再生混凝土中氯离子时变扩散规律分析及数值模拟.pdf

分类号TU528 密级UDC _硕士学位论文再生混凝土中氯离子时变扩散规律分 析及数值模拟学科专业 结构工程 再生混凝土中氯离子时变扩散规律分析及数值模拟摘要再生混凝土作为一种应用前景广泛的绿色可持续建筑材料，对节约自 然资源、降低能源消耗以及减少环境污染具有重要意义。由于再生混凝土 存在双界面过渡区，导致耐久性能与普通混凝土相比具有较大差异，从而 制约其在海洋环境下的应用。本文主要通过不同龄期的再生混凝土自然扩 散试验和ANS YS有限元分析软件分别建立再生混凝土表观和瞬时时变扩 散计算模型以及再生混凝土单相和五相时变扩散数值模型，从计算模型和 数值模型两方面对再生混凝土中氯离子长期时变扩散规律进行分析，并通 过试验数据验证了计算模型和数值时变模型的合理性和准确性。本文的主要研究工作和结论包括：(1)以浸泡龄期、矿粉掺量、天然粗骨料和再生粗骨料为考察因素，开展了 3种不同矿粉掺量、3个不同浸泡龄期的砂浆、普通混凝土和再生混.凝土自然扩散对比试验。试验结果表明：再生混凝土的抗氯离子渗透性能 最低，砂浆次之，普通混凝土最好。随着矿粉掺量的增加，再生混凝土抗 氯离子渗性能逐渐接近普通混凝土。不同矿粉掺量砂浆、普通混凝土和再 生混凝土的氯离子扩散系数均随扩散时间的增加而降低。(2)基于自然扩散试验数据分别计算得到砂浆、普通混凝土和再生混 凝土的表观龄期衰减系数和瞬时龄期衰减系数，进而分析研究矿粉掺量，天然粗骨料和再生粗骨料对两种龄期衰减系数的影响规律，在此基础上建 立再生混凝土表观时变扩散计算模型和瞬时时变扩散计算模型，并与再生 混凝土自然扩散试验数据进行对比分析。结果表明：砂浆、普通混凝土和 再生混凝土的瞬时龄期衰减系数h大于表观龄期衰减系数m,且两种龄期 衰减系数均有相同的变化规律，即：矿粉掺量的增加使砂浆和普通混凝土 的龄期衰减系数呈现先增加后减少的趋势，而再生混凝土的龄期衰减系数 则逐渐降低，并且两者存在一定的转换关系。不同时变扩散模型计算结果 均与试验测试值具有较好的吻合度。(3)将再生混凝土考虑为由新旧砂浆、新旧界面过渡区(ITZ)和天 然粗骨料组成的五相复合材料，并基于不同浸泡龄期砂浆和再生混凝土的 氯离子扩散系数，利用粗骨料级配理论和再生混凝土中各相材料扩散系数 与面积之间的关系确定再生混凝土中各相材料的瞬时时变扩散模型，进而 建立再生混凝土单相和五相时变扩散数值模型，并用自然扩散试验数据验 证时变数值模型的准确性和合理性。分析表明：单相和五相时变扩散数值 模型模拟结果与再生混凝土瞬时时变扩散模型计算结果具有较好的一致性,两者误差基本在10%以内，说明再生混凝土时变数值模型能够较好预测氯 离子在再生混凝土中的长期时变扩散规律。关键词：再生混凝土氯离子矿粉时变数值模型龄期衰减系数自然扩散试验THE ANALYSIS AND NUMERICAL SIMULATION OFCHLORIDE IONS TIEM-DEPENDENT DIFFUSION INRECYCLED AGGREGATES CONCRETEABSTRACTRecycled aggregates concrete(RAC)is a sort of green and sustainable building material with wide application potentials.S pecifically,it has a great significance in saving natural resources,reducing energy consumption and reducing environmental pollution.Due to the presence of double interfacial transition zones(ITZ)in RAC system,the corresponding durability is so quite different from the ordinary concrete,which therefore restricts its application in marine environment.In this paper,together with the natural diffusion test conducted at various ages,the apparent and instantaneous time-dependent diffusion models associated with the single-phase and five-phase time-dependent numerical models of RAC are established respectively by ANS YS finite element analysis(FEA)software.Based on the computational and FEA numerical models,the time-dependent diffusion behavior of chloride ions in RAC was investigated for long-term service.The rationality and accuracy of these proposed models are verified by comparing with the corresponding experimental data.The main work and concluding remarks of this paper are summarized as follows:(1)A comparative test in terms of natural diffusion was conducted on mortar,ordinary concrete and RAC.In the meanwhile,three different slag contents and three various exposure durations were examined to take into account the role of each factor mentioned above,i.e.exposure duration,slag content,natural coarse aggregate and recycled coarse aggregate.The results HIshow that RAC registered the lowest chloride permeability resistance,which was gradually followed by mortar and then by ordinary concrete.Also,with an increase on slag content,the chloride permeability resistance of RAC progressively approaches to ordinary concrete.Not further that regardless of the cementitious system as well as the slag content,the diffusion coefficient of chloride ions in all specimens decreased as time elapsed.(2)In accordance with the natural diffusion test data,the apparent and instantaneous aged reduction coefficients of mortar,ordinary concrete and RAC were calculated,and the influence of slag content,natural coarse aggregate and recycled coarse aggregate on these two aged reduction coefficients were analyzed.Based on this,the apparent and instantaneous time-dependent diffusion models of RAC were established,and the corresponding numerical results were compared with the data collected in natural diffusion test.The results show that regardless of the examined cement-based system,the instantaneous aged reduction coefficient was consistently larger than the apparent aged reduction coefficient.More importantly,the same variation trend was witnessed on these two aged reduction coefficients.Further,when increased the slag content,the aged reduction coefficients of mortar and ordinary concrete increased first,then followed by a surprising decrease,whereas the RAC registered a consistent decrease.In the meanwhile,a certain transformation relationship should exist between these two aged reduction coefficients.Both the apparent and instantaneous time-dependent diffusion models agree well with the experimental truth.(3)RAC was de-constructed into a five-phase composites including the new mortar,the old adherent mortar,the new ITZ,the old ITZ and the original coarse aggregates.Based on the chloride diffusion coefficient of RAC at varying exposure duration,the instantaneous diffusion model in terms of each phase in RAC was determined by introducing the theory of coarse aggregate gradation IVand the relationship between diffusion coefficient and area fraction of each phase in RAC.As a result,the single-phase and five-phase time-dependent diffusion models were established,and the accuracy and rationality of these proposed models were validated by comparing with the natural diffusion test data.The results show that both the single-phase and five-phase time-dependent diffusion models were in a good agreement with the outcomes from the instantaneous time-dependent diffusion model of RAC,and the computational error was less than 10%,which may indicate that the presented five-phase time-dependent model of RAC could be used to predict the chlorides diffusion behavior in RAC when served in the long term.KEY WORDS:recycled aggregates concrete;chloride ions;blast furnace slag;time-dependent model;aged reduction coefficient;natural diffusion testv目录摘要.IABSTRACT.Ill目录.VI第一章绪论.11.1 研究背景及意义.11.2 国内外研究现状.21.2.1 普通混凝土中氯离子时变扩散计算模型的研究现状.21.2.2 再生混凝土抗氯离子侵蚀性能及试验方法的研究现状.71.2.3 再生混凝土细观数值模拟.101.3 主要研究内容.121.4 主要创新点.13第二章砂浆、普通混凝土和再生混凝土自然扩散对比试验.152.1 引言.152.2 试验目的.152.3 试验流程图.162.4 试验原材料.172.4.1 水泥.172.4.2 粗骨料.172.4.3 细骨料.212.4.4 高炉矿渣粉.212.4.5 减水齐.222.5 砂浆、普通混凝土和再生混凝土对比试验配合比设计与制备.222.5.1 配合比参数确定.222.5.2 配合比设计.232.5.3 酉己合比计算.232.5.4 砂浆、普通混凝土和再生混凝土的制备.242.6 砂浆、普通混凝土和再生混凝土中氯离子自然扩散试验.252.6.1 砂浆试块切割.252.6.2 浸泡溶液配制.262.6.3 试块表面密封与浸泡试验.262.6.4 样品钻取及钻孔深度的标定.27VI2.6.5 粉末样品的处理.292.6.6 总氯离子的提取和浓度测定.292.7 小结.31第三章砂浆、普通混凝土和再生混凝土氯离子渗透性能及龄期衰减系数分析.323.1 引言.323.2 砂浆、普通混凝土和再生混凝土中氯离子渗透性能对比分析.323.2.1 矿粉掺量对氯离子渗透性能的影响.323.2.2 浸泡时间对氯离子渗透性能的影响.363.2.3 天然粗骨料和再生粗骨料对氯离子渗透性能的影响.393.3 表观龄期衰减系数与瞬时龄期衰减系数.1.443.3.1 表观龄期衰减系数的计算方法.443.3.2 瞬时龄期衰减系数的计算方法.44333表观龄期衰减系数与瞬时龄期衰减系数对比分析.453.4 表观时变扩散模型与瞬时时变扩散模型.493.4.1 表观时变扩散模型.493.4.2 瞬时时变扩散模型.493.4.3 算例分析.493.4.4 两种时变扩散模型与自然扩散试验结果对比分析.513.5 小结.54第四章 再生混凝土中氯离子时变扩散数值模拟.564.1 引言.564.2 均匀介质下再生混凝土中氯离子时变扩散有限元数值模拟.564.3 再生混凝土中氯离子五相时变扩散数值模拟.614.3.1 再生混凝土中各相材料的面积分数及扩散系数计算.63432再生混凝土中氯离子五相时变扩散数值模型.664.4 时变扩散模型与数值模型对氯离子长期时变扩散规律预测分析.694.5 小结.74第五章结论与展望.75参考文献.77致谢.84攻读硕士学位期间科研成果.85攻读硕士学位期间参与的科研项目.86VII广西大学硕士学位论文再生混凝土中氨两子时变扩散规律分析及数值模拟第一章绪论1.1 研究背景及意义混凝土作为一种由水、水泥和粗细骨料制备而来的复合材料，因其原材料来源丰富、价格低廉而被广泛应用于建筑行业当中。由于经济和人口的并行增长，工业化和城市化 率的大幅提高，使混凝土成为消耗自然资源最多的不可持续材料川。一方面，砂石的大 量开采对自然环境造成不可逆转的破坏，另一方面地震、海啸等自然灾害导致混凝土建 筑物的倒塌以及新建、拆除旧建筑物亦会产生大量的建筑垃圾，占用了大量的土地，污 染环境，影响可持续发展。作为当前世界上最大、最活跃的行业之一，建筑产业对生态环境的影响不容忽视,其在生产过程中消耗的原材料和能源远高于其他经济活动，并伴随着大量固体废弃物的 产生。据相关统计调查发现，欧盟的建筑业每年产生约9亿吨废物，在2006-2017年 期间，澳大利亚总共产生了约4378万吨垃圾，其中38%来自建筑废弃物，根据2015 年统计，香港总建筑垃圾年产量约为153万3000吨，占总处置量的28%,其中包括了 建筑活动所产生的废物，例如：场地清理、翻新、拆卸、整修、道路工程等。而中国 作为最大的发展中国家，每年产生的城市固体废物约占世界城市固体废物的30%,其中 约40%为建筑废弃物，包含约1亿吨的新建建筑废弃物和约2亿吨的旧房拆迁废弃物。通过将建筑废弃物进行破碎、加工和多次处理后可以得到用于制备新拌混凝土的再生骨 料。研究表明，利用废弃混凝土作为再生材料可节约约60%的石灰石资源，减少约15%的二氧化碳排放量血。因此，再生混凝土的利用对节约资源、保护环境和实现建筑行业 的可持续发展具有重要意义。随着自然资源的逐步消耗和可持续发展意识的日益增强，发展绿色可持续技术已经 成为发达经济体和新兴经济体的共识。早在20世纪40年代，前苏联已经开展了对混凝 土废弃物再利用的可行性研究。20世纪80年代，西方发达经济体开始提出回收利用 建筑施工和拆除废弃物(C&D)网。随着技术的发展，发达经济体尤其是澳大利亚、西欧、日本和北美的废物管理系统取得了长足的进步。在澳大利亚，仅悉尼和墨尔本每年生产 约500万吨的再生混凝土也在欧洲某些建筑废弃物利用率较高的国家，如英国、德国、瑞典等，其再生骨料使用量占混凝土骨料使用量的60%80%。支 作为回收混凝土废弃 物的领先国家，日本对混凝土废弃物的利用率高达98%！目前，再生混凝土已被广泛应用于道路基础设施、混凝土路面、碎石填料、混褫土 砖和砌块等工程结构中。澳大利亚通过将再生骨料与少量的碎砖、土壤混合获得适用于 广西大学硕士学位论文再生混凝土中氯南子时变扩散规律分析及数值模拟路面的再生材料，而在荷兰使用废弃混凝土和砖块制成的再生集料作为道路基层已经是 一种常见的做法。我国再生骨料的应用还处于起步阶段，但已经在一些实际工程中取 得应用。1997年，上海市建筑构件制品公司开始利用废弃混凝土制作混凝土空心砌块,其产品各项技术指标完全符合上海市标准。2010年上海世博会上展出的“沪上-生 态家”的主要结构均采用高性能再生混凝土。在开展再生混凝土应用的同时也在积极 制定一系列行业标准，2011年8月制定并实施GB/T 251762010混凝土和砂浆用再 生细骨料i4、GB/T251772010混凝土用再生骨料，2011年12月开始实施JGJ/T 2402011再生骨料应用技术规程口曳由此可见，再生混凝土已经逐步应用于道路 与建筑结构中，并将越来越多地使用在土木工程领域。海洋环境中氯离子侵入混凝土内部引发的钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性破坏 的重要因素之一。由于再生粗骨料与天然骨料，在颗粒形状、表面结构、吸水性等诸多 方面存在不同，导致再生混凝土与普通混凝土相比，在耐久性方面存在较大的差异170 另一方面，再生混凝土存在多种ITZ结构，即，原生骨料-旧砂浆（旧ITZ）、旧砂浆、旧砂浆-新砂浆（新ITZ），再生粗骨料本身多孔薄弱结构导致其对氯离子迁移的阻碍作 用较天然骨料有所减弱，尤其是多个ITZ的不利作用占主导地位，将显著提高再生混凝 土的氯离子扩散系数U*综上所述与普通混凝土相比，再生混凝土具有较低的抗氯离 子渗透性能，从而制约了其在海洋环境下的应用。再生混凝土作为一种低碳、环保、可重复利用的绿色材料，具有节约自然资源、保 护环境、减少能源消耗和解决固体废弃物处理问题等优点。开展海洋环境下再生混凝土 中氯离子时变扩散规律的研究对解决再生混凝土耐久性设计问题至关重要，有利于再生 混凝土在海洋环境下的应用。1.2 国内外研究现状1.2.1 普通混凝土中氯离子时变扩散计算模型的研究现状在实际工程中，由于混凝土所处的侵蚀环境及其自身材料性能都具有时变特性，通 常体现在混凝土的氯离子扩散系数随时间变化而变化2。导致氯离子扩散系数随时间变 化的影响因素主要是以下几个方面：1、随时间变化的混凝土内部微观孔隙结构混凝土扩散系数的大小主要受混凝土内部总孔隙率的影响，随着龄期增加，水泥水 化产物填充于混凝土内部微孔隙之间，减少了渗透通道，同时氯离子与水化硅酸钙生成 的氯铝酸盐使孔径减少，起到堵塞作用进而使混凝土的扩散系数降低。Andrade0】通过 养护龄期分别为28d和365d的混凝土压汞试验测得相似的结果。2广西大学硕士学位论文苒生混凝土中 氟离子时变扩散规律分析及数值模拟2、随时间变化的水泥与氯离子结合能力氯离子在混凝土内部的存在形式主要是以下两种，一是溶解于孔隙溶液中的自由氯 离子，二是与水泥水化产物（主要是C3A、C4AF）生成Friedel盐，这部分氯离子被称 为结合氯离子。通常混凝土对氯离子的结合能力表现为非线性吸附】，这意味着混凝土 内某特定深度处的结合氯离子量与该深度下的局部氯离子浓度有关，但氯离子浓度会随 着深度和时间的变化而变化。3、随时间变化的表面氯离子浓度表观扩散系数是由不同深度处的氯离子浓度经Fick第二定律拟合得到，因此表面氯 离子浓度对扩散系数有一定的影响。在实际工程中发现，当混凝土与氯盐溶液接触时,表面氯离子浓度随暴露时间的增加而逐渐提高PL但有关学者研究发现，混凝土表面的 氯离子浓度并不是在整个混凝土服役寿命期间内持续增加。BamforthR】通过海洋环境下 长期自然暴露试验（暴露时间最长为8年）发现，除一组混凝土在暴露一年后出现不确 定性升高外，其余混凝土的表面氯离子浓度在暴露6个月后保持恒定不变，说明在海洋 环境下，混凝土的表面氯离子浓度在结构整个使用寿命的早期阶段已经固定不变，因此 在预测氯离子在混凝土中时变扩散规律时可以将表面氯离子浓度考虑为常数。目前，国内外学者广泛使用基于Fick第二定律的扩散方程来描述氯离子在混凝土中 的传输过程。1970年意大利的学者CollepardiW】首次提出混凝土中氯离子的传输过程可 以用Fick第二定律来表示：dC 八 a2c-=D-r-dt dx2(1-1)式中，C表示氯离子浓度；，表示暴露时间；D表示混凝土中氯离子扩散系数；x表 示扩散深度。通过对等式（1-1）进行偏微分方程求解可以得到以下误差函数解阎：c(w)=C+(G-G)r 1、l-erfI 河1(1-2)式（1-2）中，。四,表示在暴露，时间、x深度处的氯离子浓度；5表示表观扩散系数;ez/表示误差函数；Cs表示表面氯离子浓度；G表示初始氯离子浓度。对于等式（1）与等式（2）的应用需要符合以下四个假定：（1）扩散粒子不带电；（2）扩散系数。为常数；（3）混凝土结合能力恒定;（4）不考虑温度的影响。3广西大学硕士学位论文苒生混凝土中 嬴离子时变扩散规律分析及数值模拟但实际上，由于混凝土为非均匀介质材料并不完全符合以上四个假定。有关学者研 究发现19-23,混凝土的氯离子扩散系数D会随着暴露时间增加而逐渐衰减。Takewake闽首次发现氯离子扩散系数与暴露时间之间的相关性，并一个纯经验公 式来描述这种扩散系数随暴露时间增加而减少的规律：=(1-3)式中，D(t)表示混凝土的扩散系数；，表示暴露时间；。为常数。1992年，Mangat管】通过分析研究长达5年的自然暴露试验数据发现，混凝土的扩 散系数随暴露时间的增加而逐渐减少，并呈指数型衰减规律：De=Dm(1-4)式中，f表示暴露时间；加表示龄期衰减系数；De表示在时间f内的有效扩散系数；Di 表示在，时刻一秒内的有效扩散系数。式(1-4)的线性表达式如下，即对等式两边同时 取对数：log Dc=log Dt-tw log/(1-5)通过对试验数据进行线性回归分析即可得到n和加的值。结合Fick第二定律(式(1-1)与氯离子的时变扩散系数(1-4)可以得到考虑时 变效应的氯离子扩散方程：aC-nt-md2c(1-6)令打二L代入(1.6)中，求解可得上式的误差函数解:C=CQU-erf(1-7)同样，1992年Tang和Nilsson阈通过不同龄期、不同水胶比的快速电迁移试验发 现早龄期混凝土的扩散系数随时间增加而急剧下降，并提出了氯离子扩散系数随时间变 化的数学表达式：n(r)=.(/)(1-8)式中，。9)表示时变扩散系数；/表示混凝土的龄期；和均为常数，其中题表示瞬时 龄期衰减系数，其值与混凝土的氯离子结合能力.有关，两者的关系式如下Ml：n=-0.45+O.664+0.02(1-9)4广西大学硕士学位论文再生混凝土 中 氯离子时变扩散规律分析及数值模拟文献【29】认为混凝土氯离子结合能力受胶凝材料种类、火山灰混合物的掺入量和水胶 比等因素影响，其取值范围为0.10.6,对于普通混凝土4=0.36。令a=t,则等式(1-8)可以改写为：0VO J(1-10)Tang网认为混凝土表观时变扩散系数Da是混凝土在整个暴露龄期内不同龄期，的 扩散系数的均值，因此几与。(，)的关系式如下：(1-11)再进一步求解可得:(1-12)式中，。表示起始暴露时间；，表示暴露时间；Do为t。时刻的扩散系数。将等式(1-12)与基于Fick第二定律的氯离子扩散方程(式(1-2)相结合，并 假定初始氯离子C为0,即可得到用于预测混凝土中氯离子时变扩散的计算模型：2000年，Bentz、Thomas】提出基于氯离子扩散作用和尸匕左第二定律的服役寿命预 测模型，即/-365TM服役寿命预测模型，该模型中认为氯离子扩散系数同时受温度和 时间的影响，并给出了受时变效应影响的扩散系数。切的表达式：(1-14)式中，。仞表示，时刻的扩散系数；加表示龄期衰减系数；表示7A(28d)时的扩散 系数，对于没有采用特殊抗腐蚀措施的OPC混凝土，。回的计算表达式如下：分=1X10 206+24。砌(胆2/$)(M5)式中，w/b为水胶比；Bentz发现该计算表达式同样适用于大体积粉煤灰混凝土。对于OPC混凝土，life-3 65模型认为其龄期衰减系数加=0.2；而对掺粉煤灰和矿粉 的矿物掺合料混凝土，加取值如下:5广西大学硕士学位论文再生混凝土中氟离子时支扩散规律分析及数值模拟w=0.20+0.40(7三三二三广)图2-4再生粗骨料颗粒级配曲线图Fig.2-4 Particle gradation curve of recycled aggregate本次试验所用RA的吸水率、表观密度和压碎指标根据混凝上用再生粗骨料（GB/T25177-2010）1用的测试方法和要求进行测定,结果如表2-3所示。表2-3天然粗骨料和再生粗骨料物理性质对比Table 2-3 Mechanical properties of coarse aggregate used in experiments粗骨料种类压碎指标（%）表观密度（kg/m3）吸水率（）再生粗骨料16.742482.613.00天然粗骨料12.582642.430.284Juan】研究发现再生粗骨料表面附着的旧砂浆是导致再生骨料吸水率增大、密度减 少、耐磨性变差的主要原因，并且再生粗骨料的旧砂浆含量与吸水率、压碎指标以及堆 积密度等技术指标存在着相关关系。因此准确测定旧砂浆含量对判断和预测再生粗骨料 的性质具有重要意义。本文通过查阅相关文献发现，目前国内外研究主要采用“稀盐 酸浸泡法”来测定再生粗骨料中的旧砂浆附着率，根据文献方法测定本次试验所用再生 粗骨料的旧砂浆附着率，其计算公式如下：19广西大学硕士学位论文再生混凝土中氟离子时变扩散规律分析及数值模拟Pm=1 xlOO%（2-1）恤式中，尸的一旧砂浆附着率（）;mo一试样烘干前的初始质量（g）;mi一经4.75mm筛筛分剩余粗骨料的质量（g）。本试验测得的再生粗骨料旧砂浆附着率为20.83%。根据混凝土用再生粗骨料（GB/T25177-2010），按再生粗骨料的技术要求,将再生粗集料分为三类，如表2-4所示。表2-4再生粗骨料的分类Table 2-4 Classification of recycled coarse aggregate项目I类II类IH类表观密度（kg/m3）245023502250吸水率（）3.05.08.0压碎指标（）1220 分液一加试剂f滴定，试验 过程如图2-14所示。试验所用仪器和试剂如下所示：(1)试验仪器：恒温水浴震荡箱、100ml量筒、250ml广口锥形瓶、中性滴定管、10ml移液枪、10ml移液管、漏斗等。(2)试验试剂：氯化钠标准溶液、15v/v%硝酸溶液、50v/v%的硝酸溶液、0.10mol/L 硝酸银溶液、0.05mol/L硫氟酸钾溶液、邻苯二甲酸二丁酯等。具体溶液配制步骤见文 献“L29广西大学硕士学位论文再生混凝土中氯离子时变扩散规律分析及数值模拟(a)振荡(b)过滤(c)分液(d)分液完成的溶液(e)加试剂(f)滴定图2-14滴定过程图Fig.2-14 Process of titrating30广酉大学硕士学位论文再生混凝土中氟离子时支扩效规律分析及数值模拟2.7小结本章为探究再生混凝土中各相材料的时变扩散规律，以浸泡龄期、矿粉掺量、天然 粗骨料和再生粗骨料为考察因素，进行了 0.45水胶比条件下不同矿粉掺量的砂浆、普通 混凝土和再生混凝土配合比设计并进行试块制备。试验测得原材料的各项主要技术指标 和新拌混凝土工作性能均满足现行规范要求。在制备好的砂浆、普通混凝土和再生混凝土试块基础上，开展了砂浆、普通混凝土 和再生混凝土长龄期自然扩散试验。然后通过钻芯取样法钻取不同浸泡龄期下砂浆、普 通混凝土和再生混凝土不同扩散深度的粉末样品，并用改进佛尔哈德法进行滴定及计算 总氯离子的含量。31广西大学硕士学位论文再生混凝土中氯离子时变扩散规律分析及数值模拟第三章砂浆、普通混凝土和再生混凝土氯离子渗透性能及龄期衰 减系数分析3.1 引言本章对3种不同矿粉掺量下的砂浆、普通混凝土和再生混凝土自然扩散对比试验结 果进行分析，研究了矿粉掺量、浸泡时间、天然粗骨料、再生粗骨料对氯离子渗透性能 的影响，并通过分析总结现有的表观时变扩散模型与瞬时时变扩散模型，以及两者之间 的转换关系，利用不同浸泡龄期砂浆、普通混凝土和再生混凝土的自然扩散试验数据研 究矿粉掺量、天然粗骨料和再生粗骨料对表观龄期衰减系数和瞬时龄期衰减系数的影响。并基于计算得到的表观扩散系数和表观龄期衰减系数建立表观时变扩散模型和由瞬时 扩散系数和瞬时龄期衰减系数建立瞬时时变扩散模型，并将模型解析解与自然扩散试验 数据进行对比分析。3.2 砂浆、普通混凝土和再生混凝土中氯离子渗透性能对比分析3.2.1 矿粉掺量对氯离子渗透性能的影响张建四通过再生混凝土 RCM试验发现，在再生混凝土中掺入8%的超细矿粉能够 明显降低再生混凝土的渗透系数（降低量为50%）,提高再生混凝土的抗渗性。GaoS 通过微观分析试验（XRD、S EM）对不同矿粉掺量下混凝土界面过渡区（ITZ）的微观 结构进行分析，结果表明矿粉的掺入能够显著减少混凝土内部Ca（OH）2晶体的含量和平 均尺寸，增强ITZ微观结构的致密性，提高混凝土的强度及抗渗性能。S adok网通过长 期自然扩散试验（360d）对不同养护龄期和不同矿粉掺量的砂浆进行抗氯离子渗透性能 研究，结果表明，经养护90d后，掺30%矿粉砂浆的氯离子渗透时间比标准砂浆短但扩 散系数没有明显差异，然而，矿粉掺量为50%砂浆的氯离子渗透时间和扩散系数呈现明 显降低趋势。已有研究表明，矿物掺合料的微集料填充效应和二次水化反应能够有效改 善再生混凝土内部微孔隙结构，提高密实度，进而提高再生混凝土的抗氯离子渗透性能。本试验采用矿粉作为矿物掺合料，以此改善再生混凝土的抗氯离子渗透性能。图3-1图3-3表示各浸泡龄期下不同矿粉掺量的砂浆、普通混凝土和再生混凝土的 总氯离子浓度随深度变化图。“Test data S-0%-30表示浸泡龄期为30d,矿粉掺量为 0%的砂浆试验数据，“Test data NA-0%-30”表示浸泡龄期为30d,矿粉掺量为0%的 普通混凝土试验数据，“Test data RA-0%-30”表示浸泡龄期为30d,矿粉掺量为0%的32广西大学硕士学位论文再生混凝土中氯离子时变扩效规律分析及数值模拟再生混凝土试验数据，“Fitted curve S-0%-30”表示基于Fick第二定律拟合得到浸泡时 间为30d,矿粉掺量为0%的砂浆的氯离子浓度曲线，其他依次类推。2eoco 二2二5。=0。？0-卢)Test dat a S-Oo-3UO Test dat a S-30 o-300 Test dat a S-6()。o-30-Fit t ed c urve S-Oo-3OFit t ed c urve S-3()0o-3O1 Fil l ed c urve S-6Oo-?O%,/)二以2x/!：nrw/mw中2 8 6 4 2 1 8 6(00=)=一匚=一。匚0。PZC.-二)040?20 251()152l)c pih(mm)(a)浸泡30d砂浆试块(b)浸泡60d砂浆试(0。三0一三=5?一0。弓0丁-)(c)浸泡180d砂浆试块图3-1不同浸泡龄期下砂浆中总氯离子随深度变化国Fig.3-1 Variation of total chloride depth in mortar at different immersing days33广西大学硕士学位论文再生混凝土中氯肉子时变扩散规律分析及数值模拟2 8 6 4 2-86 1110.0()U2=SUOJUP_O-F)Dept h(mm)2 8 6 4 2 1 8 6(I三 mcoouooup 匚 01u0 5 10 15 20 25Dept h(mm)o(b)浸泡60d普通混凝土试块(a)浸泡30d普通混凝土试块F=5=S=5OU(UP-L-，)(c)浸泡180d普通混凝土试块图3-2不同浸泡龄期下普通混凝土中总氯离子随深度变化图Fig.3-2 Variation of total chloride depth in ordinary concrete at different immersing days34广西大学硕士学位论文再生混凝土中氯南子时变扩效规律分析及数值模拟6 4.2-8 6(太。UC-H=5OUC。OPL_C-L-J0210 15 20 25l)c pih(mm)2 864.2I 8 6 4()uo 二 mNOO OPZOF)Test dat a R A-0o-60O Test dat a RA-30o-60 0 Test dat a RA-60o-60-1 it t ed c urve RA-0o-60-Fit t ed c iire RA-30b-60-Fit t ed c ure R.-60o-60-O.4831x103.1623x1()板3.3921x1()(a)浸泡