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文檔簡介
1、<p><b> 畢業(yè)論文</b></p><p><b> 外文資料翻譯</b></p><p> 題 目:非等溫條件氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散 </p><p> 院系名稱: 土木建筑學(xué)院 專業(yè)班級(jí):土木工程0
2、706班</p><p> 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 20074040631 </p><p> 指導(dǎo)教師: 教師職稱: 副教授 </p><p> 附 件: 1.外文資料翻譯譯文;2.外文原文。 </p><p> 附件1
3、:外文資料翻譯譯文</p><p> 非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散</p><p> S. H. Lin, Taoyaun</p><p> 摘要:為了討論非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散,我們首先需要準(zhǔn)備一個(gè)擴(kuò)散模型。這個(gè)過程是來模擬處于日常循環(huán)變化的溫度下,氯離子在混凝土中的擴(kuò)散。氯離子在混凝土中的擴(kuò)散試驗(yàn)所要研究的是持續(xù)循環(huán)的溫度對(duì)于氯離
4、子擴(kuò)散過程中的作用。達(dá)到使鋼筋腐蝕的氯化物濃度所需要的時(shí)間取決于給定的水灰比和混凝土的厚度等級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果說明,在氯離子的擴(kuò)散過程中,溫度和水灰比要起著非常重要的作用。</p><p> 命名法 b 在循環(huán)溫度的函數(shù)振幅參數(shù) C 丙酰氯濃度 Cp 比熱容 D 有效的氯離子擴(kuò)散系數(shù) Do 指前因子 E
5、 活化能 K 混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)表 L 混凝土板厚度 R 氣體常數(shù) t 時(shí)間 T 溫度To 初始溫度 w 水灰比x 空間坐標(biāo) α 熱擴(kuò)散系數(shù)k/(Q Cp)
6、 ρ 混凝土密度</p><p><b> 1.引言</b></p><p> 造成鋼筋腐蝕的兩大主要因素之一是氯離子在多孔混凝土中擴(kuò)散。當(dāng)混凝土處于沿海地區(qū)環(huán)境時(shí)通常會(huì)發(fā)生氯離子的擴(kuò)散,混凝土表面與冰鹽接觸時(shí)也會(huì)發(fā)生這種情況。在許多應(yīng)用中已經(jīng)設(shè)計(jì)并采取了不同的措施來防止氯離子引起鋼筋腐蝕的發(fā)生。然而
7、,至今仍未發(fā)現(xiàn)一個(gè)有效的防腐蝕方法。</p><p> 鋼筋腐蝕的主要原因是氯離子自混凝土表面一直侵蝕到其內(nèi)大部分。起初混凝土投入海水中時(shí),氯離子的濃度是非常低的,通常情況下為零。在固化期間,水泥與水發(fā)生反應(yīng)生成Ca(OH)2,在混凝土中創(chuàng)建了一個(gè)強(qiáng)堿性的環(huán)境(PH約為13)。在這樣的強(qiáng)堿性環(huán)境中,鋼筋表面的薄氧化層起到保護(hù)鋼筋的作用。由于鋼筋處于這樣的一個(gè)強(qiáng)堿性環(huán)境中,氯離子便會(huì)發(fā)生擴(kuò)散。當(dāng)混凝土中氯離子的濃
8、度達(dá)到很高時(shí),鋼筋便會(huì)開始發(fā)生腐蝕。因此,為了解決這個(gè)問題,了解氯離子的擴(kuò)散現(xiàn)象就顯得至關(guān)重要。</p><p> 至今已經(jīng)有進(jìn)行了許多氯離子在多孔混凝土[2-7]中的擴(kuò)散研究。大多數(shù)的此類研究認(rèn)為我們應(yīng)該致力于研究等溫條件下氯離子的擴(kuò)散。但是在許許多多的實(shí)際情況下的,氯離子的擴(kuò)散并不是一個(gè)等溫過程,而是處于非等溫變化的環(huán)境之中的。例如,當(dāng)[2-7]混凝土處于沿海地區(qū)的大氣環(huán)境中時(shí),受日常溫度循環(huán)變化的影響,氯
9、離子便會(huì)開始發(fā)生擴(kuò)散。因此,考慮溫度的變化對(duì)氯離子擴(kuò)散過程的影響就具有很大的現(xiàn)實(shí)利益和重要性。這項(xiàng)試驗(yàn)也算是第一次提出了非等溫模型,并且用此來考慮溫度對(duì)氯離子擴(kuò)散過程的影響。</p><p> 下頁為四張圖表,分別表示了不同因素對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響。其中</p><p> 圖1.不同溫度和水灰比的條件下的擴(kuò)散系數(shù)</p><p> 圖2. 阿倫尼斯的氯離子擴(kuò)散系
10、數(shù)圖 </p><p> 圖3.不同水灰比條件下 preexponentia系數(shù)</p><p> 圖4.不同水灰比下的激活能量</p><p> 圖1.不同溫度和水灰比 圖3.不同水灰比條件下 的條件下的擴(kuò)散系數(shù)
11、 preexponentia系數(shù)</p><p> 圖2. 阿倫尼斯的氯離子擴(kuò)散系數(shù)圖 圖4.不同水灰比下的激活能量</p><p><b> 2氯離子的擴(kuò)散系數(shù)</b></p><p> 佩奇等人[4]測出了不
12、同水灰比和溫度循環(huán)變化下氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù),圖1顯示的即為這些擴(kuò)散系數(shù)。它清楚地表明氯離子的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)水灰比和溫度具有很大的依賴性。水灰比對(duì)擴(kuò)散系數(shù)之所以有所影響主要是由于混凝土在硬化會(huì)形成大量的孔隙。溫度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響一般服從圖2所示的Arrhenius關(guān)系圖。依賴于溫度的擴(kuò)散系數(shù)可以用Arrhenius方程來得到</p><p> (1) </p><p>
13、 其中Do是指前因子,E為活化能,R為氣體常數(shù),T為溫度。表1列出來了不同水灰比條件下Do和E的取值,這些值所采用的是佩奇等人[4]通過最小二乘曲線獲得的數(shù)據(jù)。指前因子和活化能與水灰比有關(guān),其依賴關(guān)系如圖3圖4所示,可以表示為</p><p> (2) (3) </p><p> 方程(1) (2) (3)是通過非等溫條件
14、下氯離子的擴(kuò)散模型得到的。</p><p> 表1.不同指前因子和活化能下混凝的土氯離子擴(kuò)散系數(shù)</p><p> 表2.混凝土的熱物理性能</p><p><b> 3.非等溫?cái)U(kuò)散模型</b></p><p> 一維熱傳導(dǎo)和氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散可由下式表示</p><p> (4
15、)(5) 其中各系數(shù)取值主要受初始條件和邊界條件影響</p><p> (6)(7)(8) </p><p> 方程 (8)中的b溫度循環(huán)機(jī)制中的參數(shù)函數(shù)。例
16、如,當(dāng)b=3 To=30 °C時(shí),循環(huán)溫度在午夜時(shí)達(dá)到20 °C,上午12時(shí)則達(dá)到一天溫度的最高值30 °C。通過選擇恰當(dāng)?shù)腷 和To的取值,循化溫度中的最高溫度和最低溫度都可以被模擬。雖然日常實(shí)際的循環(huán)溫度不可能完全遵循公式 (8)的預(yù)測但這個(gè)方程確實(shí)為我們提供了一個(gè)準(zhǔn)確的描述日常溫度波動(dòng)的近似值。</p><p> 在公式(4)中值得注意的是方程 (6) - (8)是從服從
17、Carslaw and和Jaeger [8] 給出的分析解決途徑的,即</p><p><b> (9) </b></p><p> 其中是α 擴(kuò)散系數(shù),k/(O Cp)和 α、f(t)由下 (10) (11) (12)</p><p> 通過展開并整合公式(8),
18、可以得到(13)的方程</p><p> 方程中的第一項(xiàng)是指長時(shí)間下的指數(shù)衰減術(shù)語,第二項(xiàng)則是表示溫度循環(huán)波動(dòng)的數(shù)據(jù)。同時(shí)還應(yīng)該注意,密度、比熱容以及混凝土的熱導(dǎo)電率是由Perry 和Chilton [9]測得的,其值列于表2?;谶@些數(shù)據(jù)的范圍,通過以下模擬研究得到熱擴(kuò)散系數(shù)的取值約為0.025。</p><p> 非線性方程 (5)中是不可能具有解析解的,本項(xiàng)研究采用的是正交配置法
19、[10]。應(yīng)用這種方法之前,方程(5)應(yīng)改寫成方程(14)</p><p> ?。?4) </p><p> 其中D'(T)= dD(T)/dT。公式方程(14) 中應(yīng)用正交配置法和相關(guān)的邊界條件來均衡處理,如</p><p> (10)
20、 初始條件為t=0; Ci=0. (16)</p><p> Aijand Bij是指矩陣中相應(yīng)位置的數(shù)值,Ti由方程(13)求得。Runge-Kutta-Gil計(jì)劃對(duì)N的方程進(jìn)行了整合。</p><p> 圖5. T =20 °C ,w = 0.4下的
21、 圖7. T =20 °C ,w = 0.6下的</p><p> 氯濃度在混凝土中的濃度 氯濃度在混凝土中的濃度</p><p> 圖6. T =40 °C ,w = 0.6下的</p><p> 氯濃度在混凝土中的濃度
22、 </p><p><b> 4.討論結(jié)果</b></p><p> 方程(14)中氯離子的濃度取決于兩個(gè)參數(shù),即表面氯離子濃度(Co) 和水灰比 (w)。在目前的研究中,根據(jù)Page et al. [4]相應(yīng)的三項(xiàng)試驗(yàn),水灰比大致取為0.4、0.5和0.6。當(dāng)混凝土處于海洋潮汐波中時(shí),通常會(huì)使氯離子的濃度大致保持在2.4%,
23、以便更好的實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境的模擬。試驗(yàn)通常選擇12cm厚的的混凝土,通過給定的Co、w的數(shù)值和混凝土厚度,利用公式(14)便可以求得對(duì)應(yīng)的Ci(t)。</p><p> 如圖1所示,溫度和水灰比對(duì)氯離子的擴(kuò)散系數(shù)及擴(kuò)散速率的影響非常明顯。這些影響將在氯離子的濃度分布上有所體現(xiàn)。圖5是一個(gè)典型的圖形,它指出了在0.4的水灰比和溫度循環(huán)條件下由方程(8)得到的氯離子分別在型材曝光時(shí)間由200天到300天的濃度值。相應(yīng)的
24、氯離子濃度是在同一水灰比條件下的值,但是當(dāng)溫度在20 °C 到4 0°C 的范圍時(shí),其值可由圖6查得。如前所述,高溫對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響是可以預(yù)計(jì)的。通過比較這些數(shù)字可以明確的指出,要準(zhǔn)確估計(jì)氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散,必須將溫度變化的因素明確考慮在內(nèi)。</p><p> 圖5-7的一個(gè)重要意義是:它表明了氯離子濃度達(dá)到鋼筋腐蝕極限的時(shí)間。預(yù)期和Ip [I 1]結(jié)果顯示,氯離子濃度在0.2%和
25、0.4%之時(shí)時(shí)會(huì)發(fā)生鋼筋的腐蝕。這種氯離子濃度條件下任意厚度混凝土達(dá)到腐蝕極限的時(shí)間可直接由圖5-7讀出。圖8表示了在20 °C和40 °C條件下,混凝土中心(兩最高面)和距離混凝土表面3cm(兩個(gè)方向面)達(dá)到腐蝕極限的時(shí)間。在不同的溫度下,鋼筋達(dá)到給定的腐蝕極限的時(shí)間具有相當(dāng)大的差異。舉例來說,在20 °C時(shí),混凝土中心氯離子濃度達(dá)到0.4%大概需要3400天。當(dāng)溫度升高到40 °C時(shí),混凝土達(dá)
26、到相同的氯離子濃度則只需要700天。而本圖則提供了一種確定具體覆蓋層厚度的方便途徑。</p><p> 圖8.在0.2%和0.4%氯化物濃度下,混凝土</p><p> 板中心下3cm鋼筋達(dá)到腐蝕極限時(shí)間</p><p><b> 5.結(jié)論</b></p><p> 為了討論非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散
27、,首先需要準(zhǔn)備一個(gè)擴(kuò)散模型。同時(shí)必須將日常溫度循環(huán)變化考慮在內(nèi)以便來模擬環(huán)境溫度變化。不同的水灰比反映在混凝土上。很明顯,水灰比和環(huán)境溫度變化對(duì)氯離子在混凝土中的擴(kuò)散具有很強(qiáng)的影響力。這種非等溫氯離子擴(kuò)散模型是用來研究非等溫條件下給定深度的混凝土表面達(dá)到腐蝕極限的時(shí)間的。對(duì)于一個(gè)給定的鋼筋腐蝕時(shí)的氯離子濃度極限,氯離子擴(kuò)散模型都具有明顯的實(shí)際性意義。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b&g
28、t;</p><p> 1. Brunauer, E; Copeland, L. E.: The chemistry of concrete. Sci. </p><p> Amer. 210 (1964) 80 </p><p> 2. Collepardi, M.; Marcialis, A.; Turriziani, R.: Penetration of
29、 </p><p> chloride ions into cement pastes and concrete. J. Amer. Ceram. </p><p> Soc. 55 (1972) 534 </p><p> 3. Page, C. L.; Short, N. R.; Tarras, A. E.: Diffusion of chloride &
30、lt;/p><p> ions in hardened cement pastes. Cem. Conc. Res. t 1 (1981) 395 </p><p> 4. Tuuti, K.: Corrosion of steel in concrete. Stockholm, Sweden: </p><p> Swedish Cement and Concr
31、ete Research Institute 1982 </p><p> 5. Mangat, P. A.; Gurusamy, P.: Chloride diffusion in steel fibre </p><p> reinforced marine concrete. Cem. Conc. Res. 17 (1987) 385 </p><p>
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