地下结构混凝土随机分布裂缝对硫酸根离子的扩散影响
ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｂ ｏ ｔ ｈ ｃ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ａ ｔ ｅ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ５ ０ ｈ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｍａ ｌ ｌ
ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｗｏ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ
第４ ８卷 第 ６期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
西
南
交
通
大
学
学
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Ｖｏ １ ． ４ ８ Ｎ ｏ ． ６ Ｄ ｅ ｃ ．２ ０１ ３
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ Ｏ Ｆ Ｓ Ｏ ＵＴ ＨＷ Ｅ Ｓ Ｔ Ｊ Ｉ Ａ ＯＴ ＯＮ Ｇ ＵＮ Ｉ Ｖ ＥＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
文章编号 ： ０ ２ ５ ８ － ２ ７ ２ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ － ０ ９ ９ ６ － ０ ６
ｉ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ｉ ｔ ｉ ｓ ａ ｓ ｓ ｕ ｍｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｆ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｌ ｏ ｎ ｇ ｉ ｔ ｕ ｄ ｉ ｎ ａ ｌ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ８ － ２ ７ ２ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ０ ５
地 下 结 构 混 凝 土 随 机 分 布 裂 缝 对 硫 酸 根 离 子 的 扩 散 影 响
刘伟庆 ， 刘 鑫， 王 曙光 ， 杜东升
（ 南京工业 大学 土木工程学 院，江苏 南京 ２ １ １ ８ １ ６ ）
摘
要： 为研究地下结构混 凝土随机裂缝宽度对混凝土 内硫酸根离子扩散系数及浓度分 布的影响 ， 假设混凝 土
初始裂缝由矩形裂缝单元构成 ， 裂缝单 元出现位 置的概率 密度 函数沿裂缝 纵 向服从 正态分布 ， 推导 了开裂混凝
Ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｔ ｏ ｃ ｈ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｃｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｏ ｎ Ｓ ｕ ｌ ｆ ａ ｔ ｅ Ｄｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ
Ｃｏ ｎｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｕｎｄ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎｄ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ
Ｌ Ｉ Ｕ Ｗｅ ｉ ｑ ｉ ｎ ｇ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｘｉ ｎ， ＷＡＮＧ Ｓ ｈｕ ｇｕ ａ ｎ ｇ， ＤＵ Ｄｏ ｎ ｇｓ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｍｉ ｎ ｇ ２ １ １ ８ １ ６， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｓ ｔ ｈｅ ｎｏ ｒ ｍａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｔｈ ｅ ｒ ｕ ｌ ｅ ｏ ｆ ｓ ｕ ｌ ｆ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｖ ａ ｒ ｙ ｉ ｎ ｇ
土 内硫酸根离子的扩散系数 随裂缝宽度 的变化规律． 根据 菲克第二定律 修正硫酸根 离子 的扩 散方程 ， 并针对 两 种不同的裂缝形态参数进行 了数值算例分析． 结果表 明 ： 两种情况下 ， 离子 的浓 度均可在 ５ ０ ｈ内达 到稳 定 ； 裂缝
形态参数越小且裂缝形态越不规则 ， 离子扩散得越慢 ， 离子浓度达到稳定的时间越长． 关键词 ： 地下结构混凝土 ； 随机裂缝宽度 ； 扩散 系数 ； 离子浓度分布 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ３ ７ ５ 文献标志码 ： Ａ
ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ ｉ ｃ ｋ ’ Ｓ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｌ ａ ｗ ，ａ ｍｏ ｄ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｔｈｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｏ ｃ ｈ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｎ ｓ ｕ ｌ ｆ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
混凝土硫酸盐侵蚀机理及影响因素
小于 0. 45、C3 S含量低于 8%的混凝土是相对安全 的 。文献 [ 12 ]认为 ,在硫酸钠环境下 ,水胶比低 ,有利 于抗侵蚀 。如水灰比 0. 5 和 0. 35, 浸泡时间为一 年 ,强度减少分别为 39%和 26%。但在硫酸镁环境 下 ,水胶比低 ,似乎加重了硫酸盐侵蚀 ,如水灰比 0. 5和 0. 35,强度减少分别为 62%和 81%。对于掺有 活性掺合料的水泥也得到类似的结果 。 2. 2 外部因素 2. 2. 1 硫酸根离子浓度
钙矾石的生成被认为是体积增加了 2. 5 倍 ,导 致膨胀应力的产生 ,而使混凝土开裂破坏 ,混凝土的 开裂又使硫酸根离子更容易渗透到混凝土内部 ,产 生恶性循环 。但对钙矾石的膨胀机理至今仍未清 楚 ,有人认为钙矾石的结晶压力导致了膨胀压力 ;也 有人认为是由于结晶差的钙矾石在碱性环境下吸水 膨胀导致了膨胀压力 [ 5 ] 。钙矾石生成的速度与铝 酸根的来源有很大的关系 ,在很多情况下 ,钙矾石形 成的速度由含铝相的溶解速度所决定 [ 6 ] 。钙矾石 形成的量与膨胀之间的关系还没有得到一个很好的 相关性 [ 4 ] 。 1. 4 C2S2H 和碳硫硅钙石 (CaSiO3 ·CaSO4 ·CaSO3 ·15H2 O )
硬化混凝土在硫酸盐溶液中石膏的形成可由化 学方程式 ( 1)和 ( 2)表示 。有观点认为石膏的形成 引起膨胀 ,体积变为原来的 1. 2倍 ,使混凝土受到膨 胀压力的作用 。为研究石膏的形成是否产生膨胀 , 必须排除钙矾石的影响 。B ingTian[ 1 ]用 5%硫酸盐 溶液浸泡 C3 S表明 ,浸泡有 4周的潜伏期 ,潜伏期一 过 , C3 S便以较大的速率膨胀 ,浸泡至 230 天 ,膨胀 达到 1. 05%。M anusanthanam[ 2 ]的试验结果同样表 明 ,在 4. 44%硫酸钠中浸泡 C3 S存在潜伏期 , 32 周 前膨胀很小 , 32周后开始膨胀 ,浸泡至 41周膨胀为 0. 22%。也有观点认为石膏的形成并不引起膨胀 , Hansen[ 3 ]认为氢氧化钙和硫酸根离子由通过 - 溶液 机理在毛细孔中形成固态石膏 ,不可能占有比孔隙 体积和溶解并参加反应的固态氢氧化钙体积之和更 大的体积 , M ather[ 1 ] 支持 Hansen 的观点 ,他认为石 膏是硫酸根离子和钙离子由通过 - 溶液机理生成 。 普遍都认为石膏的形成导致混凝土刚度 、强度的降
基于侵蚀损伤演化机理的硫酸根离子扩散模型
基于侵蚀损伤演化机理的硫酸根离子扩散模型侯绍雯魏杰孟烁余双双刘瑞雪徐州工程学院摘要：本文基于Fick 第二定律，结合硫酸根离子的化学消耗和侵蚀损伤对混凝土中硫酸根离子扩散的影响，推得基于侵蚀损伤的硫酸根离子非线性扩散方程，并给出了该模型的边界和初始条件，从而建立了基于侵蚀损伤的硫酸根离子扩散模型。
关键词：Fick 第二定律；离子消耗；侵蚀损伤演化1引言混凝土材料是当今主要的土木工程建筑材料。
在服役过程中，其受到荷载、环境等多种因素的影响，使得混凝土的使用寿命大大缩短，因此，混凝土耐久性研究成为该领域的热点问题之一。
而硫酸盐侵蚀作用下混凝土耐久性研究是其重点研究内容之一[1]。
由于我国混凝土硫酸盐侵蚀情况严重，故研究硫酸盐侵蚀作用下混凝土耐久性显得尤为重要。
相较于氯离子侵蚀，硫酸盐侵蚀更为复杂。
国内外很多专家学者对硫酸盐侵蚀进行了相关的研究，并取得了一些成果。
如：STADIUM 模型考虑了溶液中离子饱和度和离子间电偶作用[2]；Tixier 和Barzin 的化学-力学损伤模型[3]；左晓宝等建立了基于Fick 第二定律的硫酸根离子扩散模型[4]。
本文根据Fick 第二定律，综合考虑硫酸根离子的化学消耗和侵蚀损伤演化的影响，建立了基于侵蚀损伤的硫酸根离子扩散模型，为以后的工程应用和理论研究提供参考。
2基于侵蚀损伤机理的硫酸根离子扩散模型硫酸根离子侵蚀过程中存在扩散、对流、电迁移、离子消耗和孔隙损伤演化等物理-化学-力学等现象。
假设模型的孔隙溶液是饱和的，浸泡的环境是自然条件，并且混凝土的破坏全部由钙矾石的膨胀引起的。
基于以上假设，混凝土中硫酸根离子输运需要考虑三个方面：离子扩散、离子消耗和孔隙损伤演化。
2.1离子扩散混凝土材料内部存在大量的孔隙。
贯通的孔隙会被外界侵蚀溶液填充。
因此，硫酸根离子在孔隙中的扩散可认为是由浓度差引起的。
由于硫酸根离子在孔隙间扩散过程中，通过各处的扩散通量J 随距离x 和时间t 一起变化，故该扩散为非稳态扩散。
混凝土中硫酸盐侵蚀原理与防治方法
混凝土中硫酸盐侵蚀原理与防治方法标题：混凝土中硫酸盐侵蚀原理与防治方法引言：混凝土是现代建筑中广泛使用的重要建材之一，但在某些情况下，混凝土表面会遭受到硫酸盐的侵蚀，导致结构衰败和损害。
本文将深入探讨混凝土中硫酸盐侵蚀的原理，以及一些有效的防治方法。
一、硫酸盐侵蚀的原理1. 混凝土中的硫酸盐来源1.1 大气中的硫化物：例如来自大气污染物的二氧化硫，会在空气中与水反应生成硫酸根离子。
1.2 地下水和土壤中的硫酸盐：地下水和土壤中的硫酸盐通常来自含有硫酸盐的酸性岩石，或者是由人为原因引起的，如污水渗入土壤或含硫污染物的倾倒。
2. 硫酸盐对混凝土的侵蚀作用2.1 硫酸盐与水反应：硫酸盐在混凝土中与水反应生成硫酸，使混凝土中pH值下降，同时释放出大量的氢离子。
2.2 硫酸离子的腐蚀作用：硫酸离子对混凝土中的水化产物、钙铝硅酸盐胶凝材料和钢筋等产生腐蚀作用，导致混凝土的体积膨胀、强度降低，进而引发开裂、剥落和结构损坏。
二、混凝土中硫酸盐侵蚀的分类为了更好地认识混凝土中硫酸盐侵蚀的特点和严重程度，我们将其分为三个等级：1. 轻度硫酸盐侵蚀：混凝土表面出现轻微腐蚀现象，无明显损害。
2. 中度硫酸盐侵蚀：混凝土表面出现腐蚀现象，开裂和表面剥落明显，并且强度降低。
3. 重度硫酸盐侵蚀：混凝土表面严重腐蚀，大面积剥落和破坏，失去正常的结构强度。
三、混凝土中硫酸盐侵蚀的防治方法1. 选用合适的混凝土配方：在混凝土原材料中添加硫酸盐抑制剂，合理调整水灰比和骨料的优选，以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。
2. 表面保护措施：2.1 表面涂层：使用耐酸碱的涂层材料，如环氧树脂、聚氨酯等，形成一层防护膜，防止硫酸盐的进一步侵蚀。
2.2 防水材料：混凝土表面涂覆防水材料，减少水的渗透，以降低硫酸盐的侵蚀。
3. 抗渗措施：3.1 高性能混凝土：采用高抗渗混凝土，减少水分渗透，降低硫酸盐的侵蚀。
3.2 改善混凝土工艺：优化混凝土制作和施工工艺，减少混凝土产生裂缝的可能性，避免硫酸盐通过裂缝侵蚀混凝土。
裂缝对混凝土中水分传输影响研究进展
异。实际混凝土的裂缝表面往往呈现凹凸不平的形貌，给水的流动带来较大摩擦，进而阻碍水分传
输。然而部分学者却得出了相反的试验结果。比如，Akhavan 等 采 ［29］ 用劈裂拉伸方法产生裂缝，并利
Байду номын сангаас
用 Darcian flow-thru cell 测试了普通砂浆和掺纤维砂浆圆盘试件的水分传输系数，发现两者之间并不
土内部提供附加通道，造成钢筋混凝土结构耐久性不足和使用寿命降低。本文从试验研究和数值模拟两个方面，
系统评述了裂缝对混凝土中水分传输影响的研究进展。研究发现，混凝土裂缝中的水分传输系数与裂缝宽度的二
次或三次方成正比；裂缝迂曲度的增加能显著降低水分的传输速度；裂缝粗糙度的变化对水分传输速度影响很
小；裂缝密度的增加能增大混凝土的吸水量。此外，裂缝的自愈合能够降低水分在混凝土裂缝中的传输速度。研
等）被 认 为 是 影 响 开 裂 混 凝 土 中 水 分 传 输 的 主 要 因 素 。 因 此 ， 对 裂 缝 形 态 参 数 及 其 对 水 分 传 输 规 律 的
影响进行定量分析可为研究开裂混凝土结构在服役条件下的耐久性评估提供理论支撑。
3.1 裂缝粗糙度 粗糙裂缝表面会导致按裂缝宽度计算得出的裂缝面积与水通过的真实面积存在差
E-mail：wanglich@
— 647 —
来的研究方向给出建议。
2 混凝土裂缝观测方法
为了确保混凝土结构服役期间的安全性，裂缝观测是结构维护中不可缺少的手段。目前研究者 常 采 用 扫 描 电 子 显 微 镜 法 、 X 射 线 断 层 扫 描 成 像 法（CT）、 数 字 图 像 处 理 技 术 等 对 裂 缝 形 貌 进 行 观 测 ， 这 些 方 法 主 要 是 从 试 件 或 材 料 表 面 辨 识 裂 缝 形 貌 ， 进 而 量 化 表 征 裂 缝 形 态 参 数（包 括 裂 缝 宽 度 、 长度、密度等）并建立其与混凝土渗透性的关系 。 ［12］ 现代化的观测技术避免了试验测试过程中对混凝 土裂缝的二次破坏，混凝土裂缝观测的主要方法可归纳为以下 4种。 2.1 染 色 侵 入 法（Dye-impregnation method） 为 获 得 清 晰 的 混 凝 土 裂 缝 几 何 形 态 ， 在 观 测 时 可 采 用染料浸渍处理混凝土裂缝表面。例如：Bisschop 等 采 ［13］ 用荧光环氧树脂浸渍裂缝并通过荧光显微镜 观 测 混 凝 土 的 裂 缝 形 态 。 Zhou 等 采 ［14］ 用 极 细 碳 黑 染 料（约 0.5 nm）浸 渍 混 凝 土 裂 缝 表 面 ， 并 利 用 数 字 光 学 显 微 镜 观 察 裂 缝 的 几 何 形 状 。 Berrocala 等 开 ［15］ 展 了 钢 筋 混 凝 土 梁（RC）和 纤 维 增 强 混 凝 土 梁（R/ FR C）弯 曲 裂 缝 的 试 验 ， 在 裂 缝 中 浸 渍 染 色 的 环 氧 树 脂 之 后 ， 完 成 图 像 处 理 和 分 析 ， 进 而 研 究 混 凝 土 内 部 裂 缝 的 形 态 。 Li 等 在 ［16］ 混 凝 土 加 热 后 将 环 氧 树 脂 浸 渍 进 入 其 裂 缝 中 并 在 室 温 下 硬 化 ， 采 用 碳 化 硅 纸 抛 光 试 件 表 面 和 背 散 射 电 子 图 像 分 析 技 术（Backscattered electron image analysis）， 通 过 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜（FESEM）观 察 超 高 性 能 混 凝 土 的 裂 缝 ， 并 通 过 图 像 分 析 进 行 了 表 征 。 染 色 侵 入 法 的 缺 点主要是需要在试件表面进行切割、打磨、抛光等操作，表面处理时易造成试件内部的损伤，引入 新的裂缝并对水分传输结果产生干扰。 2.2 扫描电子显微镜法（SEM） 扫描电子显微镜（SEM）是观察微观结构变化的有力工具，可以动态 观 察 原 始 试 件 裂 缝 的 产 生 以 及 扩 展 过 程 ， ［13］ 且 可 忽 略 三 维 显 微 图 像 和 高 放 大 倍 率 等 的 影 响 ， 测 试 分 辨率比较高。缺点在于试件的制备过程比较繁琐，显微镜扫描区域过小。 2.3 X 射线断层扫描成像法（X-ray CT） X 射线计算机断层扫描法（X-ray CT）是一种有效的无损检 测方法，可真实评估完整的三维裂缝几何形态，从而确定裂缝在何处以及如何开始、扩展和合并。 Landis 等 采 用 ［17-18］ X-ray CT 研 究 了 砂 浆 试 件 的 开 裂 过 程 。 Fan 等 和 ［19］ Isaka 等 通 ［20］ 过 X-ray CT 和 三 维 （3D）图像重建方法分析了花岗岩的微观孔隙网络变化规律。Wang 等 利 ［21］ 用 X-ray CT 探索了轴向压缩 下页岩的裂缝演变过程。目前断层扫描成像法的观测范围受到设备分辨率的影响，试件尺寸越大， 观测精度就会降低。 2.4 数字图像处理技术 与传统的手动观测方法相比，图像处理技术可提供精确的裂缝几何形态或 相关参数结果。裂缝观测的处理难度往往取决于图像的尺寸，提高分辨率可获取混凝土裂缝表面的 详细图像。Yang 等 提 ［22］ 出了图像分析方法用于捕捉裂缝，该方法可在肉眼看不到裂缝之前检测出混 凝 土 的 表 面 裂 缝 。 Rimkus 等 利 ［23］ 用 开 发 的 数 字 图 像 处 理 算 法 获 得 对 应 于 裂 缝 的 像 素 坐 标 ， 该 算 法 的 主要贡献是实现了裂缝检测的自动化，可以消除传统试验的主观判断误差。Talab 等 提 ［24］ 出了图像处 理 的 二 值 化 方 法（OTSU）， 利 用 光 学 荧 光 显 微 镜 检 测 图 像 中 的 裂 缝 。 Kim 等 基 ［25］ 于 计 算 机 视 觉 方 法 ， 采用 OTSU 自动从图像中提取裂缝形态信息。Valença 等 综 ［26］ 合了图像处理和地面激光扫描（TLS）技术 （简 称 MCrack-TLS）， 用 于 评 估 混 凝 土 桥 梁 中 的 裂 缝 。 Mohan 等 评 ［27］ 述 了 与 裂 缝 观 测 相 关 的 50 篇 文 献，总结出图像处理技术自动识别混凝土裂缝形态参数的多种方法。Bayar 等 根 ［28］ 据数字图像处理技 术（DIP）和 Voronoi 图 ， 利 用 机 器 学 习 算 法（MLA）测 量 、 监 视 混 凝 土 裂 缝 的 宽 度 、 长 度 、 深 度 和 几 何 形状。这种新颖的现代化技术对裂缝观测具有精确、快速、价格低廉的优点，是一种无损观测方法。
基于COMSOL模拟开裂混凝土中的氯离子扩散行为
基于COMSOL模拟开裂混凝土中的氯离子扩散行为【摘要】本文基于COMSOL模拟了开裂混凝土中氯离子扩散的行为。
在介绍了研究背景、研究目的以及意义和价值。
在分析了混凝土中氯离子扩散行为的影响因素，选择了COMSOL模拟方法，并对模拟结果进行了分析，探讨了氯离子扩散的影响因素以及开裂对氯离子扩散的影响。
在总结讨论了模拟结果，描述了混凝土中氯离子扩散的特点，并展望了未来的研究方向。
通过本文的研究，可以更好地了解混凝土中氯离子扩散的机理，为混凝土结构的耐久性设计提供参考依据。
【关键词】氯离子扩散、混凝土、开裂、COMSOL模拟、影响因素、特点、研究背景、研究目的、意义和价值、模拟结果分析、影响因素探讨、结论、未来研究展望1. 引言1.1 研究背景混凝土是建筑工程中常用的材料，但长期暴露于潮湿环境中会导致混凝土中氯离子的渗透和扩散，从而引起混凝土的腐蚀和劣化。
氯离子是混凝土中最主要的侵蚀物质之一，其扩散行为对混凝土的性能和持久性有着重要的影响。
研究混凝土中氯离子的扩散行为，对于混凝土的耐久性和使用寿命具有重要意义。
目前，通过实验方法来研究氯离子在混凝土中的扩散行为存在着一些局限性，如难以精确控制实验条件和测量参数等。
利用数值模拟方法对混凝土中氯离子的扩散行为进行研究具有重要意义。
COMSOL 是一种流行的有限元软件，可以模拟多物理场耦合问题，适合用于研究混凝土中氯离子扩散行为。
通过COMSOL模拟可以更加精确地控制参数，模拟不同情况下氯离子在混凝土中的扩散行为，为混凝土耐久性研究提供了有效的工具。
本研究旨在利用COMSOL软件，模拟开裂混凝土中氯离子的扩散行为，探讨开裂对氯离子扩散的影响，为混凝土结构的设计与维护提供理论支持。
1.2 研究目的研究目的是通过COMSOL模拟开裂混凝土中的氯离子扩散行为，探讨氯离子扩散行为受混凝土中开裂的影响，分析开裂对氯离子迁移的影响机制，揭示混凝土开裂对氯离子扩散行为的影响规律。
硫酸根对混凝土的影响
粉煤灰综合利用FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION2019NO.5硫酸根对融士的影响Effect of Sulfate on Concrete邓永智（陕西交通职业技术学院，西安710018）摘要：以强度C40的混凝土为对象，选用常温状态下自然干燥的方式，选择800mg/L、6000mg/L、50000mg/L 的硫酸钠侵蚀溶液浓度，在侵蚀期处于30d、90d、180d、270d、360d、580d的时候，通过钻芯、分层切片、研磨等方式进行水泥石粉末提取并做化学分析，以此检测硫酸根在混凝土中的含量及影响。
结果表明：干湿循环作用下，硫酸盐对混凝土的侵蚀速度会加快，既会导致混凝土中硫酸根离子增加，还会造成混凝土备受侵蚀。
而且随着侵蚀溶液浓度逐渐增大，硫酸根离子沉淀到混凝土的表层，混凝土则会按照从表层向内层的趋势下逐层剥离破损。
关键词：硫酸根；混凝土；影响；干湿循环；侵蚀中图分类号：TQ111.17；TU52&1文献标识码：A文章编号：1005-8249（2019）05-0030-03DENG Yongzhi(Shaanxi College of Communication Technology,Xian710018,China)Abstract:Taking the concrete with strength C40as the object,the content and influence of sulfuric acid in concrete were detected by drilling core,slicing and grinding,and the content and influence of sulfuric acid in concrete were detected by natural drying at room temperature,800mg/L、6000mg/L and50000mg/L,sodium sulfate erosion solution concentration.When the corrosion period was30d、90d、180d、270d、360d、580d,the content and influence of sulfuric acid in concrete were detected by drilling core,slicing and grinding.The results show that the corrosion rate of sulfate on concrete will be accelerated under the action of dry and wet cycle,which will not only lead to the increase of sulfate ion in concrete,but also cause the corrosion of concrete.With the increase of the concentration of erosive solution,sulfate ion precipitates to the surface layer of concrete,and the concrete will be peeled off and damaged layer by layer according to the trend from the surface to the inner layer.Keywords：sulfate radical；concrete；influence；dry and wet cycle；corrosion0引言混凝土是一种应用非常广泛的结构性材料，耐久性与整体结构的安全性、稳定性密切相关。
基于comsol模拟开裂混凝土中的氯离子扩散行为
2020年6期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application基于COMSOL 模拟开裂混凝土中的氯离子扩散行为杨盛（重庆交通大学土木工程学院，重庆400074）引言COMSOL Multiphysics 是一款有限元仿真软件，源于MATLAB 中的FEMLAB ，2003年更名为COMSOL Multi -physics （以下简称COMSOL ）。
COMSOL 提供了一个有限元仿真模拟平台，对于多物理场耦合问题，可进行数值分析，同时还提供了开放式平台，允许使用者自定义模型控制方程和相关参数。
此外，软件可以自行进行网格划分与求解，省去了大量的编写相关求解程序的时间，这点优于同类软件。
本文采用COMSOL 软件中的稀物质传递模块建立了裂缝模型，研究了裂缝混凝土内氯离子扩散规律的研究，证明了COMSOL 有限元软件在氯离子侵蚀研究方面的适用性。
1裂缝处氯离子传输模型文献[1]提出裂缝的阈值范围，该文献给出了裂缝中氯离子扩散系数：（1）根据文献[1-3]可知D 0=2.03×10-9m 2/s ，D m =1.34×10-11m 2/s ；w 为水灰比。
本文所使用的COMSOL 软件考虑了混凝土的对流效应，结合反应等过程。
计算时，在给定的时间步内，某一位置的总氯浓度是自由氯化物和结合氯化物的总和。
2裂缝中氯离子的扩散模拟为研究裂缝中氯离子的扩散规律，本文采用文献[5]中3种裂缝进行模拟，它们的尺寸及拟合的扩散系数见表1。
COMSOL 数值模型计算区域取100mm ×100mm ，采用自由三角形网格，裂缝网格为0.01mm ，其余网格为1mm ，顶部氯浓度为0.48%，其余边界为无通量，混凝土内部氯离子初始浓度C 0=0，设置时间为30d ，步长1d ，计算结果如图1：表1裂缝尺寸及对应扩散系数从图1可以看出，当裂缝宽度小于下阈值时，氯离子扩散与完好混凝土中无异，当裂缝宽度大于下阈值后，随着裂缝宽度的增加，裂缝处的氯离子侵蚀深度较大，同一深度的氯浓度相对更大。
硫酸根离子在混凝土中迁移过程的影响机制研究
硫酸根离子在混凝土中迁移过程的影响机制研究下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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混凝土中液体污染物的扩散规律研究
混凝土中液体污染物的扩散规律研究一、研究背景混凝土作为一种常见的建筑材料，广泛应用于各种建筑工程中。
但是，在使用过程中，混凝土可能会受到液体污染物的侵害，这不仅会对混凝土本身产生损害，而且还会对环境产生负面影响。
因此，研究混凝土中液体污染物的扩散规律对于预防和控制液体污染物的侵害具有重要意义。
二、液体污染物的扩散规律液体污染物的扩散规律主要包括扩散速度和扩散距离两个方面。
1.扩散速度扩散速度是指液体污染物在混凝土中的传播速度。
液体污染物在混凝土中的扩散速度受到多种因素的影响，包括污染物的性质、混凝土的孔隙结构、温度、湿度等。
一般来说，液体污染物在混凝土中的扩散速度越快，对混凝土的侵害也就越大。
2.扩散距离扩散距离是指液体污染物在混凝土中的传播范围。
液体污染物在混凝土中的扩散距离也受到多种因素的影响，包括污染物的性质、混凝土的孔隙结构、温度、湿度等。
一般来说，液体污染物在混凝土中的扩散距离越远，对混凝土的侵害也就越大。
三、液体污染物在混凝土中的扩散机理液体污染物在混凝土中的扩散机理主要有两种，分别是渗透扩散和对流扩散。
1.渗透扩散渗透扩散是指液体污染物在混凝土孔隙中的自由扩散。
液体污染物在混凝土孔隙中的扩散速度与液体污染物的分子量、孔径大小和孔隙结构有关。
当液体污染物分子量小、孔径大、孔隙结构松散时，液体污染物在混凝土孔隙中的扩散速度就会越快。
2.对流扩散对流扩散是指液体污染物在混凝土孔隙中的受力扩散。
液体污染物在混凝土孔隙中的受力扩散主要受到重力和压力的影响。
当液体污染物受到重力和压力的作用时，会形成液流，加速液体污染物在混凝土孔隙中的扩散速度。
四、液体污染物在混凝土中的扩散实验研究为了更好地研究液体污染物在混凝土中的扩散规律，需要进行实验研究。
实验研究的主要内容包括液体污染物的扩散速度、扩散距离和扩散机理的研究。
1.实验设计液体污染物的扩散实验可以采用标准试验方法或自行设计实验方案。
一般来说，实验的基本流程包括样品制备、试验条件设定、测试数据采集和数据分析等。
强腐蚀环境下混凝土中离子传输及性能劣化规律研究
强腐蚀环境下混凝土中离子传输及性能劣化规律研究强腐蚀环境下混凝土中离子传输及性能劣化规律研究引言混凝土是广泛应用于建筑工程中的一种材料，具有优秀的力学性能和耐久性。
然而，在某些特殊环境下，如海水环境、化工厂等腐蚀性环境中，混凝土会发生性能劣化甚至破坏。
这种腐蚀引起的混凝土性能劣化问题严重影响了工程的安全运行，因此研究混凝土中离子传输及性能劣化规律具有重要意义。
离子传输机制混凝土中的离子传输是指溶液中的溶质通过水泥石的孔隙逐渐扩散传输的过程。
混凝土的孔隙结构是决定离子传输速率的重要因素。
通过研究发现，当混凝土中存在微裂缝、孔隙连通等缺陷时，离子传输的速率会明显增加。
同时，溶液中温度、浓度差、电化学环境等因素也会对离子通过混凝土的孔隙产生影响。
离子传输导致的性能劣化离子传输导致的性能劣化主要表现为混凝土的强度降低、钢筋腐蚀加剧等问题。
首先，离子传输会导致水泥石中的水化产物溶解，使混凝土内部的胶状材料流失，进而导致强度下降。
其次，当混凝土中存在钢筋时，离子传输会加剧钢筋腐蚀的速率。
腐蚀作用引起的钢筋锈胀会使混凝土发生开裂、脱落等问题，进而引起结构的力学性能下降。
腐蚀抑制措施为了抑制强腐蚀环境下混凝土的性能劣化，研究人员提出了一系列的腐蚀抑制措施。
首先，可以通过选用高性能混凝土和特殊添加剂来提高混凝土的耐腐蚀性能。
例如，添加硅酸盐、硅灰石等掺合料可以减少石蚀的发生。
其次，可以采用耐腐蚀型钢筋、钢筋保护层等方法来抵御钢筋的腐蚀。
此外，还可以选择合适的涂层材料来保护混凝土表面，防止腐蚀介质的侵入。
结论强腐蚀环境下混凝土中离子传输及性能劣化规律的研究对于建筑工程的安全运行具有重要意义。
离子传输机制的研究表明，混凝土孔隙结构的改变、溶液的环境因素等对离子传输产生影响。
离子传输引起的性能劣化表现为混凝土强度降低和钢筋腐蚀加剧。
为了抑制腐蚀，可以选择高性能混凝土、特殊添加剂、耐腐蚀钢筋等措施。
研究人员还提出了采用敷设涂层和增加保护层等方法来抵御强腐蚀环境。