将氯化物进入建模到混凝土部分3 - 成功与限制

Laurie Aldridge

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提交：23^{理查德·道金斯}2011年11月
第8卷2012年1月8日

抽象的

每年花费数十亿美元用于取代仅仅因为混凝土未能获得预期使用寿命而需要更换的有缺陷的基础设施。这种成本大部分是由于氯化物进入的影响从钢筋从钢筋中取出保护护套，导致射频结构的破坏性腐蚀。因此，准确地预测氯化物进入混凝土的速度将导致建立足够的混凝土盖的规格，以提供定义的使用寿命。

已经有许多研究，其中混凝土的氯化物渗透轮廓暴露于不同定义的时间段的氯化物溶液。在这一系列文件中，这些数据集使用Excel电子表格安装了一个一致的简单半经验Fick的定律方程。拟合方法似乎足够强大，因此时间依赖性氯化物曲线可能适合。这种配合可用于估计混凝土的使用寿命，该混凝土的使用寿命受到沿着结构表面的限定深度处的加强钢的氯化物腐蚀的限制。

在这项工作中，已经证明了准确的氯化物进入与混凝土建模。处理混凝土的一个示例，使得孔隙的一些密封以抵抗氯化物进入，可以使用简单的半经验法律方程式拟合。推测，在这种情况下，密封剂抑制固化，并且当违规时允许通过水化抽吸进入盐水。

通常表明，最多十年的入口方程衍生的形式扩散可以适合海水中氯化物进入的穿透谱。然而，NaCl进入混凝土的典型扩散模型不足以推断，因此可以达到50年的准确估算使用寿命。

关键词

混凝土，耐久性，氯扩散，钢筋腐蚀，使用寿命

介绍

在本系列论文的第一部分，介绍了经典的简化版本的菲克定律方程，氯化物分布将从这个方程计算

c（x）= s（1-ERF [x /（2 * sqrt {t * d}]）（1）

其中C（x）表示为粘合剂x（mm）的百分比的氯化物的量是从表面的距离和s的氯化物表面浓度，t时（年）和d是扩散系数（mm²/年）。注意这可以转换为D的SI定义（m²/ sec）除以〜31.5 * 10^-12．

然而，这依赖于一个无效的假设，即S和D是常数，而S和D都是随时间变化的，这是一个幂律

D (t) = D₀（t / t₀）^-N（2）

s（t）= s₀（t / t₀）^m（3）

其中t₀为参考时间(一般为28天或0.07年)

值n和m是位于0和1之间的功率。注意等式2和3中的标志的差异由于d随时间的时间增加而增加。事实上，它稍后会讨论它只是因为随着时间的推移，可以在海水中使用混凝土。

等式1,2和3的组合给出了Fick的定律方程（4）T.

C (x) =₀（t / t₀）^m（1 - ERF（x / {2 sqrt（t d₀（t / t₀）^-N)}) (4)

在该系列的第二部分中，将作为时间函数的氯化物穿透轮廓装配到等式（4），并且可以示出大多数数据以适应方程（4）。在异常上是从处理表面被处理的混凝土中取出的数据，以便将混凝土密封，从氯化物渗透中密封。

讨论

造型氯入口

在本综述的前几个部分中，通过等式4准确地建模氯化氯进入混凝土。发现通常，氯化物的渗透谱可以作为使用等式4的时间函数建模的。然而，所使用的例子具有最多10年的入口方程。还有人指出，该等式是半经验性的。

如本系列前面讨论的那样，似乎只能在假设电源律方程式举行的时间内进行准确的拟合。据审阅者意识到，为什么S和D都有很少的科学理解，以这种方式随着时间的变化而变化。虽然毛细血管孔闭合（如第1部分审查）确实解释了为什么氯化物传输将越来越多地抑制时间，但在解释扩散率下方的原因2之后的原因是等式2的时间越来越多地抑制。D（t）和s的曲线（t）从拟合参数（本系列的表5第2部分）的lee和chisholm的数据[43]如图10所示。很明显，D和S 10年后的显着变化。这些可能导致使用寿命估计的显着变化，如表6所示，其中将大约2个因素添加到使用寿命的估计。几乎没有了解这种变异的原因，应该被认为是不明智的，依赖于使用寿命的任何改善，从而从权力法的外推超出10年。该系列前一部分的结果表明，S和D根据十年时期的等式2和3而变化。建议在10年来计算的S和D值应该是使用寿命预测中使用的限制值。

在后面和前面几节中提出的结果似乎表明，在70毫米的覆盖下，OPC在大多数情况下的使用寿命不到100年。然而，补充胶凝材料似乎确实超过了使用寿命，这表明磨碎的矿渣和PFA应该比普通硅欧洲杯足球竞彩酸盐水泥具有更强的抗氯离子渗透能力。

图11。混凝土的水/粘结剂对氯化物扩散率的影响。所有的混凝土都是由波特兰水泥制成的，没有补充胶凝材料的存在。欧洲杯足球竞彩所有的数据都被采集或修正，以便在28天的时间内给出扩散系数。

表6所示。用公式2和3计算的S(t)和D(t)的不同时间值计算的DC400和GP325混凝土的估计使用寿命的差异。

计算D(t)和S(t)的年份	DC400.	GP325
1	21	13
5	40	21
10	60.	25
50.	> 100.	39.
100.	> 100.	47.

有些工人建议可以使规定性配方进行，以便可以根据其性能和水分类混凝土，然后对水泥比进行分类，然后是D的文献值₀(t= 28 d)可用于预测氯离子的扩散。这种方法是fib组[44]提出的。

为了测试这个假设，本系列D的第2部分给出了结果₀从普通波特兰水泥制成的混凝土符合水/粘合剂比例。文献中的其他结果[45-47]在28天时加入氯离子的扩散系数图（图12）。该地块表明，这种方法产生的错误将使服务生活的估计非常不可靠。结果表明，不同国家和不同条件下的水泥具有如此不同的特性，即这种使用寿命的规定方法是不可靠的。

图12。混凝土的水/粘结剂对氯化物扩散率的影响。所有的混凝土都是由波特兰水泥制成的，没有补充胶凝材料的存在。欧洲杯足球竞彩所有的数据都被采集或修正，以便在28天的时间内给出扩散系数。

服役生涯

在本系列的第1部分中，Somerville[16]建议，性能计划的基础是将预期使用寿命区分为不同的时期(以年为单位)，用;小于5,5 -10,10-20,20-40,40-100和大于100年。任何使用寿命模型都应该能够确定混凝土应该适合这些类别中的哪一个。虽然这一理想可能实现，但重要的是要注意，准确预测氯离子在暴露在海水中的混凝土的运输是有限的

1. 扩散方程可能不会严格准确
   • 氯离子扩散系数取决于氯离子的浓度和水泥孔中其他阳离子的浓度，
   • 孔隙中的束缚和自由氯没有完全理解。
   • 海水改变了混凝土的皮肤，这种修改不能轻易被建模，也不是目前是理解的。
2. D和S随时间的变化已由经验方程模拟，但迄今为止还没有给出令人信服的物理原因。因此，方程(4)必须被认为是半经验的，将扩散方程外推到实验时区是非常危险的。
3. 不同的暴露区域确实有不同的氯化物侵入率。许多区域被定义为飞溅、潮汐、淹没，甚至暴露在离海岸一定距离内的大气中。
4. 氧气必须存在于钢腐蚀的加强边界处，已经表明，在深海腐蚀中被氧饥饿抑制[49]。

这些保留意见和领结使得在使用寿命估计后的近似必须弄清楚。此外，尽管商业“最先进”的预测模型是可用的，但如果这些模型的预测是基于模型中隐藏的假设，而这些假设的含义只有建模者才能理解，那么它们对工程师和混凝土结构业主都是无用的。

只有当制造清晰的假设时，可以对氯化物传输产生可追随的限制，例如用于矿石链路的具体规范[6]。虽然这种审查所突出的精确预测几乎不可能的工作确实表明，可以通过等式2-4充分建模穿透剖面。这表明制造了适当的近似，可以计算暴露于海水的钢筋混凝土的使用寿命的“下限”。已经开始使用基于Excel电子表格的计算来定义这样一种方法，以便该方法对大多数工程师来说都足够简单。

建议未来工作

从前面的讨论产生的基本问题必须理解，以便可靠性预测混凝土中的氯化物输送。此外;水泥结合氯离子的能力，海水在混凝土中改变水泥膏的作用，补充水泥材料在改变水泥浆体结构方面的作用，以及水泥浆料碳化对氯化物的影响欧洲杯足球竞彩扩散都需要被理解以进展技术。它被认为应该进行研究，以便我们能够;

1. 理解为什么s&d会随着时间的变化而变化
   • 除非表面浆料以与氯化物结合不同的时间等级改变，否则S的变化很小。在几年内，氯化物结合在氯化物结合在几天内均有显着性。特别是如果我们能够理解由不同混合物制成的浆料之间的差异，就会有用
   • D变化的变化与孔结构的时间变化显着不同。为什么这么好？它可能是基于yeih [49]的进一步工作，汉森的[37,38]，Tritthart的[27]和页面的群体研究通过 - 扩散将对这种变异的重要见解。
2. 了解补充水泥材料在减少氯化物进入中的作用。欧洲杯足球竞彩浆料依赖性氯化物进入之间存在显着差异，浆料均由硅胶，GGBF，PFA和Meta高岭土制成的OPC和OPC的混合物。（Meta-Kaolin的文献数据混合氯化物扩散反应非常令人难以置疑，好像变化由于铝导致铝，那么预期比PFA似乎不会出现的PFA会更好）
3. 了解地面方解石对浆料氯化物的影响。澳大利亚的生产水泥现在含有地际方解石，了解这种更换是否显着改变了氯化物的进入速度。
4. 更好地理解氯与水泥浆的结合，并确保这种结合不会影响水泥[17]中Cs和Sr扩散的扩散方程。
5. 更好地了解海水在改变膏体表面的作用，以及这对氯离子的进入有什么影响。特别是如果我们能够理解由不同混合物制成的浆料之间的差异，就会有用
6. 调查原位氯化物注入的成本效果测定方法。使用寿命预测取决于假设在实验室固化的混凝土样品将具有作为在该领域固化的混凝土的性质。杜瓦尔[51-52]定义了真正的克里特岛，作为混凝土制造，并在建筑工地和实验室克里特岛浇注，因为在实验室的理想条件下生产的混凝土。他建议这些混凝土和它们之间的性质具有相当大的变化，以及它们和盖子 - 克里特岛，该克雷特是混凝土表面上的混凝土，这是屏蔽氯化物较较较差的混凝土区域。由于实验室混凝土预计比Real-Crete具有更好的性质，在“试验混合物”之间可能存在显着差异，实际克里特岛和该领域生产的封面。
7. 更好地了解碳化和干燥水泥浆料对氯离子的进入和透射的作用。纳戈拉报道，碳化和干燥改变了成熟的硬化水泥浆料，使氯化物扩散的数量级变化。这可能是使用寿命预测的主要缺陷，其中混凝土暴露于允许碳化和干燥的气氛。事实上，在本综述之前推测，润湿和干燥可能是额外的“驱动力”，允许更快的氯化物进入。
8. 更好地明白，氯化物已达到临界水平后，需要氯化物腐蚀所需的时间。在这项工作中假设，引发腐蚀的临界氯化物水平定义为粘合剂组合物的0.6wt％[13]。这样的假设可能不受保证并由Bamforth工作[13]，应咨询Frederiksen [53]和页面[54]以履行造成这种假设的困难。

结论

这篇关于氯离子进入混凝土模型的综述表明，在正确的条件下，可以计算混凝土暴露于能腐蚀钢筋的氯离子的使用寿命。该模型指定了覆盖钢筋的深度，混凝土暴露的时间，并需要精确的时变值S(t)和D(t)来拟合由菲克定律推导的方程。这个方程的基础是半经验的。

必须在应用模型中进行大量假设，并且应该始终明确地进行这种假设，应该可以计算逼真的使用寿命的下限。有人建议：

1. 不同水泥的性质导致混凝土具有不同的氯化物进入率，并且必须被视为愚蠢的高度，以预测来自海外数据库的氯化物扩散率的服务。
2. 根据等式2和3所示的电力规律，S和D随时间变化。建议使用10年的限制来计算使用寿命。
3. 可以安装混凝土中混凝土中的氯化物曲线。这种适合应该被视为半经验，并且只能在实验数据的时间范围内得到信任。
4. 暴露于NaCl溶液的实验室测试标本的拟合值可能与暴露于海水或暴露于合成海水的相同样品相同的Cl扩散。
5. 从实验室中提取的样品可能与浇筑在真实结构中的混凝土具有非常不同的特性。
6. 碳化和干燥的影响应该进一步研究。

致谢

本综述出现了与（1）副教授HeloSia N. Bordallo（哥本哈根大学哥本哈根大学哥本哈根5 2100哥本哈根州）的副教授进行的工作中进行的工作脱离了（1）在水泥糊中的水中运输（2）与UTS和Ansto进行测量氯化物进入澳大利亚混凝土样本（3）与大卫佛罗伦夫在耐久性项目的监测应用中，在ANSTO通过混凝土测量扩散进行的作用。我谢谢你的合作者;Heloisa Bordallo，David Pollum，Kirk Vacheralas，Kapilia Fernado，Max Da Costa，Paul Thomas，Abhi Ray，Alen Jajou＆Mustafa El Cherkawi W.k.Bertram P. Rougeron，K.更加努力，而V.Parterson。

应该指出的是，其他出色的研究已经对氯化物进入作出，这项澳大利亚研究的作者特别感谢唐，Nilsson Frederiksen＆Mejlbro为其众多出版物欠了相当大的债务感谢。

谢谢是由于Ainse Ltd提供了财务援助（奖励无AINRA09104，用于水泥基础的建筑材料的救生跨度预测）和D.H. Aldridge用于旅行的大量财务援助。欧洲杯足球竞彩

终于谢谢在Ansto和水泥混凝土和澳大利亚图书馆的伟大图书馆员，以便他们的耐心和援助，以定位一些很难追踪参考资料。

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