基于雙控制線的混凝土氯離子擴散系數(shù)快速分析方法
【專利說明】基于雙控制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)快速分析方法 -、技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種基于雙控制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)快速分析方法，具體是一 種對氯離子擴散控制深度進行判定，并利用基于雙控制線的氯離子擴散系數(shù)計算模型，快 速計算混凝±的氯離子擴散系數(shù)的方法。 二、【背景技術】
[0002] 海洋環(huán)境中的混凝±結(jié)構由于受到氯鹽侵蝕而逐漸發(fā)生耐久性破壞，大大影響了 建筑結(jié)構的服役壽命。因此，找到一種關于混凝上氯離子擴散系數(shù)的快速分析方法是研究 和評價海洋混凝±服役壽命和耐久性的關鍵。
[0003] 現(xiàn)有測試氯離子擴散系數(shù)的方法主要有電場加速試驗和自然浸泡試驗。在電場加 速試驗方法中，氯離子W加載在試件兩端的電場為驅(qū)動力遷移進入混凝±內(nèi)部，而對于真 實暴露于氯鹽環(huán)境中的混凝±，氯離子實際上是W試件內(nèi)外的氯離子濃度梯度為驅(qū)動力擴 散進入混凝±內(nèi)部的，因此，電場加速試驗無法準確模擬真實環(huán)境條件下氯離子進入混凝 ±內(nèi)部的過程。在自然浸泡試驗中，雖然氯離子進入混凝±內(nèi)部的過程和實際情況非常接 近，但是該方法需對混凝±逐層磨粉取樣，再根據(jù)混凝±中不同深度處的氯離子濃度利用 菲克第二定律擬合得到混凝±的氯離子擴散系數(shù)，試驗樣本量大，求解時需要進行擬合分 析，過程復雜，費時費力。因此，如何簡便、快速有效地計算出混凝±的氯離子擴散系數(shù)，并 據(jù)此開展混凝±結(jié)構耐久性和服役壽命研究，具有重要的學術意義和工程應用前景。 H、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于雙控制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)快速分析方法， 該方法能夠基于雙控制線的混凝±氯離子系數(shù)計算模型快速計算混凝±的氯離子擴散系 數(shù)，為混凝±結(jié)構的耐久性分析提供一種簡潔有效的評估方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是：一種基于雙控制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)快速分析方 法，包括如下步驟：
[0006] 1、氯離子擴散控制深度判定:取出暴露于氯鹽環(huán)境一定齡期下受氯離子一維擴散 的混凝±試件，擦干試件表面，沿垂直于試件暴露面方向干切試件，對斷面噴灑顯色指示 劑，根據(jù)顯色情況分析混凝±的氯離子擴散控制深度，當該深度大于等于12mm時，氯離子擴 散控制深度判定為合格，進入步驟2,如該深度小于12mm時，氯離子擴散控制深度判定為不 合格，需繼續(xù)開展暴露試驗，直至試件的氯離子擴散控制深度判定合格；
[0007] 2、雙控制線設計與氯離子含量測定:根據(jù)混凝±試件的擴散控制深度，在試件斷 面上繪制第一控制線和第二控制線，分別在每條控制線上設計3至6個取樣點，然后對各取 樣點進行鉆孔取粉，將同一控制線上的取樣點粉末混合均勻并放入溫度為60°C的烘箱中干 燥至恒重，分別提取兩條控制線上樣品粉末中的氯離子并測定自由氯離子含量；
[000引3、計算混凝±氯離子擴散系數(shù):根據(jù)步驟2測得的第一控制線和第二控制線處的 自由氯離子含量，利用基于雙控制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)計算模型計算混凝±的氯離 子擴散系數(shù)。
[0009] 所述混凝±試件暴露于氯鹽環(huán)境的齡期為28天至50年。
[0010] 所述顯色指示劑為濃度為0. lOmol/L的硝酸銀溶液。
[0011] 所述氯離子擴散控制深度是指在噴灑顯色指示劑15min后，混凝±斷面的顯色邊 界線離試件暴露面的平均距離。
[0012] 所述第一控制線為與試件暴露面平行，且與試件暴露面距離為氯離子擴散控制深 度的標記線，所述第二控制線為與試件暴露面平行，且與試件暴露面距離為二分之一氯離 子擴散控制深度的標記線。
[0013] 所述基于雙控制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)計算模型為：
[0014]
[0015] 其中erfc(.)為高斯誤差余函數(shù);a是一個常數(shù)，數(shù)值
其中d表示擴散控 制深度，單位為毫米(mm)，t表示混凝±試件的暴露齡期，單位為年(a) ;D表示氯離子擴散系 數(shù)，單位為mm2/a; Cl、C2分別表示第一控制線和第二控制線處的自由氯離子含量，單位為氯 離子占混凝±的質(zhì)量百分比％。
[0016] 本發(fā)明的突出優(yōu)點在于：
[0017] 首次提供一種基于雙控制線上的自由氯離子含量計算混凝±氯離子擴散系數(shù)快 速分析方法，能夠?qū)Ψ蠑U散控制深度判定的混凝上試件進行雙控制線設計，并基于雙控 制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)計算模型快速計算混凝±的氯離子擴散系數(shù)，對氯離子環(huán)境 下的混凝±結(jié)構耐久性分析研究具有重要學術意義和工程應用價值。 四、
【附圖說明】
[0018] 圖1為混凝±試件斷面上第一控制線和第二控制線示意圖。
[0019] 圖中標記為:試件暴露面1、氯離子擴散輪廓線2、第一控制線3、第二控制線4、氯離 子擴散控制深度d。
[0020] 圖2為基于實施例1分析結(jié)果利用商業(yè)軟件ANSYS求解得到的自由氯離子含量分布 情況與雙控制線處自由氯離子含量實測值的對比圖。
[0021] 圖3為基于實施例2分析結(jié)果利用商業(yè)軟件ANSYS求解得到的自由氯離子含量分布 情況與雙控制線處自由氯離子含量實測值的對比圖。 五、
【具體實施方式】
[0022] W下將通過實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0023] 實施例1
[0024] 本實施例作為基于雙控制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)快速分析方法的一個具體 實例，包括W下步驟：
[0025] I、氯離子擴散控制深度判定；
[0026] 對照圖1，取出暴露于質(zhì)量百分比濃度為16.5%的氯化鋼溶液56天齡期下受氯離 子一維擴散的混凝±試件，擦干試件表面，沿垂直于試件暴露面1方向干切試件，對斷面噴 灑濃度為O.lOmol/L的硝酸銀溶液顯色指示劑，在指示劑噴灑15min后，用防水筆描出擴散 輪廓線2,分10等分測量混凝±斷面的顯色邊界線離試件暴露面的距離，并計算得到顯色邊 界線離試件暴露面的平均距離為25.2mm，作為氯離子擴散控制深度d，由于該深度大于 12mm，因此氯離子擴散控制深度判定為合格，進入步驟2。
[0027] 2.雙控制線設計與氯離子含量測定；
[0028] 對照圖1，根據(jù)混凝±試件的擴散控制深度d，在斷面上繪制第一控制線3和第二控 制線4,第一控制線與試件暴露面平行，且與試件暴露面距離為氯離子擴散控制深度，即 25.2mm，第二控制線與試件暴露面平行，且與試件暴露面距離為二分之一氯離子擴散控制 深度，即12.6mm;分別在第一控制線和第二控制線上設計3個取樣點，然后對各取樣點進行 鉆孔取粉，將同一控制線上的取樣點粉末混合均勻并放入溫度為60°C的烘箱中干燥至恒 重，分別提取兩條控制線上樣品粉末中的氯離子并測定自由氯離子含量，最后得到第一控 制線上的自由氯離子含量質(zhì)量百分比為0.825%，第二控制線上的自由氯離子含量質(zhì)量百 分比為0.09 %。
[0029] 3.計算混凝±氯離子擴散系數(shù)；
[0030] 根據(jù)步驟2測得的第一控制線和第二控制線處的自由氯離子含量，利用基于雙控 制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)計算模型計算混凝±的氯離子擴散系數(shù)：
[0031]
[0032] 其中erfc(.)為高斯誤差函數(shù);a是一個常數(shù)，數(shù)值；
竄中d表示擴散控 制深度，單位為毫米(mm)，t表示混凝±試件的暴露齡期，單位為年(a) ;D表示氯離子擴散系 數(shù)，單位為mm2/a;Ci、C2分別表示第一控制線和第二控制線處的自由氯離子含量，單位為％ (氯離子占混凝±的質(zhì)量百分比）。
[0033] 將步驟2得到的擴散控制深度d = 25.2mm及第一控制線的自由氯離子含量的質(zhì)量 百分比為0.825%、第二控制線的自由氯離子含量的質(zhì)量百分比為0.09%、暴露時間 3的 年，代入氯離子擴散系數(shù)的雙控制線計算模型，然后利用計算機軟件MathCA的十算得到混凝 上氯離子擴散系數(shù)為D = 441.9mm2/a。
[0034] 實施例2
[0035] 本實施例作為基于雙控制線的混凝±氯離子擴散系數(shù)快速分析方法的另一具體 實例，包括W下步驟：
[0036] 從暴露于人工海水干濕循環(huán)條件下14天齡期下的混凝±構件的中部鉆忍取出受 氯離子一維擴散的混凝±試件，擦干試件表面，沿垂直于試件暴露面方向干切試件，對斷面 噴灑濃度為O.lOmol/L的硝酸銀溶液顯色指示劑，在指示劑噴灑15m