考虑混凝土表层与内部差异的氯离子非匀质渗透研究

The quantitative study of the chloride ion penetration behavior from the surface into concrete is one of the theoretical foundation for the prediction, design and promotion of the concrete structure's service life. The environmental factors and the viriation of the permeability coefficient with age have been taken into account in existing research results. However, most of the study used apparent and average value to describe the concrete pereability along the diffusion direction. Thus, the difference of the material structure and property on space were ignored. Meanwhile, the difference of property and structure between the surface layer and the inner part of the concrete was presented by many researchers. And the difference becomes unignorable with the development and application of concrete surface treatment and inhancement technology. Current proposal plans to interpret the influence and mechanism of the sureface on the chloride ion penetration behavior into the concrete based on the difference between the surface and the inner. Mathmetical model should be established to describe the heterogeneous chloride penetration behavior of the concrete with surface lay structure to provide theoretical supporting and guide to concrete surface treatment and inhancement technology and promotion of concrete structure's service life.

氯离子由表及里的渗透行为定量研究是实现混凝土结构服役寿命预测、设计与提升的理论基础之一。目前的研究在很大程度上考虑了影响氯离子侵入混凝土的环境因素，并考虑了混凝土自身性能随时间的变化规律，而对于侵入方向上的混凝土渗透性能采用了表观化与平均化的简化手段，忽略混凝土材料结构和性能在空间上的差异。然而，表层混凝土与内部在性能与微结构上存在着一定的差异，并且这种差异随着混凝土表面处理与强化技术的出现与应用呈现加剧的趋势。本项目拟在明晰混凝土表层影响深度及其与内部在氯离子渗透性能差异的基础上，阐明表层的存在对混凝土整体氯离子渗透行为的影响及机理，建立包含表层在内的混凝土材料整体的氯离子非匀质渗透数学模型，为混凝土表层强化技术提供理论支撑，为混凝土结构耐久性的提升提供指导。

通过本项目的研究，建立了对水泥基材料表层深度、性能的测定方法，将水泥基材料近表层的几何结构简划为性能稳定的表层区域与内层区域，以及两层之间性能线性变化的过底层区域，且水泥基材料表层的微结构与渗透性能性能可被CPF大幅提升，对材料整体的抗渗透性能也有较好的改善效果。探索了表层自身性能以及其对混凝土材料整体性能的影响，指出CPF的使用能够提升表层混凝土的回弹强度、混凝土整体的吸水率以及6h电通量；CPF对于混凝土表层深度的作用效果主要由混凝土的流动性能确定，且与拌合物的扩展度线性相关性较高；流动性的增加对表层渗透性能的影响不大；在保证流动性一致的情况下，水胶比是CPF对表层作用深度的不敏感因素，但随着水胶比的增大，表层的渗透性能是下降的；粉煤灰的取代能够增大表层深度，而矿粉的取代则降低了表层深度，但影响不甚明显，这可能与浆体粘度性能相关。采用多图分区模拟的策略，重构4mm范围内的混凝土表层结构，实现从微观层面表层孔结构的高分辨率模拟与渗透行为分析；同时，采用有限元方法对于具有表层差异的混凝土氯离子渗透过程进行建模，模拟了不同表层情况下氯盐渗透行为的差异，指出对于表层1cm深度混凝土进行增强（降低水胶比），能够实现混凝土结构服役寿命的大幅度提升（约50%）。本研究还于南京地铁四号线某重点的侧墙混凝土工程中试点应用了CPF表层强化技术。