基于双控制线的混凝土氯离子扩散系数快速分析方法
【专利说明】基于双控制线的混凝±氯离子扩散系数快速分析方法 -、技术领域
[0001] 本发明设及一种基于双控制线的混凝±氯离子扩散系数快速分析方法，具体是一 种对氯离子扩散控制深度进行判定，并利用基于双控制线的氯离子扩散系数计算模型，快 速计算混凝±的氯离子扩散系数的方法。 二、【背景技术】
[0002] 海洋环境中的混凝±结构由于受到氯盐侵蚀而逐渐发生耐久性破坏，大大影响了 建筑结构的服役寿命。因此，找到一种关于混凝上氯离子扩散系数的快速分析方法是研究 和评价海洋混凝±服役寿命和耐久性的关键。
[0003] 现有测试氯离子扩散系数的方法主要有电场加速试验和自然浸泡试验。在电场加 速试验方法中，氯离子W加载在试件两端的电场为驱动力迁移进入混凝±内部，而对于真 实暴露于氯盐环境中的混凝±，氯离子实际上是W试件内外的氯离子浓度梯度为驱动力扩 散进入混凝±内部的，因此，电场加速试验无法准确模拟真实环境条件下氯离子进入混凝 ±内部的过程。在自然浸泡试验中，虽然氯离子进入混凝±内部的过程和实际情况非常接 近，但是该方法需对混凝±逐层磨粉取样，再根据混凝±中不同深度处的氯离子浓度利用 菲克第二定律拟合得到混凝±的氯离子扩散系数，试验样本量大，求解时需要进行拟合分 析，过程复杂，费时费力。因此，如何简便、快速有效地计算出混凝±的氯离子扩散系数，并 据此开展混凝±结构耐久性和服役寿命研究，具有重要的学术意义和工程应用前景。 H、
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于双控制线的混凝±氯离子扩散系数快速分析方法， 该方法能够基于双控制线的混凝±氯离子系数计算模型快速计算混凝±的氯离子扩散系 数，为混凝±结构的耐久性分析提供一种简洁有效的评估方法。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于双控制线的混凝±氯离子扩散系数快速分析方 法，包括如下步骤：
[0006] 1、氯离子扩散控制深度判定:取出暴露于氯盐环境一定龄期下受氯离子一维扩散 的混凝±试件，擦干试件表面，沿垂直于试件暴露面方向干切试件，对断面喷洒显色指示 剂，根据显色情况分析混凝±的氯离子扩散控制深度，当该深度大于等于12mm时，氯离子扩 散控制深度判定为合格，进入步骤2,如该深度小于12mm时，氯离子扩散控制深度判定为不 合格，需继续开展暴露试验，直至试件的氯离子扩散控制深度判定合格；
[0007] 2、双控制线设计与氯离子含量测定:根据混凝±试件的扩散控制深度，在试件断 面上绘制第一控制线和第二控制线，分别在每条控制线上设计3至6个取样点，然后对各取 样点进行钻孔取粉，将同一控制线上的取样点粉末混合均匀并放入溫度为60°C的烘箱中干 燥至恒重，分别提取两条控制线上样品粉末中的氯离子并测定自由氯离子含量；
[000引3、计算混凝±氯离子扩散系数:根据步骤2测得的第一控制线和第二控制线处的 自由氯离子含量，利用基于双控制线的混凝±氯离子扩散系数计算模型计算混凝±的氯离 子扩散系数。
[0009] 所述混凝±试件暴露于氯盐环境的龄期为28天至50年。
[0010] 所述显色指示剂为浓度为0. lOmol/L的硝酸银溶液。
[0011] 所述氯离子扩散控制深度是指在喷洒显色指示剂15min后，混凝±断面的显色边 界线离试件暴露面的平均距离。
[0012] 所述第一控制线为与试件暴露面平行，且与试件暴露面距离为氯离子扩散控制深 度的标记线，所述第二控制线为与试件暴露面平行，且与试件暴露面距离为二分之一氯离 子扩散控制深度的标记线。
[0013] 所述基于双控制线的混凝±氯离子扩散系数计算模型为：
[0014]
[0015] 其中erfc(.)为高斯误差余函数;a是一个常数，数值
其中d表示扩散控 制深度，单位为毫米(mm)，t表示混凝±试件的暴露龄期，单位为年(a) ;D表示氯离子扩散系 数，单位为mm2/a; Cl、C2分别表示第一控制线和第二控制线处的自由氯离子含量，单位为氯 离子占混凝±的质量百分比％。
[0016] 本发明的突出优点在于：
[0017] 首次提供一种基于双控制线上的自由氯离子含量计算混凝±氯离子扩散系数快 速分析方法，能够对符合扩散控制深度判定的混凝上试件进行双控制线设计，并基于双控 制线的混凝±氯离子扩散系数计算模型快速计算混凝±的氯离子扩散系数，对氯离子环境 下的混凝±结构耐久性分析研究具有重要学术意义和工程应用价值。 四、
【附图说明】
[0018] 图1为混凝±试件断面上第一控制线和第二控制线示意图。
[0019] 图中标记为:试件暴露面1、氯离子扩散轮廓线2、第一控制线3、第二控制线4、氯离 子扩散控制深度d。
[0020] 图2为基于实施例1分析结果利用商业软件ANSYS求解得到的自由氯离子含量分布 情况与双控制线处自由氯离子含量实测值的对比图。
[0021] 图3为基于实施例2分析结果利用商业软件ANSYS求解得到的自由氯离子含量分布 情况与双控制线处自由氯离子含量实测值的对比图。 五、
【具体实施方式】
[0022] W下将通过实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0023] 实施例1
[0024] 本实施例作为基于双控制线的混凝±氯离子扩散系数快速分析方法的一个具体 实例，包括W下步骤：
[0025] I、氯离子扩散控制深度判定；
[0026] 对照图1，取出暴露于质量百分比浓度为16.5%的氯化钢溶液56天龄期下受氯离 子一维扩散的混凝±试件，擦干试件表面，沿垂直于试件暴露面1方向干切试件，对断面喷 洒浓度为O.lOmol/L的硝酸银溶液显色指示剂，在指示剂喷洒15min后，用防水笔描出扩散 轮廓线2,分10等分测量混凝±断面的显色边界线离试件暴露面的距离，并计算得到显色边 界线离试件暴露面的平均距离为25.2mm，作为氯离子扩散控制深度d，由于该深度大于 12mm，因此氯离子扩散控制深度判定为合格，进入步骤2。
[0027] 2.双控制线设计与氯离子含量测定；
[0028] 对照图1，根据混凝±试件的扩散控制深度d，在断面上绘制第一控制线3和第二控 制线4,第一控制线与试件暴露面平行，且与试件暴露面距离为氯离子扩散控制深度，即 25.2mm，第二控制线与试件暴露面平行，且与试件暴露面距离为二分之一氯离子扩散控制 深度，即12.6mm;分别在第一控制线和第二控制线上设计3个取样点，然后对各取样点进行 钻孔取粉，将同一控制线上的取样点粉末混合均匀并放入溫度为60°C的烘箱中干燥至恒 重，分别提取两条控制线上样品粉末中的氯离子并测定自由氯离子含量，最后得到第一控 制线上的自由氯离子含量质量百分比为0.825%，第二控制线上的自由氯离子含量质量百 分比为0.09 %。
[0029] 3.计算混凝±氯离子扩散系数；
[0030] 根据步骤2测得的第一控制线和第二控制线处的自由氯离子含量，利用基于双控 制线的混凝±氯离子扩散系数计算模型计算混凝±的氯离子扩散系数：
[0031]
[0032] 其中erfc(.)为高斯误差函数;a是一个常数，数值；
窜中d表示扩散控 制深度，单位为毫米(mm)，t表示混凝±试件的暴露龄期，单位为年(a) ;D表示氯离子扩散系 数，单位为mm2/a;Ci、C2分别表示第一控制线和第二控制线处的自由氯离子含量，单位为％ (氯离子占混凝±的质量百分比）。
[0033] 将步骤2得到的扩散控制深度d = 25.2mm及第一控制线的自由氯离子含量的质量 百分比为0.825%、第二控制线的自由氯离子含量的质量百分比为0.09%、暴露时间 3的 年，代入氯离子扩散系数的双控制线计算模型，然后利用计算机软件MathCA的十算得到混凝 上氯离子扩散系数为D = 441.9mm2/a。
[0034] 实施例2
[0035] 本实施例作为基于双控制线的混凝±氯离子扩散系数快速分析方法的另一具体 实例，包括W下步骤：
[0036] 从暴露于人工海水干湿循环条件下14天龄期下的混凝±构件的中部钻忍取出受 氯离子一维扩散的混凝±试件，擦干试件表面，沿垂直于试件暴露面方向干切试件，对断面 喷洒浓度为O.lOmol/L的硝酸银溶液显色指示剂，在指示剂喷洒15m