫程序建立混凝土細觀隨機骨料模型，進而對氯離子的擴散性能進行數值模擬，分析了粗骨料含量和界面區等細觀參數對氯離子滲透擴散的影響。結果表明：數值模擬與試驗結果吻合性較好，驗證了細觀數值模型的有效性;氯離子擴散系數隨粗骨料含量的增加而降低;混凝土孔隙率隨水膠比的增加而增大，進而增加混凝土的滲透性;混凝土的滲透性能隨著界面區厚度和界面區擴散系數的增加而增大。

關鍵詞：氯離子;混凝土;粗骨料;孔隙率;水膠比;界面區

中圖分類號：TU528.01 文獻標志碼：A 文章編號：2096-6717（2020）06-0118-07

Abstract： Using a combination of experimental research and numerical simulation， the effects of coarse aggregate content， interface area， and porosity on the permeability of chloridion in concrete were studied from a mesoscopic perspective.Firstly， through the RCM chloridion diffusion coefficient rapid determination test and mercury injection test， the relationship between different coarse aggregate content， water-binder ratio， porosity and chloride ionization diffusion coefficient was analyzed; then a program was established to build a concrete meso-random random aggregate model. Furthermore， the numerical simulation of chloridion diffusion performance was conducted， and the effects of meso-parameters such as coarse aggregate content and interface area on the permeation and diffusion of chloridion were analyzed.The results show that the numerical simulation is in good agreement with the test results， verifying the validity of the meso-scale numerical model; the chloridion diffusion coefficient decreases with increasing coarse aggregate content; the concrete porosity increases with increasing water-binder ratio， and further Increase the permeability of concrete; the permeability of concrete increases with the thickness of the interface zone and the diffusion coefficient of the interface zone.

Keywords：chloridion; concrete; coarse aggregate; porosity; water-binder ratio; interface area

氯離子對混凝土的侵蝕可引起鋼筋銹蝕及結構承載力降低，是海洋環境中混凝土結構耐久性失效的主要原因，因此，氯離子對混凝土的侵蝕已引起人們的高度重視[1-3]。混凝土是一種復雜的、非均質的復合材料，在細觀上可以看成由砂漿、粗骨料、界面區組成的三相復合結構，各組成部分的滲透性能各不相同[4]。因此，從細觀層次出發，研究氯離子在混凝土內的傳輸規律對混凝土耐久性設計以及壽命預測具有重要意義。

在現有研究中，大多是將混凝土看成宏觀上的均質材料，從細觀角度研究混凝土中氯離子傳輸性能的還比較少[5]。……