海洋大气环境下混凝土中温湿度-氯离子耦合传输机理及数值模拟研究

Under marine atmosphere environment, chloride ion erosion is the main cause of durability degradation for concrete structure. However, chloride ion transport process was still primarily researched by the modified chloride diffusion model for considering environmental factors. Therefore, the correlativity relation for temperature effecting water saturation in the concrete was established through the trial test and theoretical analysis. The equilibrium relationship between relative humidity and saturation with temperature effect was established, then a coupling transport model for considering temperature and humidity was proposed based on porous medium transport theory. According the temperature-humidity coupling transport model and the chloride ion diffusion theory model with consideration temperature, saturation and other factors influence, the corresponding temperature- humidity -chloride ion coupling transport theory model and numerical simulation system were established, then the numerical simulation system was verified by test and the chloride ion transport velocity in concrete under marine atmospheric environment for time varying temperature and humidity environment was discussed further by the numerical simulation system. For considering common function of temperature and relative humidity, the model can be more accurate to predict and evaluate intrusion degree for chloride ion in concrete under marine atmospheric environment. The life prediction of concrete structures under marine atmospheric environment, evaluation and new structure durability design can be provided the necessary scientific basis.

海洋大气环境下，氯离子侵蚀是混凝土结构耐久性退化的主要原因。目前研究海洋大气环境下氯离子的传输过程仍主要采用考虑环境因素修正的氯离子扩散模型。为此，通过探索性试验和理论分析，研究温度对混凝土中水分饱和度的影响关系，建立吸湿和排湿过程温度影响下不同相对湿度对应的饱和度平衡关系，然后根据多孔介质传输理论建立温湿度耦合传输模型。在热湿耦合传输模型中，引入考虑温度、饱和度等因素影响的氯离子扩散理论模型，建立温-湿-氯离子耦合传输的理论模型和数值模拟系统，然后对数值模拟系统进行试验验证，利用该模型进一步探讨海洋大气环境下温湿度对混凝土中氯离子传输速度的影响关系。模型考虑了温度和相对湿度的共同作用，能更准确预测和评估海洋大气环境下混凝土中氯离子侵入程度，为混凝土结构的寿命预测和评估以及新建结构耐久性设计提供必要的科学依据。

海洋环境下氯盐和水是最常见的与混凝土接触的介质，氯离子在浓度差驱动下向混凝土内部扩散，传输的水分同时携带氯离子向混凝土内迁移。而温度在混凝土中的传导直接影响水分的传输速度和分布，同时又影响着氯离子的扩散速度，因此研究氯离子、水和温度的多场耦合传输问题是耐久性领域重要的基础性工作。.针对非饱和混凝土中氯离子多场耦合传输机制关键问题研究的欠缺，基于混凝土的孔隙率、迂曲度、比面及孔径分布等微观孔隙参数的变化特征，研究了不同骨料体积分数、砂率及水灰比混凝土的导热系数，分析了不同骨料体积分数、砂率及水灰比等材料参数对混凝土导热系数的影响规律，得到了饱和度对热量在混凝土中传导速度的影响规律，建立了考虑饱和度影响的混凝土导热系数方程。以混凝土孔隙率和孔径分布等混凝土微观结构参数为出发点，确定了孔隙内毛细压力作用下的水分传输系数方程。通过不同温度条件下混凝土中氯离子扩散试验，研究了温度升高引起的氯离子扩散速度加速规律。针对氯离子在混凝土微观孔隙溶液中迁移的特点，进行了不同初始饱和度混凝土的氯离子扩散试验，得到了混凝土中饱和度的降低使氯离子传输通道减小导致的氯离子扩散系数减小规律。通过对混凝土热量传导过程进行模拟，获得了混凝土内部温度场分布，得到了饱和度对混凝土内部温度场分布的影响规律。通过干湿交替条件下混凝土中氯离子多场耦合传输过程模拟，分析了各因素对氯离子传输的影响规律。