造型氯进入混凝土部分3 -成功和局限性

劳里奥尔德里奇

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提交:23^{理查德·道金斯}2011年11月
体积2012年1月8日

文摘

每年数十亿美元被花替换有缺陷的混凝土基础设施需要更换只是因为未能达到其预期使用寿命。这成本是由于氯的影响进入具体删除保护鞘从下文的钢筋腐蚀导致破坏性的结构。因此准确预测氯进入混凝土的速度会导致建立规范定义的一个适当的混凝土保护层给服务生活。

已经有很多研究的氯离子渗透的混凝土暴露于氯溶液对不同时间的定义。在本系列的论文这些数据集是安装在一个一致的简单的半经验菲克定律方程使用excel电子表格。拟合的方法似乎是足够健壮,这样时间依赖氯概要文件可以健康。这样的适合可以用来估计混凝土的使用寿命是有限的的氯腐蚀钢筋钢放置在一个定义的深度的表面结构。

在这个工作准确的造型氯进入混凝土已经证明。一个例子具体在哪里治疗,这样有一些密封的毛孔抵抗氯离子进入无法配合使用简单的半经验菲克定律方程。这是推测,在这种情况下,密封胶抑制养护,当突破允许通过水化吸盐水的入口。

通常这是表明十年进入方程派生形式扩散可以渗透海水中氯离子导入的概要文件。然而氯化钠进入混凝土的古典扩散模型并不足以推断,以便准确的估计寿命甚至可以高达50年。

关键字

混凝土、耐久性、氯扩散、钢筋腐蚀、使用寿命

介绍

在本系列文章的第一部分典型的简化版的菲克定律方程,介绍了氯化概要文件将从方程计算

C (x) = S (1-erf [x / (2 *√{t * D}]) (1)

在C (x)的氯量表示为x %的粘合剂(mm)的距离表面和表面浓度的氯,t时间(年)和D是扩散系数(毫米吗²/年)。注意这可以转化为D的SI定义(m²/秒)除以~ 31.5 * 10^-12年。

然而,这依赖于无效假设S和D是恒定而S和D随时间所描述的一个幂律

D (t) = D₀(t / t₀)^{- n}(2)

S (t) =₀(t / t₀)^米(3)

其中t₀是一个参考时间(一般28天或0.07年)

n和m的值是权力躺在0和1之间。注意符号的差异在方程2 & 3因为年代随着时间增加D随时间而减少。实际上这将在稍后讨论它只是因为D的显著下降随着时间的推移,混凝土可用于海洋水域。

结合方程1 2 & 3给出了菲克定律方程(4)t

C (x) =₀(t / t₀)^米(1 -小块土地(x / {2√(t D₀(t / t₀)^{- n})})(4)

在本系列的第二部分的氯离子渗透概要文件被作为时间的函数是拟合方程(4)和大部分的数据可以证明满足方程(4)。对异常数据取自混凝土的表面处理,这样混凝土氯离子渗透的密封。

讨论

造型氯入口

氯离子进入到具体的准确的建模方程4已经在本文的前面部分。发现一般的渗透概要氯可以模仿使用方程4作为时间的函数。然而示例使用有限制的十年进入方程。它还指出,半经验方程。

正如前面所讨论的在本系列中,将出现,准确拟合时间只能假设进行幂律方程。至于审稿人知道几乎没有科学理解为什么S和D随时间在这样一个时尚。而毛细管孔隙闭合(如第1部分综述了)解释为什么氯传输将会随着时间的推移越来越抑制几乎没有尝试解释为什么方程后的扩散系数下降2。情节的D (t)和S (t)与时间的拟合参数(表5本系列的第2部分)的数据,李和Chisholm[43]如图10所示。很明显,显著变化在两个D和年代的10年之后。这些会导致重大变化估计使用寿命如表6所示,大约是两倍的添加到使用寿命的估计。没有理解这种变化的原因应该依赖于任何被认为是不明智的使用寿命,改善的结果外推的幂律适合超过10年。结果安装在本系列的前一部分表明,S和D做不同根据方程2 & 3期的十年。建议S和D的值在10年应该限制值计算中使用寿命预测。

在早些时候部分中给出的结果之后,似乎表明,在封面的OPC 70毫米,在大多数情况下,有一个不到100年的使用寿命。然而补充胶结材料似乎超过使用寿命这表明地面粒状高炉矿渣和PFA应该给更耐氯入口亚博网站下载比普通硅酸盐水泥。

图11。混凝土水灰的效果在氯离子的扩散系数。所有的混凝土是由硅酸盐水泥没有补充胶结材料的存在。亚博网站下载所有的数据被或纠正,扩散系数在28天的时间。

表6所示。估计使用寿命的差异混凝土DC400 GP325计算,使用不同的值的时间(t)和D (t)计算方程2 & 3。

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

一些工人已经表明,说明性的配方可以这样混凝土可以分类根据其性质和水水泥比率,然后文学的D值₀(t = 28天)可以用来预测氯离子扩散。这种方法是由fib组[44]。

为了测试这个假设的结果本系列的第2部分的D₀混凝土由普通硅酸盐水泥的绘制与水灰比。其他文献的结果(45-47)被添加到情节的氯离子扩散系数的28天(图12)。情节表明这种方法所导致的错误会使非常不可靠的估计使用寿命。结果表明水泥在不同国家和不同条件下有不同的属性,这样的说明性方法使用寿命是不可靠的。

图12。混凝土水灰的效果在氯离子的扩散系数。所有的混凝土是由硅酸盐水泥没有补充胶结材料的存在。亚博网站下载所有的数据被或纠正,扩散系数在28天的时间。

使用寿命

在本系列的第1部分指出,萨默维尔[16]建议的基础性能计划将区分预期寿命周期(年)为代表;小于5,5 - 10、10 - 20 - 40、40 - 100,大于100年。任何模型的使用寿命应该能够确定哪些类别的具体应该适合。虽然这个理想也许可以意识到,重要的是要注意,准确预测氯的运输混凝土暴露在海水是有限的

1. 扩散方程可能不是严格准确的
   • 氯离子扩散系数取决于氯化物的浓度和其他阳离子在水泥毛孔,
   • 束缚和自由氯的毛孔不是完全理解。
   • 海水修改混凝土和修改的皮肤不容易模仿,也不是目前它理解。
2. D和年代的变化与时间的函数已经被一个经验方程曲线但还没有令人信服的物理原因。因此方程等方程(4)必须被视为半经验,将是非常危险的推断时区外的扩散方程的实验。
3. 不同的接触区有不同的氯入口。许多区域定义等定义,潮汐、水下甚至暴露在一种氛围在一定距离海岸。
4. 氧气必须出席强化边界对钢铁腐蚀的发生,它已经表明,深海腐蚀是由氧抑制饥饿[49]。

这些预订和领巾让它背后的近似估计的使用寿命是必须明确。此外尽管商业“艺术”的状态预测模型可用它们必须被视为无用的混凝土结构工程师和业主如果这些模型的预测是基于假设模型中的深藏的意义只有分析员可以升值。

只有当明确的假设是可以造型生产氯化可信限制运输,如用于混凝土规范的厄勒海峡连接[6]。而准确的预测可能是几乎不可能的工作突出了本文确实表明渗透概要文件可以充分模拟方程2 - 4。这表明,做适当的近似可以计算的“下限”钢筋混凝土暴露在海水的使用寿命。工作已经开始定义这种方法计算基于Excel电子表格,这样的方法将简单大多数工程师使用。

未来工作的建议

因前面的讨论有根本性的问题,必须理解为了可靠性预测混凝土的氯离子传输。除了;水泥结合氯离子的能力,海水的影响改变水泥粘贴在混凝土,补充胶结材料的角色在改变水泥浆的结构,以及碳化的影响水泥浆的氯离子扩散都需要理解为了技术进步。亚博网站下载认为应该这样我们能够进行研究;

1. 理解为什么随着时间的推移,S & D大大不同
   • 年代的变化毫无意义,除非表面贴正在改变一次规模不同的绑定氯粘贴。年代变化是重要的在年氯绑定是在天的平衡。特别是是很有帮助的,如果我们能够理解之间的差异从不同的混合糊
   • D变化出现明显不同的变化随时间变化的孔隙结构。为什么会这样呢?可能是进一步研究基于Yeih[49],汉森(37、38),Tritthart[27]和页面的组织研究(29、36、39、50)通过——扩散会给重要的洞察这种变化。
2. 理解辅助胶结材料的作用在减少氯入口。亚博网站下载之间有显著差异的时间依赖于氯入口在贴OPC和OPC的混合制成的硅灰,GGBFS PFA &元高岭土。(文献数据从meta-kaolin混合氯扩散反应非常困惑如果变化是由于铝,可以预见,meta-kaolin会比PFA似乎不这样)
3. 理解地面方解石在氯化贴的效果。现在在澳大利亚生产水泥包含国际米兰——地面方解石是感兴趣的知道这替代氯化显著改变的入口速度。
4. 更好地理解绑定氯水泥粘贴,确保这样的绑定不影响扩散方程的扩散中Cs和Sr水泥[17]。
5. 更好地理解海水的影响在修改的表面贴什么影响这对氯入口。特别是是很有帮助的,如果我们能够理解之间的差异从不同的混合糊
6. 调查方法的成本效益决定氯进入现场。使用寿命的预测依赖于假设混凝土样本治愈在实验室将属性作为混凝土治愈。杜瓦(51-52)real-crete定义为混凝土,倒在一个建筑工地和lab-crete在理想条件下在实验室产生的混凝土。他建议这些混凝土之间的性能有相当大的变化以及他们之间和cover-crete的混凝土表面的混凝土是混凝土质量差、带屏蔽的钢筋氯。作为实验室具体会有更好的性能比real-crete可以有实质性差异”试验混合”,real-crete和封面——克里特岛。
7. 更好地理解角色的碳化和干燥水泥浆入口和氯离子的传输。据报道,恩加拉和页面[50]碳化和干燥改变成熟硬化水泥浆,这样数量级的变化是由氯离子扩散。这可能是一个主要的陷阱在寿命预测混凝土暴露在一个气氛,允许碳化和干燥。综述早些时候确实是推测,湿润和干燥可能是一个额外的“驱动力”允许更快的氯入口。
8. 更好的理解需要时间氯化氯腐蚀发生后已经达到临界水平。认为在这工作,开始腐蚀的临界氯水平定义为0.6 wt %的粘结剂成分[13]。这种假设可能不被批准,通过Bamforth [13], Frederiksen[53]和[54]页应该咨询在这困难的假设。

结论

氯进入具体的造型的审查表明,在正确的条件下可以计算使用寿命的混凝土暴露在氯化物腐蚀钢筋钢。模型指定的深度覆盖酒吧,混凝土的曝光时间,需要依赖于精确的时间值S (t)和D (t)以适应一个方程来自菲克定律。方程是半经验的基础。

有大量的假设必须在应用程序的模型,这种假设应该明确可以计算使用寿命较低的限制,是现实的。建议:

1. 不同水泥导致混凝土的性质有不同的氯入口,必须被视为愚蠢的高度从来自海外的氯离子扩散系数预测服务数据库。
2. S和D随时间根据法律由方程2 & 3的力量。建议限制在10年被用来计算使用寿命。
3. 海水中氯概要文件在混凝土可以安装。这样符合应当被视为半经验,只有可信的时间框架内的实验数据。
4. 安装实验室测试标本暴露在氯化钠溶液的值可能没有Cl扩散一样相同的样品暴露在海水或暴露在人造海水。
5. 样本实验室可能有非常不同的特性,结合铸造成真正的结构。
6. 碳化和干燥的影响还需要进一步研究。

确认

本文出现的工作进行合作(1)副教授Helosia n Bordallo(尼尔斯·波尔研究所哥本哈根大学Universitetsparken 5 2100年哥本哈根)在水泥运输水贴(2)与UTS和ANSTO测量氯离子进入澳大利亚混凝土样品(3)工作与大卫Pollum监视应用程序的持久性在ANSTO项目(4)工作进行测量在混凝土扩散。我要感谢我的合作者;Heloisa Bordallo大卫·Pollum柯克Vessalas, Kapilia Fernado,保罗·托马斯·马克斯•Da Costa Abhi射线,阿伦Jajou &穆斯塔法El Cherkawi W.K. Bertram p . Rougeron k越来越诉帕特森。

应该注意的是,其他优秀的研究对氯入口和澳大利亚研究的作者特别感谢唐,尼尔森Frederiksen & Mejlbro大量的出版物的混凝土社区欠一个相当大的人情债。

感谢将AINSE有限公司提供金融援助(奖没有AINGRA09104寿命预测基于水泥的建筑材料)和d·h·奥尔德里奇实质性的金融援助。亚博网站下载

最后要感谢精彩的图书馆员ANSTO和水泥混凝土和聚合物澳大利亚图书馆的耐心和帮助定位很难追踪一些参考资料。

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