横向弯曲裂缝对混凝土内氯离子侵蚀作用的影响.pdf

第 3 5卷第 6 期 2 0 1 3年 1 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l ，Ar c h i t e c t u r a l En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo l _ 3 5 N o 6 De c 20 1 3 d o i ： 1 0 1 1 8 3 5 i i s s n 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 3 0 6 0 1 9 横 向弯 曲裂缝对混凝土 内氯离子侵蚀作用的影响 陆春华 ， 张邵峰 ， 刘荣桂 ， 崔钊玮 ( 江 苏大学 土木工程与力 学学院 ， 江苏 镇江 2 1 2 0 1 3 ) 摘 要 ： 分析 了横 向开 裂混凝 土 内氯 离子的侵入 机 理及 其主要 影 响 因素 ， 建立 了基 于双 重 孔 隙介质 模型的修正 F i c k定律氯离子扩散模型。 并对持续加载下的开裂钢筋混凝土粱构件进行 了氯盐干湿 循 环侵 蚀试 验 。试 验采 用 浓度 为 5 的 Na C 1 溶 液 ， 在 进行 1 5个于湿 循环后 ， 借 助 快速 氯 离子 含 量 检 测 RCT( Ra p i d C h l o r i d e Te s t i n g ) 法 ， 对各 裂缝 处不 同深 度 的氯 离子含 量进 行 了测 定 。试 验 结果 表 明 ： 1 ) 干 湿循环侵 蚀作 用 下 ， 开 裂混 凝 土表 层 0 2 O mi l l 范 围 内氯 离子 含 量 出现 峰 值 ， 故 可取 表 层 对 流 区深 度 为 l 5 2 0 mm 左右 ； 2 ) 当表 面裂 缝 宽度 小 于 0 3 mm 时 ， 等效 氯 离子 扩散 系数平稳 增 大 ， 模 型的预 测精度 较 高 ； 当裂缝 宽度 大于 0 3 ml- i i 后 ， 等 效氯 离子 扩散 系数 快 速增 大 ， 氯 离子侵 入 受对流作 用的影响加大； 3 ) 受弯开裂混凝 土等效氯 离子扩散 系数 的劣化 因子与裂缝宽度有直接 关 系， 建议 采 用二 次幂 函数 或分段 函数 来进 行描述 。 关 键词 ： 钢 筋混凝 土 ； 受 弯裂缝 宽度 ； 干 湿循环 ； 等 效氯 离子扩散 系数 中图分 类号 ： T U5 2 8 1 文献标 志码 ： A 文章 编 号 ： l 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 1 2 4 0 7 I nf l u e n c e o f Tr a ns v e r s e Fl e x u r a l Cr a c k o n Chl o r i d e Pe ne t r a t i o n i n Co nc r e t e Lu Ch u n h u e，Zh a n g Sh ao f e n g，L i u Ro n g g u i ，Cu i Zh ao we i ( F a c u l t y o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Me c h a n i c s ，J i a n g s u Un i v e r s i t y ，Z h e n j i a n g 2 1 2 0 1 3，J i a n g s u ， Ab s t r a c t ： Th e me c h a n i s m f o r c h l o r i d e p e n e t r a t i o n i n c r a c k e d c o n c r e t e a n d i t s ma i o r i mp a c t f a c t o r s we r e a na l y z e d As a r e s u l t ， a r e v i s e d c hl o r i d e di f f u s i on mo de 1 ba s e d on Fi c k s La w wa s bui l t b y du a l po r ou s me d i u m mod e 1 The n s e v e r a l c r a c ke d r e i nf o r c e d c o nc r e t e be a ms s e l f a nc ho r e d wi t h s us t a i ne d f l e x ur a 1l o a d s we r e i mm e r s e d i 1 1 t h e 5 Na Cl s o l ut i o n wi t h t he c o nd i t i o n o f d r y we t c y c l e s Af t e r 1 5 t i m e s o f d r y w e t c y c l e s ， t he r a pi d c hl o r i de t e s t i ng ( RCT ) wa s us e d f or t he de t e r mi na t i o n o f c hl o r i d e i o n c o nt e n t o f t he p o wde r a t e a c h c r a c k e d s e c t i o ns The t e s t r e s u l t s s h ow t ha t ：1 )wi t h t he c o n di t i o n o f dr y we t c y c l e s，t h e c hl o r i d e c o nt e nt wi l I oc c u r a pe a k i n t he s ur f a c e 2 0mm c o nc r e t e ，s o t h e d e pt h f or s ur f a c e c onv e c t i o n z o ne c a n b e a s s ume d t o be 1 5 2O m m ；2) whe n t he c r a c k wi d t h i s l e s s t ha n 03 mm ， t he e q u i v a l e nt c hl o r i d e d i f f us i o n c o e f f i c i e nt i nc r e a s e s s t e a d i l y，whi c h a g r e e s we l l wi t h m o de l s pr e d i c t i o n；whe n t he c r a c k wi d t h i s l a r g e r t ha n 03 ra m ， t h e e qu i v a l e n t c hl o r i d e d i f f us i o n c o e f f i c i e nt a u g m e nt s r a pi d l y a nd i nf l u e n c e o f c o nv e c t i o n o n c hl or i d e pe ne t r a t i o n b e c o m e s mor e s i gn i f i c a n t ； 3) t h e de t e r i or a t i on f a c t o r f o r e qu i v a l e n t c h l o r i d e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t i n f l e x u r a l c r a c k e d c o n c r e t e i s d i r e c t l y c o r r e l a t i v e wi t h c r a c k wi d t hwh i c h c a n b e e xp r e s s e d b y s e c on d o r d e r po we r f u nc t i o n o r s e pa r a t e f u nc t i o n Ke y wo r ds ： r e i n f o r c e d c on c r e t e；f l e xu r a l c r a c k wi d t h；dr y we t c yc l e；e qu i v a l e nt c hl o r i d e d i f f us i o n c o e f f i c i e nt 收 稿 日期 ： 2 0 1 3 0 3 2 o 基金项 目： 国家 自然科学基金 ( 5 0 9 0 8 1 0 3 、 5 1 2 7 8 2 3 0 、 5 l 3 7 8 2 4 1 ) ；中国博士后科学基金 ( 2 0 1 2 M5 l 1 2 1 5 ) ；江苏大学 高级 专 业人才科研基金 ( 1 1 J D G1 3 2 )；高性能土木工程 材料国家重点实验 室开放项 目( 2 0 l 1 C E M0 1 0 ) ； 教育部博 士点 基 金 ( 2 0 1 2 3 2 2 7 1 1 0 0 0 6 ) 作者简介 ： 陆春华 ( 1 9 7 9 一 ) 男 ， 博士 ， 主要从事混凝土结构耐 久性研究 ， ( E ma i l ) l c h 7 9 u j s e d u c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 陆春 华 ， 等 ： 横 向 弯曲裂缝 对 混凝 土 内氯 离子 侵蚀 作 用的影 响 沿 海混凝 土结 构在 服役 期 间面 临着 各 种耐 久 性 问题 ， 其 中氯离子侵蚀造成 的钢筋锈蚀及混凝土保 护 层开 裂 问 题 最 为严 重 ， 不 容 忽 视_ 1 j 。与此 同 时 ， 服役 中的混凝土结构 ， 在使用荷载、 环境等因素的共 同作用下， 通常都是带裂缝工作的； 规范规定的裂缝 宽 度 限 值 通 常 在 0 1 mm ( C E B F I P Mo d e l C o d e 1 9 9 0 ) 到 0 4 mm( ACI Co mmi t t e e 2 2 2 ) 之 间 j 。因 此 ， 研 究荷 载作 用 下 裂 缝 对氯 离 子 在 混 凝 土 结 构 中 输 运产 生 的影 响是很 有必 要 的 一 。 关 于裂 缝对 混 凝 土 渗 透 性 能 的 影 响 ， 一 些 学 者 对 此 进 行 了 一 定 的 试 验 研 究 。D j e r b i 等 、 I s ma i l 等 、 J a n g等 将圆柱体 昆凝土( 或砂浆) 试件横 向 加 载 产生 劈裂 裂 缝 后 进 行 氯 离 子 渗透 扩散 性 能 试 验研 究 ， 发 现裂 缝 对 混 凝 土 内氯 离 子扩 散性 能 的影 响 随着裂 缝 宽度 的变 化 而 变化 ， 并 给 出 了氯 离子 扩 散系数与裂缝宽度之间的定量关系。金祖权等 、 Kwo n等 l 1 。 研究 了早 期 收缩裂 缝对 混凝 土 氯离 子 的 渗透 性 能的影 响 ， 得 出裂 缝 处 的 氯 离 子 含 量 以及 对 应 的扩 散系数 随裂 缝 宽 度 增 加 而呈 二 次 函数 增 大 。 I s h i d a等口 提出了开裂混凝土氯离子扩散性能的计 算 模 型 ， 并 采用 有 限元程 序对 模 型的适 用 性 ( 主要 针 对 预 制裂 缝 ) 进 行 了验证 分析 。以上 研 究 主要 针 对 的是 一类 贯穿 裂 缝 ( 如 劈 裂 裂 缝 、 收 缩 裂 缝 、 预 制裂 缝等) ， 而对横 向受弯裂缝( 梁构件主要受力裂缝 ) 的 研究 并 不 多 。Go wr i p a l a n等口 通 过 三 点 受 弯 加 载 试验使梁构件产生横向受弯裂缝 ， 研究 了受压区、 受 拉 区 以及 裂缝 位 置 处 的 氯 离 子扩 散 系 数 的差 异 ， 发 现裂缝处的“ 等效氯离子扩散系数” 最大 ， 并建议用 比值 砌 c ( 裂缝宽度 保护层厚度) 作为评价开裂混 凝 土结构 耐 久性 的重 要 参 数 。但 是 ， 文 献 1 2 也 同 时指出， 裂缝处的氯离子侵入过程及 其相应 的计算 模型仍有待于进一步研究。 本文对持续加载开裂状态下钢筋混凝土梁构件 进行 了盐溶液干湿循环试验 ， 研究了裂缝截面处 的 氯 离子 侵蚀 分布 规 律 ， 建 立 了考 虑 裂 缝 宽 度影 响 的 等效氯离子扩散系数的计算模型 。 1 模型的建立 1 1 完 好混 凝土 内氯 离子侵 入 分析 完好状态下的混凝土结构 中， 氯 离子的侵入过 程是从混凝 土表面 向孔 隙渗透 ， 再 由孔 隙向钢筋渗 透的模式口 引。当混凝土孔隙处于饱和状态 时， 氯离 子的侵入主要是 内外浓度差引起 的扩散过程口 ， 一 般采用 F i c k第二定律来进行描述； 当考虑混凝土的 氯离子结合效应时， 其表达式为 ： 一 f D( ) 掣 1 ( 1 ) 式 中 ： C 、 C 分 别 为 总 氯 离 子 浓 度 和 自 由氯 离 子 浓 度 ( 按混凝 土 质量 的百分 数表 示 ) ， C 一 ( 1 + R) C ； R为 混凝 土氯 离子 结 合 能力 ， 与组 成材 料 有 关。 D( )为时变氯离子扩散系数 ， 可采用式( 2 ) 计算 。 D( t ) 一D r e ( ) ( 2 ) 式 中 ： D耐为 参 考 龄期 t 对 应 时 刻 的氯 离 子 扩 散 系 数 ( 通 常取 t 一2 8 d ) ； m 为龄期 指数 ， 一般 认为 与胶 凝 材 料有关 。 对于干湿侵蚀区域， 一般认为混凝土表层存在 一 个对流区域 ； 而在对流区以内， 氯离子侵入则以扩 散为主_ l 。当假定表层氯 离子浓度 c 恒定时， 式 ( 1 ) 的数学 解析 式 为 ： Cf ( z， )一 C。+ ( C 一 ) l 1 一。 _- 1 I ( 3 ) L 2 ( 1 +R ) 一 D t_ 式 中 ： C ( ， ) 为 t 时刻距 混 凝 土 表面 z 处 的 自由氯 离子 浓度 ； C 。为混 凝 土 内初始 氯 离子 浓度 ； z为 表 层对 流 区深度 ； e r r 为误 差 函数 ； D 为平 均 ( 表 观 ) 氯 离子 扩散 系数 ； 一般 认 为混 凝 土龄 期 达 到 3 O a后其 氯离 子扩 散 系数 可 近 似认 为 恒 定 ， 此 时 D 可 按 式 ( 4 ) 计算 ： f ( 1 ( 3 0 ) D 一 I D rd ( ) ( ) c 3 0 a ( 4) 1 2开 裂混 凝土 内氯 离子侵 入分 析 开裂 混凝 土 内的氯 离子侵 入方 式 与完 好混 凝 土 内的侵入方式有所不同， 除去环境条件 因素外 ， 主要 受到混凝土材料 自身的影 响， 具体体现在 以下 3个 方面： 1 ) 裂缝的存在破坏了混凝土的完整性， 将为氯 离 子 的侵 入提 供 了一 个理 想 通 道 ， 侵 入 方 式 由原来 的以扩散 为 主转 变 成 扩散 、 对 流 以及 毛 细 作 用 等综 合 的输运 模式 ， 并 受 到 裂 缝 开 展参 数 ( 表 面 宽 度 、 深 度以及开裂路径等) 的综合影响； 2 ) 裂缝 的存在也加 快了水分的渗入 ， 可使周 围混凝土 的水化作用更加 充分 ， 其产物将填充一部分裂缝空间( 裂缝 自愈合效 应) ， 对氯 离子 的侵 入有 一 定 的阻 碍 作 用 ； 3 ) 构 件 开裂 后 ， 裂 缝周 围的混凝 土将 回缩 ， 同 时拉 应力 减小 ( 靠近裂缝处的混凝土拉应力为零) ， 可使该处混凝 土的抗渗性能有所提高。 对于裂缝宽度的影响， 文献 6 8 通过对横 向劈 裂的圆柱体试件进行氯离子渗透 扩散试验研究后 发现 ， 当裂缝宽度小于某一范围内时， 其对混凝土的 氯离 子渗 透性 能几乎 没有 影 响 ， 并将 该值 称 为 “ 临界 裂缝 宽度 ” ， 一 般在 5 0 7 0 m 之 间 ； 随着 裂 缝 宽度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 陆春 华 ， 等 ： 横 向弯 曲裂缝 对混 凝 土 内氯 离子侵 蚀作 用 的影响 2 3干 湿循环 试 验 试验前， 将梁的 2个侧 面和受压底 面用环氧树 脂进 行封 闭 ， 以保 证 氯 离 子 沿 受 拉 开裂 面 ( 侵 蚀 面 ) 侵入 。随后 将 两 两 自锚 的试 验 梁 放 人 质 量 分 数 为 5 的 Na C 1 溶液中， 进行干湿循环试验 ， 见 图 4 。每 个干湿循环周期为 1 4 d ， 干湿 比例 为 1：1 ， 以模拟 沿海 混 凝土结 构 侵蚀 最严重 的干湿交 替 区域 。 图 4置于浸泡池中的 自锚梁 经过 1 5 个干湿循环后， 将试验梁取出 ， 置于干 燥 处 晾 干 1周 。随 后 采用 直 径 为 1 6 mm 的 冲击 钻 在裂缝 处沿 深度 方 向进行 钻孔 取粉 ， 具 体 方法 为 ： 前 2 O mm 每 隔 5 mlT l 取 1 次 粉样 ， 之 后 每隔 1 0 I T l m 取 1 次 粉样 ， 直 至 6 0 mm 处 ( 试 验梁 中 的裂缝深 度 均接 近或超 过 6 0 ram) 。然后 将 颗 粒 状 粉 样 研磨 成 粉 末 状 、 烘 干 ； 分 成 2份 ， 每 份 取 1 5 g分 别 用 去 离子 水 和蒸 馏 水 萃 取 ， 摇 匀 后静 置 2 4 h ， 用 标 定 过 的 R C T ( R a p i d C h l o r i d e Te s t i n g ) 测 定 各 自的 电 位 ， 并 求 得 相应的总氯离子和 自由氯离子质量分数 。 对 于 试 验 梁 ，由 于 裂 缝 间 距 较 大 ( i 0 0 1 5 O mm左右) ， 可以忽略裂缝 间氯离子侵蚀 的相互 影 响 。另 外 ， 在 试 验 过 程 中， 由于 锚 杆 松 弛 、 混 凝 土 收缩等因素可能导致 裂缝宽度和深度有所变化 ； 因 此 ， 试验中我们通过监测锚杆应力 以及定期检测构 件表 面裂缝 宽 度 来 实 时监 控 裂 缝 开 展 参 数 的变 化 。 从监测结果来看 ， 锚杆应力有所降低 ， 但主要裂缝 的 宽度和深度变化不大 ， 这可能是试验周期相对较短 ( 共 2 1 0 d左右) ， 远没有实际长期作用的影 响明显 ， 故 在本 文 中没有 考虑 裂缝 宽度 和深 度 的变 化 对试 验 结 果 的影 响 。 3结果与分析 3 I氯 离子含 量分 析 经 计算 ， 各 试验 梁 裂 缝 处 不 同深 度 的 自由氯 离 子含量如图 5所示( C 1 1 试件 中的号裂缝在箍筋 处 ， 未 进行 取 粉) 。考 虑 到 裂 缝 宽 度 的 影 响 ， 分 别 将 其 划分 为 0 1 0 2 、 0 2 0 3 、 0 3 0 4以及 0 4 0 5 mm 4个 区段进 行分 析 。 从 图 5中 可 以 看 出 以 下 两 点 ： 1 ) 在 表 层 0 2 0 mm范围内， 自由氯离子含量会 出现一个峰值 ， 随 皿 蜊 把 谴 埔 丑 皿 深度 mm 注： 一w= 0 mm+w= 0 1 2 5 mm +w= O 1 2 7 mm f a 1 w= 0 1 02 mil l 撬 深度 ram 注： + 一= ( ) mm w= 0 2 4 3mm +w = 0 2 8 6i n ff l f b 1 w= O 2 - 0 3 ll l m 抽 褪 皿 深度 ram 注： +w= O n lm- _ 口 一w= O 3 2 4mlT l +w= 0 _3 6 7mm f c ) w= O 3 - 0 4 n l m 深度ram 注：+ 卸 r rm- 一w= n4 4 5I lm +w = 0 4 7 6 m i l l ( d ) w -O 4 - O 5 ra i n 图 5 裂缝处 自由氯离子含量随深度的变化情况 后氯离 子含 量 随深 度 增 加 而逐 渐 降低 ； 这 与本 文采 用的干湿侵蚀方式有关 、 也是符 合实际情况 的。已 有研究 及 现场检 测 结果 均 表 明L 1 ， 海水 干 湿 交替 作 用主要 影 响混凝 土 表层 ， 即在 表 层 混 凝 土 内 氯离 子 的侵入受对流作用 比较 明显， 进而影响表层 氯离子 浓 度 以及 氯 离子 扩 散 系 数 。2 ) 在 Z O 6 O mi l l 深 度 内， 当裂缝宽度 训小于 0 3 mm 时( 图 5 ( a ) 、 ( h ) ) ， 同一裂缝处的氯离子含量随深度增 大而逐渐降低 ， 相 同深 度处 的氯 离子含 量 随裂缝 宽度 的增大 而 略有 增 大 ； 当 裂 缝 宽 度 训 大 于 0 3 mm 时 ( 图 5 ( c ) 、 ( d ) ) ， 氯离子含量随深度增大时下降不多 ， 有的还出 现 了略有提高的情况 ， 这说明当弯曲裂缝 的宽度和 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 8 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 5 卷 深 度较 大 时 ， 裂 缝 处 的氯 离 子 侵 入受 对 流等 作 用 的 影 响也 会变 大 。 此 外 ， 通 过将 总 氯 离 子 含 量 与 自由氯 离 子 含 量 进 行 比较分 析 。 得 出本 试 验 混 凝 土 的氯 离 子 结 合 能 力系数 R在 0 。 8 1 1之间 ， 为方便计 算 ， 此处取 R一 1 0。 3 2表层对 流 区深度 如前所述 ， 在盐溶液干湿交替作用下 ， 混凝土表 层存在一个对流区域 ， 在该区域以内氯离子 的侵入 则 以扩 散 为主 ( 见式 ( 3 ) ) 。关 于 对流 区深 度 ， 一 些学者已有一定研究 ， 如欧盟 Du r a C r e t e 研究项 目 认为 正 常 情 况 下 混 凝 土 表 层 对 流 区 深 度 为 1 4 mm 1 阳； 金伟 良等口 通 过 对海水 干 湿 区构 件 的氯 离子 含 量 现 场 检 测 分 析 ， 得 出 对 流 层 深 度 为 8 l o mm。 从 本 文的 实测结 果 图 5中可 以看 出 ， 对 于开 裂混凝土的氯离子侵入 ， 其表层 同样存在一个对流 区， 但是对流区深度与构件表面 的裂缝宽度 大小有 关 ； 当裂 缝宽度 叫 小 于 0 3 mm 时 ， 对 流 区深 度 可 取为 1 5 i -i l m， 当裂 缝 宽度 叫 大 于 0 3 mm 时 ， 对 流 区深度 可 取为 2 0 1 T i m。 3 3等 效氯 离子 扩散 系数 结合 图 5 ， 选 取侵 入 深 度 在 1 5 6 0 I n 17 1 范 围 内 的试 验 结 果 ， 用公 式 ( 3 ) 进 行 拟 合 ( 当 叫 0 3 mr n 时 ，位取 2 0 mm) 。 从而得到不同裂缝处混凝土的等效氯离子 扩散系数 D这里 ， 借 助 Ma t l a b软件工具箱进行 拟合 ， 相 关 结果见 表 3 。 图 6给 出表面 裂缝 宽 度 叫 与 劣化 因子 愚 之 间 的变化 关 系 。从 表 3和 图 6中可 以看 出 ， 当裂 缝 宽 度 o 3 2 4 mm时， 劣化因子 尼 平稳增大， 等效扩 散系数是完好混凝 土的 2 2倍以内， 拟合精度较高 ； 当裂 缝宽 度 在 0 3 6 7 0 4 7 6 mit t 范 围 内时 ， 劣化 因子 le 迅 速增 大 ， 最大 等效扩 散 系数达 到完好 混凝 土的 8 9 倍 ， 拟合 精度有 所下 降 。 表 3 不同宽度裂缝处等效 氯离子扩散 系数及劣化 因子 裂 譬 宽 度 D q ( 1 O s s E R 叫 m l i l m m s ) 裂缝宽度wl mm 注： 试验数据 文献 1 O 】 二次幂函数 一 四次幂函数 一 指数函数 分段函数 图 6不 同函 数 模 型 的 拟 合 结 果 表 4各拟合模型的具体参数 从 图 6和 表 4可 以得 出以下 结论 ： 1 ) 从拟 合 精 度来看 ， 幂函数的拟合结果要优于指数函数 ， 并且四 次幂 函数的拟合精度最高， 其次是二次幂 函数。2 ) 对 于二 次幂 函数 ， 文献 E l o 给 出 的计 算 模 型 与 本 试 验数据 在变 化趋 势 上 是 一致 的 ， 但 与本 文 给 出的 二 次幂 函数相 比， 其对应误差平方和 S S E较 大， 其 中 的原因与裂缝类型不 同有关 。文献 1 O 针对的是混 凝 土水化 热和 干 缩 引起 的早 期裂 缝 ， 这种 裂 缝 一 般 ； 分 ， 疑 发 列曲 一 合 T A t -：= 一 j有 、 拄 害立 一 I、 以 手 儿 一 f z 勇 避 要勺 。 一 龇 关行 挞鸭 啪 一 系 均进 系 0 0 一 定 女 J 一 K 一一一一一一一一一一 一一一一一一一一 吼 舰 城 一一一一一一一一一 一一一一一一一一 一 旧 文 姓 勘 蝎粥 玎 一 应 一一一一一一一一一一一 一一一一一一一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第6 期 陆春华， 等 ： 横向弯曲裂缝对混凝土内氯离子侵蚀作 用的影响 1 2 9 由 内部 扩展 至表 面 ， 是一 种贯 穿裂 缝 ； 而本 文 试 验考 虑的是弯曲裂缝 ， 是一种表面较宽而逐渐变小 、 直至 闭合 的裂缝 ( 见 图 1 ( a ) ) ； 因此 ， 对 于 表 面 裂 缝 宽 度 相 同的两 种裂 缝 ， 早 期 裂 缝 对 氯 离 子扩 散 过 程 的影 响肯定要大于弯 曲裂缝 ， 从而导致文献 1 0 模型的 计算结果要明显大于本文的试验结果。3 ) 综合分析 本文试验和文献 E l O 的实测结果 ， 可 以初步推断开 裂混 凝 土等效 氯 离 子 扩散 系数 的劣 化 因子 k 与其 裂缝开展宽度 硼有直接关系 ， 并可 以近似地采用裂 缝宽 度 的幂 函数来 进行 描述 。4 ) 虽然 四次幂 函数 的 拟合结果是所选模型中精度最高 、 最为理想的 ， 但其 表达式较为复杂 ， 不利于实 际工程 的应用计算 。因 此 ， 综 合 考虑模 型 精度及 实 际应用 的方 便 ， 当表 面 裂 缝宽度大于 0 1 mm 时， 建议采用二次幂函数模型 来 分析 弯 曲裂 缝 对 混 凝 土 氯 离 子 扩 散 系数 的影 响 ； 此 时 ， 开 裂混 凝土 内氯 离 子 的 侵 入 行 为仍 可 以 用 式 ( 6 ) 来进行分析， 其等效氯离子扩散系数具体表达式 为 ： D 。一愚 D 一( 4 7 1 8 w 一 8 1 8 w + 1 ) D ( 砌 0 1 mit t ) ( 8 ) 此外 ， 考 虑到 计算公 式 的完 整性 ， 需 要 增加 裂 缝 宽度 小 于 0 1 F i l m 的 情 况 。如 前 所述 ， 裂 缝 对 混 凝 土氯离子扩散性 能的影响存在着一个 “ 临界裂缝宽 度 ” ， 这里 初 步取 为 0 0 5 mi l l ； 与此 同时 ， 结 合 表 3和图 6中的分析结果 ， 本文认为用分段 函数来 描述表面裂缝宽度 叫 与劣化因子 k 之问的变化关 系也是可 取的、 实用 的， 第 2个分 段裂缝宽度 取为 0 3 mm( 见式( 9 ) ) ， 相应的曲线 同样见图 6 。 f 1 ， ( 砌 0 0 5 ram) 是 w一 4 4 0 w 0 7 8 ， ( o 0 5 mm 训 0 3 mm) l 3 9 0 w一 9 6， ( O 3 mm 硼 0 5 mm) ( 9 ) 4 结论 1 ) 对 于受 弯 开 裂 的混 凝 土 构 件 ， 氯 离 子 在裂 缝 处 的侵 入过 程 可 以 采 用 修 正 的 F i c k第 二 定 律来 进 行描 述 ； 试 验 结 果 表 明 ， 当表 面 裂 缝 宽 度 在 0 1 0 3 ml T l 内时 ， 修正模型的预测结果十分理想。 2 ) 在氯盐干湿交替侵蚀作用下 ， 开裂混凝 土的 表层同样存 在一 个对 流 区； 当表面 裂缝 宽度 小 于 0 3 mr n时 ， 表 面对 流 区深 度 可 取 为 1 5 mil l ； 当 裂缝 宽度 大 于 0 3 I n m 后 ， 对流 区深 度增 大至 2 0 iT i m， 且 氯离子侵入受对流作用的影响变大。 3 ) 受弯开裂混凝土等效氯离子扩散系数的劣化 因子可采用裂缝宽度的幂函数来进行描述 ( 文中给 出了二次幂函数式( 8 ) 和分段函数式( 9 ) 两种模型) ， 并呈 现 出 如 下 特 点 ： 当 表 面 裂 缝 宽 度 在 0 1 0 3 mm内时 ， 等效 氯离 子 扩 散 系数 增 长 较 平 稳 ； 当 裂缝宽度大于 0 3 mi l l ， 该值快速增大。 4 ) 影响氯离子在混凝土 内传输的因素较 多， 除 了荷载和侵蚀 条件外 ， 还 有混凝土配合 比、 养 护条 件 、 环境温湿度以及环境氯化物浓度等。此外 ， 在长 期荷载作用下 ， 横 向裂缝开展宽度与深度会不断发 生变化 ， 再加上裂缝 自愈合效应的影响， 实际氯离子 的侵蚀作用是一个时变的复杂过程 ， 相关 内容有待 于进 一步 的深 入研 究 。 参 考文 献 ： 1 金伟 良， 袁迎曙 ， 卫军 ， 等 氯盐 环境下混 凝土结 构耐久 性 理论 与设计方 法E M 北京 ： 科学 出版社 ， 2 0 1 1 2 吴瑾 ， 吴胜 兴 氯 离子环境下 钢筋混凝土结 构耐久性寿 命评估 J 土木工程学报 ， 2 0 0 5 ， 3 8 ( 2 ) ： 5 9 6 3 W u J，W u S XDu r a b i l i t y a s s e s s me n t f o r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s i n c h l o r i d e e n v i r o n me n t J C h i n a Ci v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ，2 0 0 5 ，3 8 ( 2 )： 5 9 6 3 3 延永东 ， 金伟 良， 王海龙 饱和状态下开裂混凝土内的氯 离子输 运 J 浙 江 大学 学 报 ： 工学 版 ， 2 0 1 1 ， 4 5 ( 1 2 ) ： 21 27 21 33 Ya n Y D，J i n W L，Wa n g H LC h l o r i d e i n g r e s s i o n i n c r a c k e d c o n c r e t e u n d e r s a t u r a t e d s t a t e J J o u r n a l o f Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ：En g i n e e r i n g S c i e n c e ， 2 0 1 1， 4 5 ( 1 2)：2 12 7 - 21 33 4 Wa n g H L， L u C H， J i n W L， e t a 1 E f f e c t o f e x t e r n a l l o a d s o n c h l o r i d e t r a n s p o r t i n c o n c r e t e J J o u r n a l o f M a t e r i a l s i n Ci v i l En g i n e e r i n g， 2 0 1 1 ， 2 3( 7) ： 1 0 4 3 - 1O 49 5 Wi n P P ， Wa t a n a h e M， Ma c h i d a AP e n e t r a t i o n p r o f i l e o f c h l o r i d e i o n i n c r a c k e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e J Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h，2 0 0 4，3 4( 8) ：1 0 7 3 1 07 9 6 D j e r b i A，B o n n e t S ，Kh e l i d j A，e t a 1 I n f l u e n c e o f t r a v e r s i n g c r a c k o n c h l o r i d e d i f f u s i o n i n t o c o n c r e t e E J Ce me n t a nd Con c r e t e Res e a r c h，2 0 08，3 8( 6)： 87 7 883 7 I s ma i l M， To u mi A， F r a n c o i s R，e t a 1 E f f e c t o f c r a c k op e ni ng on t h e l o c a l di f f us i o n o f c hl or i de i n c r a c ke d mo r t a r s a mp l e s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 8，3 8( 8 9 )：1 1 O 6 1 1 1 1 8 J a n g S Y， Ki mb B S