唐敏康，　王霆，　何勇，　王琳，　賀玲，　謝海洋

（1．江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州341000；2．西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽621000）

圓形截面下混凝土中氯離子擴(kuò)散的數(shù)值模擬

唐敏康1，王霆1，何勇1，王琳1，賀玲1，謝海洋2

（1．江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州341000；2．西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽621000）

基于comsol對(duì)氯離子腐蝕段誘導(dǎo)期進(jìn)行了監(jiān)控，分析了影響誘導(dǎo)期長(zhǎng)短的主要因素：氯離子擴(kuò)散系數(shù)、保護(hù)層厚度以及氯離子濃度．選取不同的水灰比、保護(hù)層厚度以及實(shí)際調(diào)查所得的氯離子濃度進(jìn)行組合，分析出具體的影響．模擬結(jié)果顯示在水灰比為0．28～0．38，保護(hù)層厚度為60～80mm，按此參數(shù)設(shè)計(jì)可以得到較長(zhǎng)的誘導(dǎo)期．同時(shí)將建立的對(duì)誘導(dǎo)期監(jiān)控的模型運(yùn)用到某跨海大橋的橋墩上，對(duì)該橋的橋墩誘導(dǎo)期進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并提出建議措施．

氯離子；擴(kuò)散系數(shù)；水灰比；保護(hù)層厚度；誘導(dǎo)期；數(shù)值模擬

0　引　言

鋼筋混凝土是由混凝土與鋼筋組合而成[1]．目前鋼筋混凝土的耐久性不足所引起工程方面的問題變得越來越突出．

研究表明，鋼筋銹蝕是港口鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的主要因素之一[2-3]．鋼筋發(fā)生銹蝕的前提是鋼筋表面的鈍化膜失效，其中氯離子侵蝕和混凝土碳化是鈍化膜失效的2個(gè)主要原因．相對(duì)于氯離子侵蝕的影響，對(duì)處于海洋環(huán)境中的港口碼頭混凝土碳化的作用顯得微乎其微，因此氯離子侵蝕是造成港口鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的主要原因[4]．當(dāng)鋼筋表面的氯離子濃度累積到臨界濃度時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜就會(huì)遭到破壞，從而引發(fā)鋼筋銹蝕[5]．鋼筋銹蝕給世界各國(guó)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，由此看來氯離子擴(kuò)散情況十分嚴(yán)峻，掌握它的擴(kuò)散模型從而治理是刻不容緩的[6]，因此，研究在鋼筋混凝土中的氯離子擴(kuò)散是具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和重大的社會(huì)意義，而實(shí)際處于海洋環(huán)境的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的大多數(shù)構(gòu)件的截面都是圓形的，例如海港碼頭的承力柱和跨海大橋的橋墩等，因此，圓形截面下氯離子擴(kuò)散的研究在實(shí)際工程中具有重大的意義．

由于跨海大橋服務(wù)年限久遠(yuǎn)、所處環(huán)境復(fù)雜等原因，使跨海大橋的耐久性研究不能在現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成．在眾多研究方法中，數(shù)值模擬是最能在復(fù)雜的環(huán)境條件下描述實(shí)際的情況．comsol是以有限元分析方法為基礎(chǔ)的大型高級(jí)的數(shù)值仿真軟件，能夠解決多物理場(chǎng)的耦合問題，以其非凡的計(jì)算性能和出色的易用性以及自由的開放性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意的多物理場(chǎng)的數(shù)值仿真．袁承斌等[7]對(duì)試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm在不同應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行了抗氯離子侵蝕的實(shí)驗(yàn)研究，劉瑩等[8]采用comsol對(duì)文獻(xiàn)[7]實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果顯示comsol數(shù)值模擬結(jié)果與文獻(xiàn)[7]的實(shí)驗(yàn)值誤差在5%以內(nèi)，模擬的精度非常高．說明comsol對(duì)長(zhǎng)期處于氯鹽環(huán)境狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行的氯離子擴(kuò)散數(shù)值模擬是可以作為參考的．對(duì)跨海大橋誘導(dǎo)期的預(yù)測(cè)是可行的．基于此，本文利用comsol模擬圓形截面下混凝土中氯離子的擴(kuò)散模型．并將模型運(yùn)用到實(shí)際的工程中，對(duì)該工程的誘導(dǎo)期進(jìn)行預(yù)測(cè)．

1　探討水灰比、保護(hù)層厚度與誘導(dǎo)期之間的關(guān)系

相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，處于海洋環(huán)境中的結(jié)構(gòu)其服役期限以誘導(dǎo)期為主，而該階段的影響因素最多、時(shí)間也最長(zhǎng)，從耐久性設(shè)計(jì)方向考慮，想要延長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的服役期限，控制誘導(dǎo)期階段是最有效、最實(shí)際的[9]．

1.1研究位置分析

據(jù)我國(guó)在掩護(hù)海港的調(diào)查，海港出現(xiàn)鋼筋銹蝕現(xiàn)象最嚴(yán)重的地方是設(shè)計(jì)的高水位以上1．0 m到設(shè)計(jì)的高水位以下0．8 m之間的浪濺區(qū)，處于浪濺區(qū)的鋼筋混凝土腐蝕是最快的．因此本課題選擇浪濺區(qū)的混凝土構(gòu)件作為研究對(duì)象．

1.2材料的確定

前面確定了課題研究的位置為浪濺區(qū)，根據(jù)《JTJ-275-2000海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》的要求，浪濺區(qū)混凝土必須使用高性能混凝土．因?yàn)楹８酃こ讨兴褂玫母咝阅芑炷?，除了必須具備良好的工作性及較高強(qiáng)度之外，還應(yīng)具有較高的抗氯離子滲透性和穩(wěn)定性，這樣才能起到減緩浪濺區(qū)腐蝕的作用．因此，本課題所研究的材料定為高性能混凝土．

1.3模擬步驟

1）確定模型方程．本課題研究的是圓形截面下混凝土中氯離子擴(kuò)散的數(shù)值模擬，而影響氯離子擴(kuò)散的主要影響因素是氯離子擴(kuò)散系數(shù)，因此，采用偏微分方程的系數(shù)型偏微分方程來進(jìn)行模擬是最好的選擇．系數(shù)型偏微分方程的基本式為：

式（1）中，C為擴(kuò)散系數(shù)；a為吸收系數(shù)；f為源項(xiàng)；ea為質(zhì)量系數(shù)；da為衰減或質(zhì)量系數(shù)；α為守恒通量對(duì)流系數(shù)；β為對(duì)流系數(shù)；γ為守恒通量源．

2）建立物理模型．建立的物理模型主要考慮2個(gè)參數(shù)，即鋼筋直徑及保護(hù)層厚度．混凝土的保護(hù)層厚度對(duì)阻礙鋼筋的腐蝕起著十分重要的作用[10]．首先，增加保護(hù)層的厚度可以明顯地延遲腐蝕介質(zhì)即氯離子到達(dá)鋼筋表面所需的時(shí)間；其次，可以增強(qiáng)抵抗由鋼筋腐蝕造成的脹裂力，但是如果保護(hù)層過厚，會(huì)導(dǎo)致混凝土的裂縫增大．所以，為了防止處于海水環(huán)境中的建筑物過早地發(fā)生鋼筋腐蝕，除了要求混凝土的保護(hù)層有比較好的質(zhì)量外，即擁有高密實(shí)性，還應(yīng)該規(guī)定處于不同環(huán)境中的混凝土的保護(hù)層的最小厚度值．《JTJ-275-2000海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，處于浪濺區(qū)的混凝土的保護(hù)層至少50 mm，而且不應(yīng)超過80～100 mm，過大的保護(hù)層厚度會(huì)影響混凝土的功能，因此本課題對(duì)于保護(hù)層的厚度取值（單位為 mm）為：50、55、60、70、75、80．然后根據(jù)選取的不同鋼筋直徑與保護(hù)層厚度建立物理模型．如圖1所示．c2為鋼筋半徑，c1為鋼筋直徑加保護(hù)層厚度的半徑．

圖1　圓形截面橋墩物理模型圖Fig.1　Circular section piers physicalmodel

3）參數(shù)的確定．以fick第二定律為理論基礎(chǔ)[11-13]，與選取的系數(shù)型偏微分方程相對(duì)應(yīng)，因此首先要確定的是擴(kuò)散系數(shù)．綜合課題所選的材料以及方程可行性考慮，本文選取的日本土木協(xié)會(huì)的一個(gè)預(yù)測(cè)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的公式[14]，如式（2）：

式（2）中：D為氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)，cm2/a；W/C為混凝土水灰比．水灰比是指將砂漿、水泥漿以及混凝土混合料拌制時(shí)，水和水泥的質(zhì)量比．其大小反應(yīng)出混凝土抗氯離子侵蝕的能力[15]《JTJ-275-2000海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，水灰比的最大允許值不能超過0．45．但是水灰比也不可能無限制地小，太小會(huì)導(dǎo)致混凝土無法調(diào)制．因此本課題選取的水灰比為0．28、0．32、0．35、0．38、0．40和0．45．將選取的水灰比代入式（2）得到的氯離子擴(kuò)散系數(shù)，具體見表1，再將該值代入fick第二定律，然后將得到的fick第二定律公式與系數(shù)型偏微分方程的普通式（1）進(jìn)行對(duì)應(yīng)，從而設(shè)定好該模型的參數(shù)．

水灰比　0．28　0．32　0．35　0．38　0．40　0．45擴(kuò)散系數(shù)/（m2·s-1）　3．78×10-13　5．27×10-13　6．65×10-13　8．31×10-13　9．57×10-13　1．33×10-12

4）設(shè)定邊界條件．設(shè)定的邊界條件是混凝土內(nèi)的氯離子濃度和混凝土外的氯離子濃度，而混凝土內(nèi)的氯離子濃度相較于混凝土外的氯離子濃度，其濃度顯得微不足道，因此忽略混凝土內(nèi)的氯離子濃度，即忽略初始氯離子濃度．而混凝土外的混凝土濃度就選取根據(jù)實(shí)際調(diào)查所得的數(shù)據(jù)．具體數(shù)據(jù)如表2．選取北方作為模擬的地點(diǎn)，即邊界條件設(shè)為0．9%．

表2　混凝土表面的氯離子濃度 /%Table2　Concrete sur face ch loride ion concentration/%

5）生成網(wǎng)格．該模型用三角形網(wǎng)格剖分．

6）設(shè)置瞬態(tài)步長(zhǎng)．本課題的模型是建立在一年為一個(gè)單位進(jìn)行觀察，所以設(shè)置時(shí)間為0～50 a，步長(zhǎng)為一年，這樣便于我們觀察每一年氯離子侵蝕的變化以及達(dá)到氯離子濃度極限的時(shí)間．

7）求解．

1.4結(jié)果分析

臨界氯離子濃度是激發(fā)鋼筋銹蝕的前提，只有達(dá)到了臨界氯離子濃度，鋼筋才會(huì)開始銹蝕[16]，不同地區(qū)的不同混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋開始銹蝕的氯離子濃度極限值都不一樣，它受許多因素的影響，例如混凝土的配合比，水泥和摻合料的成分、類型以及摻量，混凝土內(nèi)部的溫度以及含水量，混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)及孔隙率，鋼筋的表面屬性，即組成成分，在孔隙液中的其他物質(zhì)的含量（比如堿性物質(zhì)），以及其它與氯離子滲透有關(guān)的來源等．根據(jù)實(shí)際調(diào)查所得選取數(shù)據(jù)，見表3，由于研究的是北方地區(qū)，所以選取0．06%作為臨界氯離子濃度[17]．

根據(jù)鋼筋的直徑選取了部分水灰比值和保護(hù)層厚度，觀察鋼筋直徑對(duì)誘導(dǎo)期的具體影響，得到表4．

表4　水灰比、保護(hù)層厚度對(duì)誘導(dǎo)期的影響 /aTable4　Influence of the thickness of protection layer,water cem ent ratio for induction period/a

由表4可以得出以下結(jié)論：

1）當(dāng)水灰比一定時(shí)，誘導(dǎo)期隨保護(hù)層厚度的增大而升高．由此可得出：增大保護(hù)層厚度可以顯著提高誘導(dǎo)期；

2）當(dāng)保護(hù)層厚度相同時(shí)，誘導(dǎo)期隨水灰比降低而升高，由此可得：水灰比越低對(duì)誘導(dǎo)期的影響也就越明顯，如當(dāng)保護(hù)層為75 mm時(shí)，水灰比為0．28的誘導(dǎo)期是水灰比為0．45的誘導(dǎo)期的3倍多，這個(gè)影響是十分明顯的．但如前所述，水灰比也不可能無限制地小，太小會(huì)導(dǎo)致混凝土無法調(diào)制．

3）從表4亦可看出誘導(dǎo)期最長(zhǎng)為49 a，即最多49 a以后就會(huì)出現(xiàn)鋼筋腐蝕，如果不及時(shí)處理，損失將會(huì)不斷變得嚴(yán)重；但盡管是最理想的水灰比和保護(hù)層厚度的組合，不加任何涂層，誘導(dǎo)期時(shí)間也是不理想的，正是這個(gè)原因，現(xiàn)在的跨海大橋的混凝土結(jié)構(gòu)都必須使用一定的抗氯離子侵蝕的涂層.

2　某跨海大橋誘導(dǎo)期預(yù)測(cè)

該橋所處海域的水文條件特別復(fù)雜，水流急，而且紊亂、潮差大、涌浪多變，施工條件尤為艱難.其設(shè)計(jì)的使用年限為100 a，由于該橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)處于十分惡劣的海水環(huán)境中，對(duì)混凝土的耐久性要求十分嚴(yán)格，要求所有的結(jié)構(gòu)混凝土具有高度的抗裂能力和抗海水的氯離子滲透的能力，其橋墩設(shè)計(jì)水灰比為0.30.橋墩全部使用的是高性能混凝土，而且將鋼筋的保護(hù)層厚度增加到了75 mm，浪濺區(qū)的平均氯離子濃度為10.787 g/kg[18].

當(dāng)鋼筋出現(xiàn)銹蝕時(shí)，首先出現(xiàn)在最外部的鋼筋，而橋墩是圓柱體，氯離子從外部擴(kuò)散到內(nèi)部是同向的，最外部的每根鋼筋腐蝕情況差不多，因此研究一個(gè)鋼筋的腐蝕情況基本上能代表橋墩的前期腐蝕情況.由于前面模擬的結(jié)果顯示在混凝土耐久性失效的第一階段，鋼筋的直徑大小對(duì)誘導(dǎo)期的長(zhǎng)短基本沒有影響，所以可以任意選取一根鋼筋的直徑，本課題選取的是直徑為50 mm的鋼筋.根據(jù)上面給的信息，對(duì)未加任何表面涂料的橋墩的混凝土結(jié)構(gòu)的氯離子擴(kuò)散情況進(jìn)行模擬，并對(duì)其誘導(dǎo)期進(jìn)行監(jiān)控，得到圖2.

圖2　某跨海大橋橋墩氯離子擴(kuò)散二維繪圖Fig.2　Sea crossing bridge piers of chlorideion diffusion in 2D draw ing group

從圖2可以得出，混凝土表面在不加任何涂層的情況下，氯離子濃度就會(huì)達(dá)到極限，離設(shè)計(jì)的100 a壽命還很遙遠(yuǎn)，對(duì)于橋梁來說十分危險(xiǎn)，再繪制鋼筋表面的點(diǎn)來繪制點(diǎn)繪圖3，觀察氯離子積累的過程.

圖3　某跨海大橋橋墩鋼筋表面一維繪圖組的點(diǎn)繪圖Fig.3　Piers rein forced sur face p lot point one-dim ensional draw ing group

由圖3可以得出：20 a內(nèi)，鋼筋表面的氯離子幾乎沒有，20 a以后氯離子迅速增加；在第41年時(shí)，鋼筋發(fā)生銹蝕，表面的鈍化膜就會(huì)遭到破壞，此時(shí)如果不及時(shí)采取措施，后面的腐蝕速度會(huì)更快.該橋如果沒有在混凝土外加涂料的話，使用年限會(huì)大大地降低，所以在氯離子進(jìn)入到混凝土表面積累到濃度極限的這個(gè)過程必須要控制好.

為了驗(yàn)證該橋模擬一根鋼筋能代表混凝土前期腐蝕情況的可行性，做了一個(gè)簡(jiǎn)略的配筋圖，如圖4所示.

圖4　某跨海大橋橋墩配筋情況Fig.4　Pier rein forcem ent Figure

該橋墩模擬所需的條件與上面的條件一致，根據(jù)所得的結(jié)果選取最外層鋼筋表面的任意4個(gè)點(diǎn)繪制點(diǎn)繪圖，根據(jù)這4個(gè)點(diǎn)分別得到圖5的點(diǎn)繪圖.

圖5　某跨海大橋橋墩任意4個(gè)點(diǎn)鋼筋表面一維繪圖組Fig.5　Steel sur face one-dimensional graphics group for pier any four points

從圖5可以看出，處于最外層鋼筋的腐蝕情況是一致的，而且其受到氯離子侵蝕達(dá)到臨界濃度的年限也與模擬一根鋼筋的模擬結(jié)果是相同的．可見，模擬最外層鋼筋的腐蝕情況能代表橋墩的前期腐蝕情況，和具體配筋形式?jīng)]有關(guān)系．

3　對(duì)某跨海大橋提出建議措施

從前面的模擬結(jié)果可以看出，在浪濺區(qū)的建筑物中氯離子一旦進(jìn)入混凝土，擴(kuò)散就不容易受到控制了，而且腐蝕一旦達(dá)到第一階段，問題就會(huì)變得十分嚴(yán)重，很難控制．

1）從模擬的結(jié)果來看，水灰比的選取極其重要，在不影響混凝土性能的前提下，盡可能地降低水灰比，這樣氯離子擴(kuò)散速度會(huì)減慢，達(dá)到氯離子濃度極限的時(shí)間，即誘導(dǎo)期時(shí)間也會(huì)增長(zhǎng)，建議水灰比設(shè)計(jì)在0．28～0．38之間比較合適；

2）保護(hù)層厚度對(duì)防腐蝕也有著不容忽視的作用，保護(hù)層越厚，誘導(dǎo)期越長(zhǎng)，但是保護(hù)層的厚度也必須受到限制，主要是從2方面來考慮，第1，保護(hù)層太厚會(huì)影響混凝土的性能，第2，經(jīng)費(fèi)的問題．所以盡可能地將保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)為60～80mm比較合適；

3）在完成前面兩點(diǎn)的同時(shí)，混凝土表面也需要涂上一層抗氯離子侵蝕的涂層材料．現(xiàn)在很多國(guó)標(biāo)都規(guī)定了在不同的部位，必須使用具有特殊要求的涂層來進(jìn)行橋梁防腐，而且，目前許多學(xué)者也在研發(fā)關(guān)于抗氯離子侵蝕的新型涂料，因此盡可能地在經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的基礎(chǔ)上用高抗氯離子擴(kuò)散的材料，這樣是使誘導(dǎo)期變長(zhǎng)最直接有效的辦法；

4）使用新型的地質(zhì)聚合物混凝土．現(xiàn)在有很多學(xué)者在研究一種新型的無機(jī)地質(zhì)聚合物．該聚合物以礦渣、工業(yè)的廢渣以及黏土做為主要的原料，經(jīng)過合適的工藝處理后，再在常溫下，通過一系列的化學(xué)反應(yīng)得到的．具有很強(qiáng)的抗氯離子侵蝕、強(qiáng)度高、價(jià)格低廉以及節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)．

4　結(jié)　論

1）考慮到對(duì)鋼筋腐蝕起著決定性作用的因素——氯離子擴(kuò)散系數(shù)，選擇PDE的系數(shù)型偏微分方程模塊建立二維有限元模型，同時(shí)由于處于浪濺區(qū)的海上建筑物腐蝕最為嚴(yán)重，因此本模型建立在浪濺區(qū)背景下研究.

2）基于水灰比對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響，改變水灰比觀察氯離子在鋼筋表面累積到濃度極限即達(dá)到誘導(dǎo)期的時(shí)間，分析出具體影響結(jié)論.實(shí)驗(yàn)表明水灰比越低，氯離子擴(kuò)散得越慢，誘導(dǎo)期越長(zhǎng)，處于浪濺區(qū)的構(gòu)件水灰比最好在0.28～0.38.

3）基于保護(hù)層與氯離子擴(kuò)散的影響，改變保護(hù)層厚度觀察具體影響情況，根據(jù)模擬的結(jié)果和規(guī)定的要求范圍內(nèi)找到合適的保護(hù)層厚度，在浪濺區(qū)的橋墩保護(hù)層在60～80 mm較合適，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且可靠.

4）利用建立的氯離子擴(kuò)散模型對(duì)某跨海大橋的橋墩進(jìn)行了模擬，對(duì)誘導(dǎo)期進(jìn)行了預(yù)測(cè)，與實(shí)際相吻合.

[1]宋立元.海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)氯離子腐蝕耐久性研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[2]趙暢.海洋環(huán)境下高性能混凝土耐久性實(shí)驗(yàn)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2010.

[3]Kassir M K，Ghosn M.Chloride-induced corrosion of reinforced concrete bridge decks[J].Cement and Concrete Research，2002，32（1）：139-143.

[4]Zhang JH，Cheung MSMoe.Modelingofchloride-induced corrosion in reinforced concrete structures[J].Materialsand Structures，2013，46：573-586.

[5]孫雪雁.基于COMSOL的低滲性鹽土內(nèi)設(shè)砂柱洗鹽定量模擬[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45（7）：111-124.

[6]楊蔚為，鄭永來，鄭順.混凝土碳化對(duì)氯離子擴(kuò)散影響試驗(yàn)研究[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2014（4）：93-97.

[7]袁承斌，張德峰，劉榮桂，等.不同應(yīng)力狀態(tài)下混凝土抗氯離子寢室的研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，31（1）：50-54.

[8]劉瑩，藺石柱，董振華，等.混凝土中氯離子擴(kuò)散數(shù)值研究[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（4）：369-373.

[9]董雪煥，貢金鑫.港口工程混凝土結(jié)構(gòu)基于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的使用年限估算[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2012（2）：1-6.

[10]余波.混凝土保護(hù)層對(duì)鋼筋腐蝕機(jī)理及腐蝕速率的影響[J].工業(yè)建筑，2014，44（7）：112-119.

[11]田興長(zhǎng).混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)預(yù)測(cè)的三維數(shù)值模擬法[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2010.

[12]Collepardi M，Marcialis A，Turrizzani R.The kinetics of penetration of chlorideions into the concrete[J].Cementand Concrete Research，1970，1（4）：157-164.

[13]楊建森，王培銘.鹽堿溶液對(duì)混凝土氯離子滲透性能的影響[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，40（12）：207-212.

[14]馮乃謙，邢鋒.混凝土與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[15]江宏，陳宜虎.水灰比過大和過小對(duì)混凝土性能的影響[J].中國(guó)水運(yùn)，2007，7（10）：132-133.

[16]洪定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與保護(hù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.

[17]董桂洪，巴恒靜，王勝年，等.海工混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕實(shí)時(shí)監(jiān)控和耐久性預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2010，（增刊1）：75-79.

[18]王仁貴.跨海大橋總體設(shè)計(jì)[J].公路，2009（5）：11-18.

Num ericalsim ulation of chloride ionsdiffusion at circular cross-section concrete

TANG M inkang1,WANG Ting1,HE Yong1，WANG Lin1,HE Ling1,XIE Haiyang2
(1．School of Resources and Environmental Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China；2．School of Environment and Resource,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621000,China)

Based onmonitoring chloride ion’s induction period by comsol,this paper analyzes themajor factors affecting the induction period of chloride ions,including chloride ions diffusion coefficient,protective layer thickness and chloride ions concentration．The actual affecting model is established by selecting different water-cement ratios,different thickness of the protective layer and chlorine ions concentration．Simulation results show that favorable induction period can be obtained with the following parameters：water cement ratio of 0．28～0．38,and protective layer thickness of 60～80 mm．The monitor model is applied to predict the induction period of the piers of a sea bridge．Suggestions are put forward based on themonitoring results．

chloride ion；diffusion coefficient;water cement ratio;protective layer thickness;induction period; numerical simulation

X913．4

A

10．13264/j．cnki．ysjskx．2015．03．020

2014-11-18

江西省研究生創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（YC2013-S184）

唐敏康（1956-），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)榘踩夹g(shù)及科學(xué)管理等，E-mail：414968719@qq．com．