• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      混凝土中氯離子滲透的試驗(yàn)與細(xì)觀數(shù)值分析

      2020-12-02 01:55:02金立兵王珍王振清張慶章梁新亞
      關(guān)鍵詞:細(xì)觀水膠擴(kuò)散系數(shù)

      金立兵,王珍,王振清,張慶章,梁新亞

      (河南工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,鄭州 450001)

      氯離子對混凝土的侵蝕可引起鋼筋銹蝕及結(jié)構(gòu)承載力降低,是海洋環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)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(fù)雜的、非均質(zhì)的復(fù)合材料,在細(xì)觀上可以看成由砂漿、粗骨料、界面區(qū)組成的三相復(fù)合結(jié)構(gòu),各組成部分的滲透性能各不相同[4]。因此,從細(xì)觀層次出發(fā),研究氯離子在混凝土內(nèi)的傳輸規(guī)律對混凝土耐久性設(shè)計(jì)以及壽命預(yù)測具有重要意義。

      在現(xiàn)有研究中,大多是將混凝土看成宏觀上的均質(zhì)材料,從細(xì)觀角度研究混凝土中氯離子傳輸性能的還比較少[5]。從細(xì)觀層次上研究氯離子在混凝土中的侵蝕規(guī)律,學(xué)者們已經(jīng)展開了一定研究,主要對粗骨料含量、粗骨料形狀特征、界面區(qū)厚度和界面區(qū)擴(kuò)散性能等方面進(jìn)行研究。吳靜新[6]從細(xì)觀層次研究了界面過渡區(qū)厚度、界面過渡區(qū)擴(kuò)散性能對混凝土中氯離子擴(kuò)散滲透的影響。Zheng等[7]應(yīng)用加速試驗(yàn)研究了粗骨料長細(xì)比對混凝土中氯離子擴(kuò)散的影響。虞愛平等[8]通過試驗(yàn)研究了混凝土中粗骨料及界面區(qū)對混凝土滲透性能的影響。周雙喜等[9]和李杰等[10]采用COMSOL軟件,研究了骨料含量和界面區(qū)體積對混凝土中氯離子擴(kuò)散的影響。Choi等[11]考慮骨料和界面區(qū)對混凝土中氯離子傳輸?shù)挠绊懀岢隽寺入x子擴(kuò)散預(yù)測模型。

      目前,采用試驗(yàn)與數(shù)值方法相結(jié)合,研究氯離子在混凝土細(xì)觀層面的擴(kuò)散性能還比較少。由于傳統(tǒng)的氯離子侵蝕試驗(yàn)周期較長,且試驗(yàn)研究難以對每一個(gè)參數(shù)的影響都展開精確研究,因此,筆者采用加速氯離子擴(kuò)散系數(shù)測定試驗(yàn)和細(xì)觀上數(shù)值模擬方法相結(jié)合,分析了粗骨料含量、孔隙率、界面區(qū)厚度、界面區(qū)擴(kuò)散系數(shù)等參數(shù)對氯離子滲透性能的影響。

      1 試驗(yàn)研究

      1.1 原材料及配合比

      為了研究不同粗骨料含量、混凝土孔隙率和水膠比對混凝土中氯離子擴(kuò)散的影響,分別設(shè)計(jì)5組不同粗骨料含量試件、5組不同水膠比試件,進(jìn)行RCM試驗(yàn)和壓汞試驗(yàn)。試驗(yàn)采用普通硅酸鹽水泥P·O42.5級,密度為3 060 kg/m3;細(xì)骨料為天然河沙,細(xì)度模數(shù)為2.63,表觀密度為2 739 kg/m3;粗骨料采用粒徑5~20 mm的連續(xù)級配碎石,表觀密度為2 697 kg/m3;粉煤灰采用河南省鄭州市電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰,密度為2 534 kg/m3;拌合用水采用自來水,密度為1 000 kg/m3,混凝土具體配合比如表1。

      表1 混凝土配合比Table 1 Concrete mix

      1.2 試驗(yàn)過程

      1.2.1 試件制備 根據(jù)《混凝土耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》(CCES 01—2004)中的要求制作Φ100 mm×200 mm的圓柱體試件,成型24 h后脫模,移至養(yǎng)護(hù)水槽中(溫度20±2 ℃)養(yǎng)護(hù)21 d,然后切割成Φ100 mm×50 mm的標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件,并繼續(xù)在養(yǎng)護(hù)水槽中養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期28 d。

      混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到28 d齡期后,進(jìn)行壓汞試樣制作,剔除混凝土中粗骨料,取大小約為1 cm3的水泥砂漿試樣,然后,放入無水乙醇中終止水化,最后,在烘箱中烘至恒重,放入密封袋密封等待壓汞測試。

      1.2.2 RCM法測混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù) 對制備好的待測標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行RCM試驗(yàn),具體試驗(yàn)過程參見《混凝土耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》(CCES 01—2004),在進(jìn)行試件安裝之前,進(jìn)行120±20 s的超聲浴處理,然后將準(zhǔn)備好的試件安裝在RCM設(shè)備上。試驗(yàn)結(jié)束后,立即將試件在壓力試驗(yàn)機(jī)上沿直徑方向劈開,并噴涂0.1 mol/L AgNO3溶液,測量氯離子擴(kuò)散深度,并根據(jù)測量得到的氯離子擴(kuò)散深度計(jì)算氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

      1.2.3 壓汞法測混凝土孔結(jié)構(gòu) 壓汞法是測定混凝土細(xì)觀孔結(jié)構(gòu)特征的常用方法,該方法通過一定的外部壓力將液態(tài)汞壓入水泥砂漿孔隙中,根據(jù)孔徑與壓力之間的關(guān)系,得到混凝土孔徑分布規(guī)律以及孔體積大小。采用美國Micromeritics公司生產(chǎn)的Autopore IV9500型壓汞儀進(jìn)行壓汞測試,測試環(huán)境在恒溫25 ℃,濕度60%±5%環(huán)境下進(jìn)行,最大壓力227.53 MPa,可測量孔徑范圍為0.005~1 000 μm。

      2 試驗(yàn)結(jié)果分析

      2.1 粗骨料含量的影響

      粗骨料含量對混凝土抵抗氯離子侵蝕作用主要有曲折效應(yīng)、稀釋效應(yīng)、界面效應(yīng)等,其中前兩種作用會降低氯離子傳輸,而界面效應(yīng)會加快氯離子的傳輸,因此,粗骨料含量的增加對混凝土中氯離子傳輸?shù)挠绊懯沁@幾種效應(yīng)的綜合作用[12]。5組(G-1、G-2、G-3、G-4、G-5)不同粗骨料含量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系如圖1所示,由圖1可見,隨著粗骨料含量的增加,氯離子擴(kuò)散系數(shù)逐漸降低,當(dāng)粗骨料含量為60%時(shí),此時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)與純砂漿擴(kuò)散系數(shù)相比減少65.18%。這一結(jié)果表明,當(dāng)粗骨料含量增加時(shí),曲折效應(yīng)和稀釋效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位,使混凝土滲透能力降低。將試驗(yàn)測得的粗骨料含量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行擬合分析,得到關(guān)系式(1),相關(guān)系數(shù)R2=0.973 4,不同粗骨料含量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系的擬合曲線如圖1所示。

      (1)

      式中:D為氯離子擴(kuò)散系數(shù),m2/s;D0為砂漿中氯離子擴(kuò)散系數(shù),m2/s;Va為粗骨料含量。

      圖1 粗骨料含量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系Fig.1 Relationship between coarse aggregate content and chloride ion diffusion coefficient

      2.2 不同水膠比及孔隙率的影響

      從5組(S-1、S-2、S-3、S-4、S-5)壓汞試樣測試結(jié)果(圖2和圖3分別為孔徑與累計(jì)孔體積、孔徑與孔體積增量的分布關(guān)系)可以看出,隨著水膠比的增大,混凝土孔隙率不斷增加,而且從孔徑與孔體積增量的關(guān)系來看,孔體積在5~100 nm之間增量特別大,說明不同水膠比的混凝土孔徑多在5~100 nm之間分布。由壓汞試驗(yàn)得到砂漿孔隙率,根據(jù)粗骨料含量可以進(jìn)一步換算得到混凝土孔隙率,圖4是水膠比與混凝土孔隙率之間的關(guān)系,可以看出水膠比越大,混凝土孔隙率越大,二者有較好的相關(guān)性,將水膠比與混凝土孔隙率的關(guān)系進(jìn)行擬合分析,得到關(guān)系式(2),相關(guān)系數(shù)R2=0.977 4,不同水膠比與混凝土孔隙率關(guān)系的擬合曲線如圖4所示。

      φ=0.137 6(w/b)2+0.037 7(w/b)+0.087 6

      (2)

      式中:w/b為水膠比;φ為混凝土孔隙率。

      圖2 不同水膠比下孔徑與與累計(jì)孔體積之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between water-to-binder ratio and porosity

      圖3 不同水膠比下孔徑與孔體積增量之間的關(guān)系Fig.3 Relationship between pore size and pore volume increment under different water-to-binder ratios

      圖4 水膠比與混凝土孔隙率之間的關(guān)系Fig.4 Relationship between water-to-binder ratio and concrete porosity

      圖5為試驗(yàn)測得的水膠比與氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系,從圖5可以看出,隨著水膠比的增大,氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大,氯離子在混凝土中的滲透速度加快,混凝土抵抗氯離子侵蝕能力降低。這主要是因?yàn)樗z比增加時(shí),混凝土微觀孔隙增多,使氯離子傳輸通道增加,各孔徑連通的可能性也增大。將試驗(yàn)測得的水膠比與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系及孔隙率與水膠比的關(guān)系進(jìn)行擬合分析,得到關(guān)系式(3)、關(guān)系式(4),相關(guān)系數(shù)R2分別為0.989 1、0.978 3,不同水膠比及混凝土孔隙率與氯離子擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系的擬合曲線如圖5、圖6所示。

      圖5 水膠比與氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系Fig.5 Relationship between water-to-binder ratio and chloride ion diffusion coefficient

      D=(20.55(w/b)2-2.803(w/b)+2.112)×10-12

      (3)

      圖6 混凝土孔隙率與氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系Fig.6 Relationship between concrete porosity and chloride ion diffusion coefficient

      (4)

      式中:D為氯離子擴(kuò)散系數(shù),m2/s;w/b為水膠比;φ為混凝土孔隙率。

      3 飽和狀態(tài)下氯離子在混凝土中傳輸?shù)募?xì)觀數(shù)值研究

      3.1 細(xì)觀模型建立

      為了更加深入研究混凝土粗骨料含量、界面區(qū)厚度、界面區(qū)擴(kuò)散性能等一系列細(xì)觀參數(shù)對混凝土滲透能力的影響,從細(xì)觀角度出發(fā),將混凝土看成由粗骨料、砂漿、界面區(qū)組成的復(fù)合材料,利用Matlab程序軟件,隨機(jī)生成粗骨料模型。以100 mm×100 mm二維隨機(jī)粗骨料模型為研究對象,由于粗骨料形狀對氯離子擴(kuò)散影響很小[13-14],粗骨料形狀采用圓形。粗骨料粒徑范圍取5~20 mm,并在3個(gè)級配段(5~10 mm、10~15 mm、15~20 mm)內(nèi)隨機(jī)生成,滿足Fuller連續(xù)級配。根據(jù)已有研究結(jié)果[15],界面過渡區(qū)厚度在0~100 μm之間,為簡化研究和提高計(jì)算效率,取界面過渡區(qū)厚度為100 μm。分別生成粗骨料含量為0、0.15、0.3、0.45、0.6的隨機(jī)骨料模型,細(xì)觀隨機(jī)骨料模型如圖7所示,將生成的隨機(jī)粗骨料模型導(dǎo)入COMSOL Multiphysics有限元軟件,進(jìn)行參數(shù)輸入和網(wǎng)格劃分,圖8是模型有限元網(wǎng)格劃分結(jié)果。

      圖7 二維隨機(jī)骨料模型Fig.7 Two-dimensional random aggregate model

      圖8 模型有限元網(wǎng)格劃分Fig.8 Model finite element meshing

      3.2 模型驗(yàn)證

      混凝土在細(xì)觀上的3種組成成分具有不同的擴(kuò)散性能,為了驗(yàn)證所建立數(shù)值模擬方法的有效性,將試驗(yàn)得到的粗骨料含量為0時(shí)的氯離子擴(kuò)散系數(shù)作為砂漿的氯離子擴(kuò)散系數(shù),DC=7.476×10-12m2/s;根據(jù)已有研究[15],界面區(qū)氯離子擴(kuò)散系數(shù)是砂漿擴(kuò)散系數(shù)的1~100倍,模擬取界面區(qū)擴(kuò)散系數(shù)是砂漿中的10倍,DI=74.76×10-12m2/s;粗骨料由于滲透系數(shù)非常小,可認(rèn)為是不滲透的,其擴(kuò)散系數(shù)為零。設(shè)定混凝土表面氯離子濃度為0.5%,混凝土中初始氯離子濃度為零。取侵蝕時(shí)間為240、270、300 d,將不同侵蝕時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)當(dāng)侵蝕時(shí)間取270 d時(shí),數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有較好的一致性,快速試驗(yàn)的結(jié)果與模擬結(jié)果吻合性較好,說明RCM快速測氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)的結(jié)果與慢速的270 d的侵蝕效果相當(dāng),二者的對比如圖9所示。

      圖9 模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比Fig.9 Comparison of simulation results with test results

      3.3 數(shù)值結(jié)果分析

      3.3.1 不同粗骨料含量的影響 為進(jìn)一步明確不同粗骨料含量對氯離子擴(kuò)散性能的影響,對不同粗骨料含量下深度與氯離子濃度之間的關(guān)系進(jìn)行分析,結(jié)果如圖10所示。隨著粗骨料含量的增加,相同深度處氯離子含量減少,粗骨料含量增加阻礙了氯離子的擴(kuò)散性能。

      圖10 氯離子擴(kuò)散深度與濃度之間的關(guān)系Fig.10 Relationship between chloride ion diffusion depth and concentration

      3.3.2 不同界面區(qū)厚度及界面區(qū)擴(kuò)散性能的影響 界面區(qū)有較高的水灰比和孔隙率,會增強(qiáng)氯離子在混凝土中的滲透性能[16]。取界面區(qū)厚度25、50、75、100 μm及界面區(qū)擴(kuò)散系數(shù)與砂漿擴(kuò)散系數(shù)比值DI/DC=10、40、70、100,進(jìn)行數(shù)值分析。圖11、圖12是上述條件得到的模擬結(jié)果,從圖11可以看出,隨著界面區(qū)厚度增加,氯離子擴(kuò)散系數(shù)增加,當(dāng)DI/DC分別為10、40、70、100時(shí),隨著界面區(qū)厚度從25 μm增至100 μm,混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)分別增加27.73%、64.41%、77.54%、82.01%,說明界面區(qū)擴(kuò)散系數(shù)越大,界面區(qū)厚度對混凝土中氯離子擴(kuò)散影響越顯著。圖12是當(dāng)界面區(qū)厚度不同時(shí),侵蝕深度與氯離子濃度的關(guān)系,由圖12可以看出,隨著界面區(qū)厚度的增加,相同深度處氯離子含量增加。

      圖11 界面區(qū)厚度與氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系Fig.11 Relationship between interface region thickness and chloride ion diffusion coefficient

      圖12 氯離子擴(kuò)散深度與濃度之間的關(guān)系Fig.12 Relationship between chloride ion diffusion depth and concentration

      4 結(jié)論

      通過氯離子快速滲透試驗(yàn)、壓汞試驗(yàn)以及細(xì)觀數(shù)值分析法,研究了不同體積分?jǐn)?shù)粗骨料、水膠比、孔隙率等細(xì)觀參數(shù)對混凝土抗氯離子滲透性的影響,得到如下主要結(jié)論:

      1)當(dāng)粗骨料含量增加時(shí),界面區(qū)也在增加,但粗骨料含量增加對氯離子侵蝕作用產(chǎn)生的曲折效應(yīng)和稀釋效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位,因此,隨著粗骨料含量增加,氯離子擴(kuò)散系數(shù)減小,混凝土抗氯離子侵蝕性能增強(qiáng)。

      2)不同水膠比的混凝土孔隙主要分布在5~100 nm之間,且水膠比與氯離子擴(kuò)散系數(shù)和孔隙率均有較好的相關(guān)性,進(jìn)一步分析得到了孔隙率與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系,對兩者關(guān)系進(jìn)行擬合,得出相應(yīng)關(guān)系式。

      3)從細(xì)觀角度出發(fā),將混凝土看作由粗骨料、砂漿和界面區(qū)組成的復(fù)合材料,通過編程建立混凝土細(xì)觀隨機(jī)粗骨料模型,通過試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對比,驗(yàn)證了數(shù)值方法的有效性。隨著界面區(qū)厚度和界面區(qū)擴(kuò)散系數(shù)的增加,氯離子滲透加快,表現(xiàn)為促進(jìn)作用,而且界面區(qū)擴(kuò)散系數(shù)越大,界面區(qū)厚度對混凝土中氯離子擴(kuò)散影響越顯著。

      猜你喜歡
      細(xì)觀水膠擴(kuò)散系數(shù)
      差異化原材水膠比變化對強(qiáng)度的影響的定量分析研究
      水膠比對再生磚粉ECC工作性能和力學(xué)性能的影響
      基于細(xì)觀結(jié)構(gòu)的原狀黃土動彈性模量和阻尼比試驗(yàn)研究
      地震研究(2021年1期)2021-04-13 01:05:24
      水工混凝土限制水膠比研究
      水膠比對GRC 抗彎強(qiáng)度和韌性的影響
      廣東建材(2020年6期)2020-07-06 04:31:24
      基于Sauer-Freise 方法的Co- Mn 體系fcc 相互擴(kuò)散系數(shù)的研究
      上海金屬(2015年5期)2015-11-29 01:13:59
      FCC Ni-Cu 及Ni-Mn 合金互擴(kuò)散系數(shù)測定
      上海金屬(2015年6期)2015-11-29 01:09:09
      非時(shí)齊擴(kuò)散模型中擴(kuò)散系數(shù)的局部估計(jì)
      基于四叉樹網(wǎng)格加密技術(shù)的混凝土細(xì)觀模型
      PBX炸藥的抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度細(xì)觀尺度的數(shù)值計(jì)算
      嘉荫县| 安西县| 古田县| 榆中县| 沿河| 临洮县| 巫山县| 旺苍县| 长宁县| 琼海市| 雷山县| 仁怀市| 蓬溪县| 会同县| 马山县| 荣昌县| 珠海市| 崇阳县| 临邑县| 浦城县| 闸北区| 化德县| 岳池县| 山阴县| 石嘴山市| 博湖县| 浦北县| 龙江县| 泾源县| 宜都市| 康平县| 永登县| 香河县| 金沙县| 尼勒克县| 保康县| 崇文区| 唐河县| 张家川| 诏安县| 梁河县|