氯离子侵蚀深度预测模型-耐久性环境区划标准

当假定混凝土材料是各向同性均质材料，氯离子在混凝土中扩散是一维扩散行为，浓度梯度仅沿着暴露表面到钢筋表面方向变化，氯离子不与混凝土发生反应时，氯离子在混凝土中的扩散行为可用Fick第二扩散定律来描述，即：

式中：C为氯离子浓度（％），常用混凝土中的氯离子质量与混凝土中胶凝材料质量的比值表示，或用混凝土中的氯离子质量与混凝土质量的比值（％）表示，t为时间（s），x为位置（mm），D为扩散系数（mm2/s）。

假定，①混凝土表面氯离子浓度恒定，；②在任一时刻，相对暴露表面的无限远处的氯离子浓度为初始浓度，即；③扩散系数D不随距混凝土表面的深度、暴露/试验时间变化。对式（6-1）做Laplace变换，求得其解析解为［6-19］：

式中：C（x，t）为距混凝土表面x处的氯离子浓度；Cs为混凝土表面氯离子浓度；C0为混凝土内初始氯离子浓度；D为混凝土的氯离子扩散系数；t为混凝土龄期；texp为混凝土表面开始接触氯离子环境时的龄期；erf（z）是高斯误差函数。

不同于假定的恒定值，氯离子扩散系数是一个随时间、不同深度处的氯离子浓度、混凝土对氯离子的结合作用以及温度与自然条件等因素变化着的值。引入结构从开始暴露到检测时扩散系数的均值，混凝土的表观扩散系数Da，并假定在式（6-2）中，混凝土内初始氯离子浓度C0＝0；环境作用年限相对于混凝土结构开始接触氯离子环境时的龄期要长得多，即（t-texp）≫texp，这时式（6-1）的解析解可写为：(www.xing528.com)

Fick第二定律是解决氯离子在混凝土中扩散的经典方法，式（6-3）被广泛用于氯离子侵入混凝土内部时，混凝土中氯离子含量随距离混凝土表面深度分布曲线的预测和拟合计算。

氯离子在混凝土中的扩散受到水泥材料水化程度、物理化学作用对氯离子的结合作用、相应深度处氯离子浓度等的影响，以及温度和湿度的改变对氯离子在混凝土中的扩散能力也有很大的影响。目前已有很多对各种机理和各种影响因素综合考虑的氯盐侵蚀模型，通过引入更多的系数或是变量来实现对不同影响因素的全面考虑。但是，模型中考虑的参数越多，可能导致的累积误差就越大，加上模型中的一些参数很难确定，一般只靠经验取值，有些只能从定性上加以描述，其实用性还需继续探讨。在以划分影响结构耐久性的环境的严重程度为目的的环境区划工作中，应尽可能突出不同暴露环境状况对标准试件耐久性的作用程度，模型中对影响结构耐久性的结构内在因素的考虑宜少且精。

结合研究工作的针对性，应用于区划的氯离子侵蚀模型采用式（6-3）。对模型中的参数确定，主要考虑不同地区暴露环境条件的变化对氯离子侵蚀作用的影响方面，将不同环境因素合理考虑到预测模型中。