高性能混凝土的氯离子扩散及服役寿命研究.pdf

第 1 3 卷第 2期 2 0 1 0年 4月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG M ATERI AL S Vo 1 1 3 ，NO 2 Ap r ， 2 01 0 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 2 2 2 0 7 高性能混凝土的氯离子扩散及服役寿命研究 陈 正 ， 杨绿峰 ， 冯庆革 ， 刘鸿亮 ， 王 赕 ( 1 广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室， 广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ； 2 广 西大学 土木建 筑工 程学 院 ， 广西 南 宁 5 3 0 0 0 4 ) 摘要 ： 通 过快速 氯 离子扩散 试验 测试 了不 同矿 物掺 和 料 高性 能混 凝 土和 普 通混 凝 土的 电通 量 ， 分 析计算了氯 离子扩散 系数和钢筋锈蚀的临界氯 离子浓度； 利用边界元法计算 了普通混凝土和 高性 能混凝土的服役寿命 结果表 明： 基 于边界元法的氯 离子扩散场计算长度理论及数值分析模型能很 好预测混凝土的服役寿命 三掺粉煤灰、 硅灰和矿渣高性能混凝土其耐久性优 于单掺粉煤灰高性能 混凝土， 具有最佳抗氯 离子扩散能力 关键 词 ：混凝 土 ；高性 能 ；边界元 ； 氯 离子 中图分类号 ： T U5 2 8 0 7 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 2 0 1 8 S t u d y o f Ch l o r i d e Di f f u s i o n o f Hi - pe r f o r ma nc e Co nc r e t e a nd I t s S e r v i c e Li f e b y t h e Bo u nd a r y El e m e n t M e t ho d CHEN Zh e n g ， Y _ANG Li i 一 n g ， FENG Qi n g g 8 ， L儿， Ho n g l i a n g ， WANG 。 ( 1 Ke y L a b o r a t o r y o f Di s a s t e r Pr e v e n t io n a n d S t r u c t u r a l S a f e t y ，Gu a n g x i Un i v e r s i t y ，Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n，Na n n i n g 5 3 0 0 0 4 ，Ch i n a；2 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ，Gu a n g x i Un i v e r s i t y ，Na n n i n g 5 3 0 0 0 4，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e e l e c t r i c f l u x o f h i g h - p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ( HPC)wi t h f l y a s h，b l a s t f u r n a c e s l a g a n d s i l i c a f u me a n d n o r ma l c o n c r e t e ( NC)we r e t e s t e d b y u s i n g AS TM C1 2 0 2， t h e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t a n d t h r e s h o l d v a l ue o f c hl o r i d e f or t h e c or r o s i o n o f s t e e l ba r we r e a n a l y z e d a nd c a l c ul a t e d Ac c o r di n gl y t he s e r v i c e l i f e of t h e HPC a n d NC wa s e v a l u a t e d f o r t h e f i r s t t i me b y t h e b o u n d a r y e l e me n t me t h o d( BEM ) Th e r e s u l t s h o ws t h a t t h e t h e o r y o f c o mp u t i n g l e n g t h a n d t h e mo d e l o f B EM f o r c h l o r i d e d i f f u s i o n i s s u i t a b l e f o r p r e - d i c t i o n o f t h e s e r v i c e l i f e o f c o n c r e t e I t c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h e HP C wi t h f l y a s h ，b l a s t f u r n a c e s l a g a n d s i l i c a f u me i mp r o v e t h e r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e d i f f u s i o n a n d i S b e t t e r t h a n t h o s e wi t h f l y a s h o n l y Ke y wo r d s ：c o n c r e t e；hi g h pe r f o r ma nc e；bo u nd a r y e l e m e n t；c hl o r i de i o n 暴露于海洋环境下的钢筋混凝土结构常常由于 氯离子的侵入导致钢筋锈蚀 ， 从 而影响钢筋混凝 土 结构的正常使用 掺矿物掺和料高性能混凝土由于 其耐久性 良好而被广泛应用于近海工程 Ai t c i n l_ 1 分析了海洋环境下高性能混凝土的耐久性 ； Ha j i me 等 z 分析了免振捣 自密实高性能混凝土在海水环境 中的优越性 ； Ka y a l i 等 3 研究发现高性能混凝土的 抗氯离子渗透能力明显高于普通混凝土； L e n g等 6 用 Ne r n s t E i n s t e i n方程 计算 了高性 能混凝 土的氯 离子扩散系数 ， 其结果表明： 双掺粉煤灰和硅灰高性 能混凝土的氯离子扩散系数比普通混凝土低 ， 而且 随着水胶 比的增加而增 加； 文献 7 8 通过 AS T M C 1 2 0 2 试验方法统计发现 ： 混凝土 6 h电通量与其 氯 离子扩 散系数存 在线性 关 系 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 4 1 6 ； 修订 日期 ： 2 0 0 9 0 7 3 0 基金项目： 国家自 然科学基金资助项目( 5 0 7 6 8 0 0 1 ； 5 0 7 6 2 0 0 1 ) ； 广西科技开发计划项目( 桂科能0 9 9 2 0 2 8 7 ) ； 国家留学归国人员基金资助项 目( t t 外司留 2 0 0 3 1 4 ； 2 0 0 6 3 3 1 ) 第一作者 ： 陈1q ： ( 1 9 8 2 - ) ， 男 ， 湖南祁东人 ， 广西大学博士 E ma i l ： g x u c z q q c o rn 通信作者 ： 杨绿峰( 1 9 6 6 一 ) ， 男 ， 广西大学教授 ， 博士师导师 ， 博士 E - ma i l ： l f y a n g g x u e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 陈正 ， 等 ： 高性能混凝土 的氯离子扩散及服役寿命研究 2 2 3 本文根据 AS TM C 1 2 O 2 标准 ， 通过测定不 同矿 物掺和料高性能混凝土和普通混凝土 6 h电通量来 快 速评价 它们 的抗 氯 离 子 扩散 能 力 ， 并 利 用 边 界 元 法预 测它们 的耐久性 和 海洋环 境下 的服 役寿命 1 边界元法预 测混凝 土服役 寿命 混凝 土 中氯 离子 扩散 方程 的解 析解 为 ： 广 ， z ) 一 C O + ( c s c o ) I e r ( ) J ) 式 中 ： c ( x ， f ) 为 t 时 刻距 混凝 土 表 面 z处 的氯 离 子 浓度 ； C 。 为混 凝 土 中 氯 离 子 初 始 浓 度 ； 为 混 凝 土 表面氯 离子 浓度 ； D 为混凝 土氯 离子 扩散 系数 当钢筋 在混凝 土 中 的埋 人深 度 为 d时 ， 用 临 界 氯离子浓度 代替 C ( z ， ) 即可推算 出混凝土的服 役寿命 ： 0 t ： ( 2 ( ) ) ( 2 ) 解析方法尽管精度很高 ， 但在工程结构分析 中 适应性差 边界元法作 为数值方法在工程结构分析 中获得了广泛应用 ， 并且具有离散未知量少 ， 计算精 度高的优点口 本文将利用 昆凝土中氯离子扩散边 界元法_ 1 “ 进一 步分析氯离子侵入条件下高性 能 混凝土的服役寿命 利用氯离子扩散场微分方程的基本解作为权函 数， 根据加权余量法可 以将氯离子扩散 问题的微分 方程转化为积分方程口 ： j j 。 ( c 一 1 ) c d d 一 j c q q ) c d F d t l I ( c c ) q d F d t ( 3 ) J 0 J r 1 式中： c为氯离子浓度 ； q 为氯离子浓度梯度 ； q 为封 闭面的氯离子浓度梯度 ； t 。为试件初始暴露时刻 ； r 为扩散时长 ； 力为氯离子扩散 问题 的求解域 ； n 为 求解域 的第 一类 边界 条件 ； r 2为求 解 域 的第 二 类边 界条件 ； r为求解域 n 的全部边 界， rr +r ； C ， q 为 氯 离 子 扩 散 场 问 题 的 基 本 解 1 ， 它 表 示 点 i ( z ， Y ) 在时刻 t 的单位氯离子浓度经过一段 时间 ( r f ) 的扩散对点 J ( ， ) 处氯离子浓度和梯度 的 影响， 点 i ( ， Y ) 称 为激励点或源点 ， 点 ( -z ， ) 称 为响应 点或 场点 通过 格林 公式 和 分部积 分 ， 式 ( 3 ) 可 以表示 为 ： A + I q c d F l C t q d F+ I I C C d n I ( 4 ) 式 中： C 为氯离子扩散场 中激励点 ( 或称源点) 上 的 氯离子浓度 ； c ， q 分别表示 c ， q 在时间域上的 积分_ 】 叩； A 是积分系数 ， 和激励点所在边界的光滑 情况 有关【 1 沿氯离子扩散场 四周将连续边界离散为 n个线 性单元 ， 个 节点 对 于 图 1 所示 典 型边界元 ， 其长 度 为 2 z ， 浓 度 C 及 浓度梯 度 g 用 线性 函数表示 为 ： C e l- N- I 。 ( 5) q 一 N 6 J 式 中： a ) ， b ) 为边界元节点参数列阵 ， N 为形 函数矩 阵 1 x =0 x：i x=2 1 0 】 一 t( r ) 一 ： l S=0 S竺 l 图 1 边界元 e 及坐标示意 图 Fi g1 Bou nda r y e l e me n t e a nd bo nd i n g c o o r d i n a t e 以边界上的离散节点 J为激励点 ， 按照式( 4 ) 可 以形 成 n个边 界元 积分 方程 ： A c ， + l- HI ； n ) 一 = l G j ， 一1 ， 2 ， ， ( 6 ) P = 1 式中： A， 为积分系数 ； C ， 表示边界节点 J上 的氯离 子浓度 ； 单 元影 响 系数矩 阵 HI 一 HL H ， r G 一 G i G ； ， 且 日；一 I q N d r ， G ；一 I r l c N d I 1 ， N； 为式( 5 ) 中E N 的元素 J 由于每个节点上都有一个未知量 ， 这样式( 6 ) 中 共有 n个 未知 量 、 个 方程 ， 可集 成表 示为 ： r I- H I n ) 一E GI b ) +I c c d l ( 7 ) J n 式中： a ) 一E c ， c 2 ， ， ， b ) 一 q ， q 。 ， ， q ， C ， 分别表示边界上第 个节点处的氯离子浓度 和氯离 子浓度梯 度； HI ， G 为 总体 影响 系数 矩 阵， 分别 由式( 6 ) 中的 H 和 G 集合而成 求 解上 式可 得边 界上 任意 节点 的氯离 子浓度 和 浓度梯 度 ， 进而求 得 混 凝 土 内部 任意 点 在任 意 时 刻 的氯离子浓度 以及钢筋埋 人深度 d处的氯离子浓 度 c ( ， ) 当 c ( d， 一t ) =C ( 钢筋 开始锈蚀 时 的混 凝土临界氯离子浓度) 时 ， 混凝土中受力钢筋开始锈 蚀 ， 因此可将 定义为混凝土结构的服役寿命 在边界元法计算模型 中， D是一个非常重要的 材料 参数 ， 它可 以通过 室 内模型试 验方 法来确 定 ： 将 试件暴露于海水中一段时 间后 ， 测定其 内部 的氯离 子浓度 ， 根据式( 1 ) 所示 的氯离子扩散解析解 ， 拟合 求得 D 和 C 需要注意的是 ： 与解析解相应 的一个 重要边界条件是无 限远处的氯离子浓度为零 ， 或等 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 4 建筑材料学报 第 l 3卷 于混凝土本体的初始氯离子浓度 但是 ， 边界元法计 算模型必须为有限大 ， 也就是说远端边界不能取在 无穷远处 为了使计算结果达到规定的计算精度 ， 需 保证氯离子扩散场 的远端与近端间的距离足够大 因此， 对于混凝土中氯离子扩散分析的边界元法 ， 需 要定义氯离子扩散场 的计算长度 L( 见图 2 ) ， 以此 确定扩散场远端边界的位置 ， 并满足远端边界条件 ： c ( L， )一 C o ( 8 ) 通 过量 纲分 析和大量 数值试 验得到 L的表达 式为 ： L 一 。 k ( 9 ) 式中： t 是扩散时间； k为扩散场计算长度系数 ， 是无 量纲常数， 在文献E l O 3 的基础上， 通过数值试验求得 =4 5 ， 对于暴露时间不大于 7 0 a的混凝土试件 ， L 的计算误 差小 于 2 氯离子扩散场的计算长度理论表明， 利用边界 元法研究混凝土中氯离子扩散 、 预测混凝土 的服役 寿命时 ， 不能完全按照混凝土试件或混凝土结构 的 实际长度建立边界元法离散模 型， 而应该保证扩散 场长度不小于计算长度 L 图 2中实线 AB C D表示 试件的实际边界 ， 如果试件的实际长度 n小于扩散 场计算长度L， 那么在建立边界元法计算模型时， 需 要将试件的远端边界 C D沿着AD 和 B C延长至虚 线 C D 处 ， 且在 C D 上 设 定 边 界浓 度 为 C 。 ； 反 之 ， 如果 n L， 则仍按试件的实际长度建立边界元法离 散模型 = = 兰 I J 一 图 2氯离子扩散 的边界元计算模 型 Fi g 2 BEM mod e l f or c hl o r i de di f f us i o n 2 快速氯离子扩散试 验与扩散系数 2 1 原 材料 水泥 ： 华润( 贵港) 水泥有限公司P 04 2 5 R普 通硅 酸盐水泥 ， 其化 学 成分 和 物理 性 能如 表 1 ， 2所 示； 矿物掺和料： 粉煤灰、 硅灰与矿渣 ， 它们的化学成 分与物理性能如表 3 ， 4所示 ； 细骨料 ： 钦州 中砂 ， 其 表观密度为2 6 4 0 k g m。 ， 细度模数为2 6 5 ； 粗骨料 ： 碎石， 其 表观密度 为 2 7 1 0 k g m。 ， 粒径 为 5 2 0 mm， 连续级配 ； 外加剂 ： 西卡聚羧酸系高效减水剂 ， 固含量 为 1 8 9 4 ( 质量分 数) 2 2配合 比 根据文献E 1 2 3 ， 用水量为 1 3 0 k g m。 ， 水胶 比为 0 3 3 ( 质 量 比) ， 混 凝 土 中胶 凝 材 料 用 量 为 4 0 0 k g m。 ，矿物掺和料 为等质量取代 水泥， 取代 总量分别 为 3 O ， 5 0 ， 7 O ， 砂率为 0 4 ( 质量比) ， 用减水剂 调整新拌混凝土的工作性能， 观察制备后的混凝土 不离析、 不泌水 ， 其坍落度大于 1 8 0 mm 试件配合 比见 表 5 表 1 水泥的化学成分和潜在矿物组成 Ta b l e 1 Ch e mi l a n d p o t e n t i a l mi n e r a l c o mp o s i t i o n s o f c l i n k e r b y mn s s 1 S i Oz 2 1 2 9 KH 0 9 1 A1 2 03 5 2 6 N 2 4 3 Fe 2 Os 3 4 9 P 1 5 l Ca O 6 4 2 6 K2 O+ Na 2 O 0 3 0 M g O 1 0 8 C3 S 5 7 0 2 SO3 0 2 5 C2 S 2 O 3 0 Ca O 1 3 1 C3 A 8 9 2 I L 3 6 3 C4 AF 1 0 0 6 2 3 试 件制 备 混凝土采用机械强制搅拌 首先将胶凝材料与 砂混合搅拌 3 0 S ， 再加约 8 O ( 质量分数) 的水与减 水剂混合液搅拌 9 0 S ， 最后加入碎石和剩余 的水与 减水剂混合液搅拌9 0 S 成型 1 o o 2 0 0 mm圆柱试 件 ， 带模 标准养 护 2 4 h ， 脱 模后 置于标 准养 护室 ( ( 2 0 3 )， 相对湿度大于 9 0 ) 分别养护 2 8 ， 9 1 ， 2 1 0 d 养 护至各 龄期后 将试件 切割 成 3块 声 1 O 0 5 0 mm 圆柱 待测 2 4快速 氯离子 扩散试 验 快速氯离子扩散试验是利用外加电场加速氯离 表 2 水泥的物理性能 Ta b l e 2 Ph y s i c a l p r o p e r t i e s o f u s e d c e me n t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 陈正 ， 等 ： 高性能混凝土的氯离子扩散及服役寿命研究 2 2 5 Fl y a s h Sl a g S i l i c a f ume 8 6 7 0 6 7 0 2 4 0 1 2 0 3 8 0 6 1 0 4 7 2 2 2 子在混凝土中的扩散过程以减少氯离子扩散性能测 定时间 ， 通过测定持续通 电期间的电量 ， 并转换为氯 离子扩散系数 以用于混凝土寿命 预测 首先将养护 至 规定龄 期 的试 件 在 智 能 真 空饱 水 机 中真 空饱 水 ， 然后将其安装在试件夹具上 ， 并在试件夹具的正、 负 两极 分 别 注 入 0 3 mo l L Na OH 和 质 量 分 数 3 Na C 1 溶 液 ， 接通 电通 量 测定 仪 的 电源 进 行 测 试 ， 混 凝 土电通 量 由测 试软 件记 录 3 混凝土服役寿命预测与结果分析 3 1混凝 土 电通 量 的经 时变化 对 2 8 d龄期试 件进行了 3 ， 6 ， 1 2 ， 4 8 h的快速 氯离子 扩散试 验 ， 电 通量 如 图 3所 示 由图 3可见 ， 不掺矿物掺和料普通混凝土 A0的电通量明显高于 掺矿物掺和料高性能混凝土试件 ， 说 明掺矿物掺和 料高性能混凝土具有更好的抗氯离子扩散性能 表 4矿物掺和料 的物理性能 T a b l e 4 P h y s i c a l p r o p e r t y o f t h e m i n e r a l a d mi x t u r e s 表 5 试件配合 比 T a b l e 5 Mi x t u r e p r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e k g m 在 2 8 d龄期 ， 单掺 5 O 粉煤 灰高性能混凝土 C1 的 电通 量小 于单 掺 3 0 粉煤 灰 高性 能混凝 土 B 1 的电通量 ， 而单掺 7 0 粉煤灰高性能混凝 土 D1的 电通量 大 于单掺 5 0 粉煤灰 高性 能混 凝 土 C 1的电 通量 ， 说明随着粉煤灰掺量增加 ， 高性能混凝土抗氯 离子扩散性能呈现先升后 降趋势 ， 其中单掺 5 O 粉 煤灰高性能混凝土具有最佳抗氯离子扩散能力 与单掺粉煤灰高性能混凝土 C 1 ， D1 相 比， 双掺 粉煤灰 和硅 灰 高 性 能 混 凝 土 C 2和 三 掺 粉 煤 灰 、 硅 灰、 矿渣高性能混凝土 C 3 ， D3的电通量较低 ， 说 明 双掺和三掺矿物掺和料高性能混凝土的抗氯离子扩 散性能优于单掺粉煤灰高性能混凝土 当通 电时间介 于3 6 h时， 各试件的电通量随 图 3 2 8 d龄期试 件电通量的经时变化 F i g 3 El e c t r i c f l u x o f c o n c r e t e f o r 2 8 d 通电时间增加而快速增加 ， 之后增加趋缓， 说明氯离 O O O 0 ； 口 叭 阱 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 3 卷 子早期扩散较为明显 ， 随着混凝土内部氯离子 的富 集， 扩散变慢 3 2混凝 土氯离子 扩散 系数的确定 在 AS T M C 1 2 0 2试 验方法下 试件 6 h电通量 Q 与 D之间存在线性关系_ 7 ： D 一 2 5 7 7 6 5+ 0 0 0 4 9 2 Q ( 1 0 ) 不同龄期试件的 D值见 图 4 3 3混凝土 临界氯 离子浓 度分析 通常认为只要混凝土中的 p H值大于 i i 5 ， 则 埋入混凝土中的钢筋因受其表面氧化物薄膜保护而 不被锈蚀 ， 但 当存在氯离子且 c 。 一0 6时 ， 由于保护膜遭到破坏而使钢筋锈蚀_ 1 因此可确定 c 为 ： C 。 一 0 6 c o H 一 ( 1 1 ) 式 中 ： C 。 一 为钢筋 表面 的氢氧根 离子浓度 国际上通 常取 水泥 的总碱 量 为有 效 碱 量 ， 取 粉 煤灰总碱量的 1 7 为有效碱量 ， 取矿渣或硅灰总碱 量的 5 O 为有效碱量_ 】 宋晓冰等 】 通过测试不 同环境下钢筋锈蚀 电位分布范围得到了 3种锈蚀环 境下 参考值 本文根据各试件 中水泥和矿物掺和 料 用量 和表 1 ， 3中 当量 碱度确定 了 C 。 ( 见表 6 ) 3 4高性能混凝土寿命预测算例分析 按 A0 ， B 1 ， C 1 ， C 2 ， C 3 ， D1 ， D 3这 7种 配合 比制 备混凝土构件， 其保护层厚度 d为 6 0 mm， 将它们 暴露于氯离子环境下， 设 一0 ， C 一0 8 9 ， 6 ( 质量分 数) ， 根据试验分析得到各构件 的 D， C 如 图 4和表 6所示 首先利用边界元法分析氯离子一维扩散下不同 配合 比高性能混凝土的服役寿命 氯离子一维扩散 时 ， 构件沿 方向的长度对氯离子浓度分布没有影 响， 所以可以在边界元法计算模型中沿 ) I 方 向取单 位长度 ， 其边界条件如图 5 所示 图 4 试件 的氯离子扩散系数 Fi g 4 Ch 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 o f c o n c r e t e 表 6 混凝土临界氯离子浓度 Ta ble 6 Cr i t i c a J c o n c e n t r a t i o n o f c h l o r i d e o f c o n c r e t e 图 5氯离 子 的扩 散 及 边 界条 件 Fi g 5 Di f f us i o n a n d b ou nd a r y c on di t i o n of c h l or i d e 在本文所建立 的边 界元 法计算模型 中( 见 图 5 ) ， 采用线性单元模式 ， 其中AB， C D两边离散为 5 o 个单元 ， B C， AD两边离散为 1 0个单元 各构件 6 0 mm处氯离子浓度随暴露时间变化 的趋势如图 6所 示 ， 其中： AS表示解析计算结果 ； B E M 表示边界元 法 计算结 果 由图 6可见 ， 在 Q( 6 h ) 和 D 均较 大 的 构件中， 氯离子浓度随扩散时间增加而增大的趋势 明显 试验结果表明 ： A0组普通混凝土的抗氯离子 扩散性能最差 ， 而 C 3组三掺粉煤灰、 硅灰和矿渣高 性 能混凝 土则 具有 最佳 的抗氯离 子扩散性 能 图 6 各构件 6 0 mm处氯离子浓度随时间变化曲线 Fi g 6 Ch l o r i d e c o nc e n t r a t i o n a t 6 0 mm i n c o nc r e t e V S d i f f u s i on t i me A O ( A S ) ； 0 A O C B E M B 1 ( A S ) ； B1 ( B E N 眈 C I ( A S ) ； O c1 0 3 E l u 3 ； v C 2 ( AS ) ； V c 2 0 3 E M 每C 3 ( As ) ； 夺C 3 0 3 E M) ； -DI ( A S ) ； 口D1 ( B 0； D 3 ( A s ) ； 口D 3 ( B E M) 结合混凝土 中的氯离子浓度变化趋势和 C 进 行分析， 得到了各构件的服役寿命如图 7所示 由图 7可 以看 出， A0组普通混凝土构件 的服役寿命最 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 陈正 ， 等 ： 高性 能混凝 土的氯 离子 扩散及服役 寿命研究 2 2 7 短 ； 对于单掺粉煤灰高性能? 昆 凝土构件 ， 随着粉煤灰 掺量的提高， 其服役寿命不断增长 ， 但 当粉煤灰掺量 超过 5 0 时， 其服役寿命明显下降( 见 D 1组) ； 与单 掺粉煤灰高性能混凝土构件相 比， 双掺粉煤灰和硅 灰高性能混凝土构件 的服役寿命更长 ， 而三掺粉煤 灰、 硅灰和矿渣高性能混凝土构件的服役寿命最长， 这是 由于它们的 D较小 、 c 较高所致 对 2 0 0 = 竺 芒 GF O u p 图 7 各构件 的服役寿命 F i g 7 S e r v i c e l i f e o f c o n c r e t e 由图 6 ， 7可见 ， 边界元 法计算结果与解析法基 本吻合， 证明了混凝土氯离子扩散分析边界元法 的 准确性 由于边界元法计算模型只需要沿着扩散场 的边界离散 ， 所以与有限元法相 比， 其离散未知量较 少 同时， 用边界元法计算时 ， 只需将时间域划分为 几个 子域 即可 ， 所 以在 混凝 土 氯 离 子 扩 散分 析 和 寿 命评估 中， 边界元法的计算效率远远高于有限元法 4 结论 研究建立了氯离子侵蚀条件下高性能混凝土服 役 寿命 预测 的边界 元 法 通 过 时 间 域 和空 间域 上 的 稀疏离散， 大大降低 了离散未知量 ， 有效提高了计算 效率 ； 通过引入氯离子扩散场计算长度理论 ， 提高了 边界元法对 昆 凝土耐久性和服役寿命评估的精度 通过快速氯离子扩散试验 ， 研究 了各配合 比高 性能混凝土 的耐久性 结果表 明： 单掺 3 O 5 O 的粉煤灰 可 以有效 提高混 凝 土的抗 氯离子 扩散 能力 和服役寿命； 三掺粉煤灰 、 硅灰和矿渣 的高性能混凝 土其耐久性和使用寿命优于单掺粉煤灰或双掺粉煤 灰 和硅灰 的高性 能混 凝土 参 考文献 ： 1 AI TC I N P C Th e d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h p e r f o r m 2 3 a n c e c o n c r e t e ： A r e v i e w J C e me n t& C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 3， 2 5 ( 4 5 )： 4 0 9 4 2 0 HAJ I ME O， MAS AHI R O O S e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e E J 3 J o ur n a l o f Ad v a n c e d Co n c r e t e Te c hn o l o g y， 2 0 0 3， 1 ( 1 ) ： 5 - 1 5 KAYALI O ， ZH U Bing Co r r o s i o n p e r f o r ma n c e o f me d i u m一 4 5 6 7 8 9 E l o 1 1 1 2 3 1 3 1 4 s t r e n g t h a n d s i l i c a f u me h i g h - s t r e n g t h r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n a c h l o r i d e s o l u t i o n J C e me n t C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 )： 1 1 7 1 2 4 G0W RI PALAN N ， M OHAM ED H MCh l o r i d e qo n i n d u c e d c o r r o s i o n o f g a l v a niz e d a n d o r d i n a r y s t e e l r e i n f o r c e me nt i n h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e 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， 1 9 9 8， 2 8( 8 )： 1 1 1 9 1 1 3 1 S 0LEYM AN1 H AM I D R I S M AI L M 0HAM ED ECo mp a r i n g c o r r o s i o n me a s u r e m e n t m e t h o d s t o a s s e s s t h e c o r r o s i o n a c t i v i t y o f l a b o r a t o r y OP C a n d HP C c o n c r e t e s p e c i me n s 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( 11 )： 2 0 3 7 - 2 0 4 4 L ENG Fa g u a n g， FENG Na i q i a n，LU Xi n y i n g An e x p e r i me n t a l s t ud y o n t h e pr op e r t i e s of r e s i s t a nc e t o d i f f u s i o n o f c h l o r i d e i o n s o f f l y a s h a n d b l a s t f u r n a c e s l a g c o n c r e t e D C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 0， 3 0( 6 )： 9 8 9 9 9 2 冯乃谦 ， 邢锋 高性能混凝土技 术E M 上海 ： 原子能 出版社 ， 2 0 0 0 FENG Na i q i a n，XI NG Fe ng Th e t e c h n o l o g y o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e M S h a n g h a i ： Nu c l e a r P u b l i s h e r ， 2 0 0 0 ( i n Ch i n e s e ) 冷发光 ， 冯乃谦 高性 能混凝 土渗透性和耐久性及评价方法研 究 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 1 4 1 6 LENG Fa g u a n g， FENG Na i q i a n Th e e v a l u a t i o n m e t h o d o f p e r me a b i l i t y a n d d u r a b i l i t y o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e J Lo w Te mp e r a t ur e Ar c h i t e c t u r e Te c h n o l o g y， 2 0 0 0( 4 )： 1 4 1 6 ( i n Ch i n e s e ) TANG Lu p i ng， GU LI KERS J On t he m a t h e ma t i c s o f t i m e d e p e n d e nt a p p a r e n t c h l o r i de d i f f u s i o n c oe f f i c i e n t i n c o n c r e t e J 3 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 7 ， 3 7 ( 4 ) ： 5 8 9 5 9 5 杨绿 峰 。 陈正 ， 王焱 ， 等 边界元法研究混凝土中氯离 子的扩散 及分布规律E J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 2 5 2 8 YANG Ln f e n g， CH EN Zh e n g W ANG Yi ， e t a 1 An a l y s i s o f c h l o r i d e d i f f u s i o n i n c o nc r e t e b y t he b o u n d a r y e l e m e n t me t h o d J C o n c r e t e ， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 2 5 2 8 ( i n C h i n e s e ) 杨绿峰 ， 陈正 ， 王焱 ， 等 混凝土中氯离子二维扩散分析的边界 元法 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 7 ) ： 1 1 1 0 1 1 1 7 YANG Ln f e ng， CHEN Z he n g， W ANG Yi ， e t a 1 Bo u n d a r y e l e me n t me t h o d f o r a n a l y s i s o f t wo - d e me n s i o n a l c h l o r i d e d i f f u s i o n i n c o n c r e t e J J o u r n a l o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 09 ， 3 7( 7 )： 1 1 1 0 1 1 1 7 ( i n Ch i n e s e )