基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測定方法
【專利摘要】一種基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測定方法，包括以下步驟：(1)混凝土試塊的全浸泡試驗；(2)表面氯離子濃度和本體氯離子濃度的測定；(3)擴散域氯離子平均濃度的測定；(4)基于擴散域平均濃度模型計算混凝土氯離子擴散系數(shù)。該方法具有試驗方法簡便、混凝土氯離子擴散系數(shù)可顯式計算的優(yōu)勢，能夠廣泛應用于海洋、除冰鹽等氯鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性分析和服役壽命研究。
【專利說明】
基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測定方法 一、
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測定方法，具 體涉及一種開展混凝土氯離子擴散試驗，并利用擴散域平均濃度模型計算混凝土的氯離子 擴散系數(shù)的方法。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土氯離子擴散系數(shù)是影響海洋混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命的主要因素。因此，快速、 準確地測試混凝土氯離子擴散系數(shù)是分析和評估海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和服役壽命的關(guān) 鍵。
[0003] 現(xiàn)有測試氯離子擴散系數(shù)的方法中，自然浸泡試驗由于和實際海洋環(huán)境下混凝土 內(nèi)部的氯離子擴散情況基本一致，因此被廣泛應用。但是，該方法需對混凝土不同空間位置 的樣本進行多層取樣，并測定每個樣本的氯離子濃度，然后根據(jù)菲克第二定律擬合得到混 凝土的氯離子擴散系數(shù)。顯然，該方法操作過程復雜，需耗費大量人力;計算過程困難，不易 被工程人員掌握，難以在測試現(xiàn)場直接計算得到氯離子擴散系數(shù)。因此，如何簡便有效地測 定并計算出混凝土的氯離子擴散系數(shù)，并據(jù)此開展混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和服役壽命研究，具 有重要的學術(shù)意義和工程應用前景。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測 定方法，該方法能夠基于擴散域平均濃度模型計算混凝土的氯離子擴散系數(shù)，為混凝土結(jié) 構(gòu)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(shù)方案是:一種基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測 定方法，包括以下步驟：
[0006] (1)混凝土試塊的全浸泡試驗：制備尺寸為lOOmmX lOOmmX 100mm的混凝土試塊， 在水中養(yǎng)護28天后，將混凝土試塊的5個面用環(huán)氧樹脂密封，以暴露面朝上置于質(zhì)量百分濃 度為12~24 %的氯化鈉溶液中，暴露面位于液面下方80~120mm處，暴露28~91天齡期后， 取出混凝土試塊；
[0007] (2)表面氯離子濃度和本體氯離子濃度的測定:烘干混凝土試塊，去掉暴露面上的 結(jié)晶鹽和試塊周圍的環(huán)氧樹脂，以5mm的取樣厚度對試塊的暴露面進行磨粉取樣，并測定暴 露面樣本的氯離子濃度，作為試塊的表面氯離子濃度，以5mm的取樣厚度對試塊的底面進行 磨粉取樣，并測定底面樣本的氯離子濃度，作為本體氯離子濃度；
[0008] (3)擴散域氯離子平均濃度的測定:在磨粉后的試塊頂部標注3~9個取樣點，自標 注取樣點沿氯離子擴散方向?qū)υ噳K進行貫通式鉆孔取樣，將各次取樣獲得的樣本混合均 勻，并測定樣本的氯離子濃度，作為擴散域氯離子平均濃度；
[0009] (4)基于擴散域平均濃度模型計算混凝土氯離子擴散系數(shù):將暴露齡期、表面氯離 子濃度、本體氯離子濃度和擴散域氯離子平均濃度代入擴散域平均濃度模型計算混凝土的 氯離子擴散系數(shù)，
[0010]所述的擴散域平均濃度模型為：
[0012]其中，t為暴露時間，單位為年(a) ;Cs、Co、C分別表示表面氯離子濃度、本體氯離子 濃度和擴散域氯離子平均濃度，單位為氯離子占混凝土質(zhì)量的百分數(shù)％ ; L為試塊邊長，為 100mm; D表示氯離子擴散系數(shù)，單位為mm2/a。
[0013]所述的混凝土中的氯離子包括自由氯離子和總氯離子；
[0014] 本發(fā)明的突出優(yōu)點在于：
[0015] 首次提供一種基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測定方法，該方 法能夠基于擴散域平均濃度模型計算混凝土的氯離子擴散系數(shù)，具有試驗方法簡便、混凝 土氯離子擴散系數(shù)可顯式計算的優(yōu)勢，對氯離子環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析研究具有 重要學術(shù)意義和工程應用價值。 四、
【附圖說明】
[0016] 圖1為混凝土試塊的磨粉取樣示意圖。
[0017] 圖2為混凝土試塊的鉆孔取樣點示意圖。 五、
【具體實施方式】
[0018] 以下將通過實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0019] 實施例1
[0020] 本實施例為基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測定方法的一個 具體實例，包括以下步驟：
[0021 ] (1)混凝土試塊的全浸泡試驗：制備水灰比為0.5、尺寸為lOOmmXIOOmmXIOOmm的 混凝土試塊，在水中養(yǎng)護28天后，將混凝土試塊的5個面用環(huán)氧樹脂密封，以暴露面朝上置 于質(zhì)量百分濃度為16.5%的氯化鈉溶液中，暴露面位于液面下方80mm處，暴露56天齡期后， 取出混凝土試塊；
[0022] (2)表面氯離子濃度和本體氯離子濃度的測定:烘干混凝土試塊，去掉暴露面上的 結(jié)晶鹽和試塊周圍的環(huán)氧樹脂，對照圖1，以5mm的取樣厚度對試塊的暴露面1進行磨粉取 樣，并測定得到暴露面樣本的自由氯離子濃度為〇. 895 %，作為試塊的表面氯離子濃度；以 5mm的取樣厚度對試塊的底面2進行磨粉取樣，并測定得到底面樣本的自由氯離子濃度為 0.01 %，作為本體氯離子濃度；
[0023] (3)擴散域氯離子平均濃度的測定:在磨粉后的試塊3的頂部4標注五個取樣點5， 如圖2所示，自標注取樣點5沿氯離子擴散方向?qū)υ噳K進行5次貫通式鉆孔取樣，將各次取樣 獲得的樣本混合均勻，并測定得到樣本的自由氯離子濃度為〇. 051 %，作為擴散域氯離子平 均濃度；
[0024] (4)基于擴散域平均濃度模型計算混凝土氯離子擴散系數(shù):將試塊邊長L=100mm、 暴露齡期t = 56/365年、表面氯離子濃度Cs = 0.895 %、本體氯離子濃度Co = 0.01 %和擴散域 氯離子平均濃度C = 0.051 %代入氯離子擴散域平均濃度模型
[0026]計算得到混凝土的氯離子擴散系數(shù)D為227.9mm2/a。
[0027] 實施例2
[0028]本實施例作為驗證本發(fā)明方法的有效性和優(yōu)越性的具體實例，即根據(jù)實施例1中 計算氯離子擴散系數(shù)和本實施例中計算氯離子擴散系數(shù)的數(shù)值和步驟進行對比：
[0029]對實施例1中取樣后的試塊3進行分層取樣，共計5層，每層厚度分別對應5mm、 10mm、10mm、10mm和10mm，并測定每層樣本的自由氯離子濃度，分別為0.475%、0.085%、 0.036%、0.028%和0.027% ;至此，共得到6組不同擴散深度叉處（2.5臟、7.5臟、15111111、25111111、 35mm和45mm)分別對應的自由氯離子濃度C(0 ? 895 %、0 ? 475 %、0 ? 085 %、0 ? 036 %、0 ? 028 % 和0.027 % )，結(jié)合暴露齡期t = 56/365年、表面氯離子濃度Cs = 0.895 %，本體氯離子濃度Co =0.01 %，基于菲克第二定律的誤差函數(shù)解
L003U 利用Matlab軟件擬合得到氯離子擴散系數(shù)D為247.9mm2/a。
[0032]通過對比，實施例1測得的氯離子擴散系數(shù)與實施例2測得的氯離子擴散系數(shù)的相 對誤差低于10%，說明使用本發(fā)明方法計算得到的混凝土試塊的氯離子擴散系數(shù)是合理 的，驗證了本發(fā)明方法的有效性;另外，實施例1的樣本數(shù)量明顯少于實施例2,且實施例1可 利用顯示表達式直接計算氯離子擴散系數(shù)，而實施例2則必須借助商業(yè)軟件擬合計算得到 氯離子擴散系數(shù)，說明本發(fā)明方法具有試驗方法簡便、混凝土氯離子擴散系數(shù)可顯式計算 的優(yōu)勢，體現(xiàn)了本發(fā)明方法的優(yōu)越性。
【主權(quán)項】
1. 一種基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測定方法，其特征在于，包 括以下步驟： (1) 混凝土試塊的全浸泡試驗：制備尺寸為100mm X 100mm X 100mm的混凝土試塊，在水 中養(yǎng)護28天后，將混凝土試塊的5個面用環(huán)氧樹脂密封，以暴露面朝上置于質(zhì)量百分濃度為 12~24%的氯化鈉溶液中，暴露面位于液面下方80~120mm處，暴露28~91天齡期后，取出 混凝土試塊； (2) 表面氯離子濃度和本體氯離子濃度的測定:烘干混凝土試塊，去掉暴露面上的結(jié)晶 鹽和試塊周圍的環(huán)氧樹脂，以5_的取樣厚度對試塊的暴露面進行磨粉取樣，并測定暴露面 樣本的氯離子濃度，作為試塊的表面氯離子濃度，以5mm的取樣厚度對試塊的底面進行磨粉 取樣，并測定底面樣本的氯離子濃度，作為本體氯離子濃度； (3) 擴散域氯離子平均濃度的測定:在磨粉后的試塊頂部標注3~9個取樣點，自標注取 樣點沿氯離子擴散方向?qū)υ噳K進行貫通式鉆孔取樣，將各次取樣獲得的樣本混合均勻，并 測定樣本的氯離子濃度，作為擴散域氯離子平均濃度； (4) 基于擴散域平均濃度模型計算混凝土氯離子擴散系數(shù):將暴露齡期、表面氯離子濃 度、本體氯離子濃度和擴散域氯離子平均濃度代入擴散域平均濃度模型計算混凝土的氯離 子擴散系數(shù)， 所述的擴散域平均濃度模型為：其中，t為暴露時間，單位為年(a) ;Cs、Co、C分別表示表面氯離子濃度、本體氯離子濃度 和擴散域氯離子平均濃度，單位為氯離子占混凝土質(zhì)量的百分數(shù)％; L為試塊邊長，為 100mm; D表示氯離子擴散系數(shù)，單位為mm2/a。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于擴散域平均濃度模型的混凝土氯離子擴散系數(shù)測定方 法，其特征在于，所述的混凝土中的氯離子包括自由氯離子和總氯離子。
【文檔編號】G01N13/00GK105928835SQ201610238946
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】陳正, 趙家琦, 蔣翊, 楊綠峰, 鄧鵬 , 馮慶革
【申請人】廣西大學