摘要：混凝土管樁在海工環(huán)境中廣泛使用，管樁內(nèi)表面為封閉面，外壁常常暴露于氯鹽環(huán)境中。根據(jù)菲克第二定律和管樁的邊界條件，采用分離變量法，得到氯離子擴散方程的解析解。該解析解包含穩(wěn)態(tài)解和瞬態(tài)解2部分，而穩(wěn)態(tài)解由貝塞爾函數(shù)構(gòu)成，與基于半無限體邊界條件的傳統(tǒng)解不同。采用該解答計算PHC管樁氯離子擴散，探討內(nèi)外半徑之比、擴散系數(shù)以及鋼筋保護層厚度對氯離子擴散的影響。當內(nèi)外半徑之比a/b為1.5時，瞬態(tài)解的次要部分衰減速率比主要部分約大4倍。

關鍵詞：混凝土管樁；氯離子擴散；貝塞爾函數(shù)；耐久性

中圖分類號：TU528

文獻標志碼：A

文章編號：1674-4764（2013）04-0079-05

氯離子通過混凝土內(nèi)部的孔隙和微裂縫從周圍環(huán)境向混凝土內(nèi)部傳遞，到達混凝土與鋼筋的界面，并逐漸累積，使鋼筋表面氯離子濃度逐漸增大，達到臨界濃度時，鋼筋發(fā)生腐蝕。模擬氯離子侵入混凝土的主要方法是以Fick第二定律為基礎的擴散法。Collepardi等^[1-2]采用Laplace變換法得到了嚴格限制條件下的一維封閉解，其假定混凝土試件為半無限的空間體，解析解用一個超越函數(shù)描述。余紅發(fā)等^[3]推導出綜合考慮氯離子結(jié)合能力、氯離子擴散系數(shù)的時間依賴性和結(jié)構(gòu)微缺陷影響的混凝土氯離子擴散新方程.楊綠峰等^[4]利用等比級數(shù)研究建立了基于有限域的氯離子擴散和濃度分布的解析解，建立了氯離子擴散深度的解析表達式。李秀梅等^[5]應用分離變量法推導了三維長方體混凝土試塊中氯離子擴散方程的解析解。氯離子擴散方程的解答與擴散域的形狀密切相關，混凝土管樁與板、梁等結(jié)構(gòu)形式不同，其氯離子在管樁混凝土中的擴散行為也會有所差別，半無限或長方體的邊界條件不適合于管樁。

筆者采用分離變量法，基于管樁的邊界條件推導了氯離子在混凝土管樁中擴散的解析解，分析海工混凝土管樁中氯離子的擴散規(guī)律。

1擴散模型與基本方程

1.1擴散模型

對于外徑相同但壁厚不同的管樁，當混凝土保護層厚度一樣時，鋼筋表面的氯離子濃度隨時間的變化關系不同，管壁越厚擴散越慢。

4結(jié)論

1）對于內(nèi)壁為封閉面的管樁，氯離子擴散方程的傳統(tǒng)解不包含穩(wěn)態(tài)解，給出的濃度分布在初期偏小，然而隨著擴散時間的推移，管樁內(nèi)壁濃度分布偏大。在考慮了管樁的邊界條件以后，得到的結(jié)果更能客觀真實的反應實際情況。

2）氯離子濃度在管樁中的擴散只沿半徑方向，與角度無關，可以看作一維擴散問題。管樁中氯離子濃度的穩(wěn)態(tài)分布沿半徑方向呈對數(shù)分布，僅與外徑和內(nèi)徑的比值a/b有關。

3）擴散系數(shù)D越大，氯離子擴散速率越快，瞬態(tài)分布隨時間衰減越快。外徑相同但壁厚不同的管樁，管壁越厚，內(nèi)徑越小，氯離子擴散速率越慢。

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（編輯羅敏）