丁凱倫 孫忠民

(上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093)

0 引言

混凝土是基礎(chǔ)設(shè)施工程中使用最廣泛的材料之一。水泥混凝土是水泥、粗骨料、細(xì)骨料的混合物，它可以允許水和其他化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部與其成分反應(yīng)，其中包括硫酸根離子。硫酸根離子擴(kuò)散進(jìn)入混凝土內(nèi)部與其反應(yīng)生成鈣礬石，鈣礬石可以填充混凝土內(nèi)部的孔隙，這個(gè)可以使混凝土的強(qiáng)度在一定階段內(nèi)得到加強(qiáng)，但隨著擴(kuò)散和反應(yīng)的不斷進(jìn)行，鈣礬石愈發(fā)增多導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，致使裂縫的產(chǎn)生，導(dǎo)致機(jī)械損傷。這種機(jī)械損傷會(huì)使得離子的擴(kuò)散速率增加，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞和最終的破壞[1，2]。因此，硫酸鹽侵蝕是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降的主要因素之一[3]，那么研究硫酸鹽在混凝土中的擴(kuò)散理論模型是研究硫酸鹽侵蝕混凝土的必備條件。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)硫酸根離子在混凝土中的擴(kuò)散理論模型進(jìn)行了大量的研究，并取得了階段性的成果[4-6]。

經(jīng)濟(jì)水平的提升，讓學(xué)生的物質(zhì)生活水平也相應(yīng)提高，尤其是家庭經(jīng)濟(jì)生活水平較高的學(xué)生手中有了更多可供學(xué)生支配的錢(qián)財(cái)。但是，即便是在這種經(jīng)濟(jì)水平背景下，學(xué)生仍然沒(méi)有理財(cái)意識(shí)，節(jié)約意識(shí)更是十分低下，而學(xué)生的消費(fèi)中，也存在一定的從眾心理，往往不管自己的需求，而是看著他人購(gòu)買(mǎi)了某種物品，基于從眾心理，自己也有擁有相應(yīng)的物品，更有部分學(xué)生在消費(fèi)和購(gòu)物中存在求異心理，希望自己的物品時(shí)獨(dú)一無(wú)二、與眾不同的，所以更加崇尚舶來(lái)品，通過(guò)特殊的渠道中購(gòu)買(mǎi)更具個(gè)性化的物品，這也導(dǎo)致了學(xué)生的消費(fèi)出現(xiàn)非理性，購(gòu)買(mǎi)心理畸形的現(xiàn)狀。所以，即便是目前學(xué)生擁有了一定的金錢(qián)，也難以在學(xué)生的節(jié)儉和理財(cái)意識(shí)下保存下來(lái)，而是更多的揮霍。

目前，研究硫酸根離子在混凝土中的擴(kuò)散的方法主要有試驗(yàn)和理論模型。試驗(yàn)方法是通過(guò)控制試驗(yàn)條件在一定濃度或不同濃度的硫酸鹽溶液中，將混凝土試塊浸泡其中，根據(jù)混凝土試件內(nèi)部與溶液接觸面的不同距離，檢測(cè)在不同時(shí)間段混凝土內(nèi)部不同位置的硫酸根離子的濃度及硫酸根離子的擴(kuò)散深度，以及取樣采用電鏡掃描的方法觀察混凝土內(nèi)部鈣礬石產(chǎn)生及發(fā)展的一個(gè)規(guī)律，結(jié)合相關(guān)理論分析混凝土內(nèi)部硫酸根離子濃度、擴(kuò)散時(shí)間、擴(kuò)散深度、外界溶液濃度及鈣礬石含量之間的關(guān)系，從而推測(cè)出硫酸根離子在混凝土內(nèi)部的擴(kuò)散機(jī)理。理論模型方法則是以菲克定律為基礎(chǔ)，結(jié)合質(zhì)量守恒定律，建立擴(kuò)散方程與邊界條件來(lái)模擬離子擴(kuò)散過(guò)程。理論模型是對(duì)試驗(yàn)研究的一種補(bǔ)充。

1 擴(kuò)散理論的研究

寧波大學(xué)的孫超和陳建康基于菲克第二定律和硫酸鹽侵蝕的損傷演化，構(gòu)建了考慮損傷演化和水泥水化影響的硫酸根離子擴(kuò)散模型[7]。該模型中，將損傷度等效成由于離子擴(kuò)散侵蝕混凝土所增加的孔隙度并將其考慮到有效擴(kuò)散系數(shù)中，表明損傷演化的損傷度函數(shù)是整個(gè)擴(kuò)散模型的核心。研究結(jié)果表明若侵蝕溶液濃度越高、混凝土初始孔隙度越大，則硫酸根離子擴(kuò)散越明顯。由于侵蝕損傷演化的存在，離子的擴(kuò)散速率呈現(xiàn)加快趨勢(shì)，并且提出損傷演化過(guò)程可以用硫酸鹽離子濃度和侵蝕時(shí)間的損傷度函數(shù)進(jìn)行描述，相關(guān)參數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。

東南大學(xué)的Zuo X B, Sun W, Li H等結(jié)合理論方法估算了硫酸根離子在硫酸鹽侵蝕環(huán)境作用下的擴(kuò)散—反應(yīng)特性。以菲克第二定律和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)，提出了混凝土中硫酸根離子非線性的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散—反應(yīng)方程[8]，并考慮了混凝土中的變擴(kuò)散系數(shù)和化學(xué)反應(yīng)所消耗的硫酸根離子濃度的影響。利用有限差分法數(shù)值求解混凝土中硫酸根離子的擴(kuò)散—反應(yīng)方程，并用此方法通過(guò)建模分析軟件模擬硫酸鹽離子在混凝土中的擴(kuò)散反應(yīng)過(guò)程中不同位置處的濃度分布。在此理論模型基礎(chǔ)上，利用EDTA方法對(duì)混凝土中硫酸鹽離子濃度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與所提出的模型基本一致。

買(mǎi)車(chē)、全家海外旅行，這些大宗消費(fèi)可能一下子就花掉家庭幾個(gè)月的收入，在相關(guān)的規(guī)劃上要審慎。新婚夫妻最容易出現(xiàn)的就是被甜蜜沖昏頭腦，想到就做，結(jié)果在真正需要用錢(qián)的時(shí)候卻陷入困境。針對(duì)家庭的大宗消費(fèi)，不妨多溝通多商量，看看是否真正需要再作決定。

河道縱向剖面規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)保護(hù)河道與河道、河道與湖塘之間的連通性，不設(shè)或少設(shè)擋水建筑物及構(gòu)筑物。對(duì)河道內(nèi)已建的壅水、阻水或影響河道排澇能力的建筑物，應(yīng)給予改（擴(kuò)）建或拆除。不能拆除的應(yīng)考慮通過(guò)改變運(yùn)營(yíng)方式等保持水流暢通，或修建跌水與魚(yú)道工程。

(1)

hα——水泥水化程度，與水化時(shí)間τ有關(guān)。

綜合以上分析，本文發(fā)現(xiàn)，中美英三方在實(shí)現(xiàn)不同的話(huà)語(yǔ)目的而采取了不同的趨近化語(yǔ)言策略，分別如圖1、圖2和圖3所示。

k——硫酸鹽與水泥水化產(chǎn)物的反應(yīng)速率；

通常情況下，企業(yè)或資產(chǎn)持有人進(jìn)行金融活動(dòng)時(shí)，必須要面臨的是出售時(shí)公允價(jià)格變動(dòng)的問(wèn)題。進(jìn)行交易性金融資產(chǎn)投資，也會(huì)面臨同樣的問(wèn)題。首先，會(huì)計(jì)工作者應(yīng)將公允價(jià)格與賬面價(jià)值進(jìn)行核算，其二者的差值，作為本次交易性金融資產(chǎn)的損益處理。其次，應(yīng)將原持有期價(jià)格，計(jì)入公允價(jià)格變動(dòng)損益的累積額轉(zhuǎn)出，作為投資損益的處理。這樣的核算方式，一方面，可以清晰的展現(xiàn)本次交易性金融資產(chǎn)的費(fèi)用問(wèn)題，以便于最終得出，本次交易性金融資產(chǎn)的盈利或虧損。另一方面，企業(yè)的決策者和資產(chǎn)持有人，可以通過(guò)會(huì)計(jì)核算來(lái)決定是否繼續(xù)投資。

kr——在樣品內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的速率。

2 擴(kuò)散模型的實(shí)例

寧波大學(xué)的孫超和陳建康為了建立基于損傷演化的擴(kuò)散模型[10]，提出了以下兩個(gè)假設(shè)：首先，鋁酸三鈣在與水泥熟料中的石膏反應(yīng)后仍然存在；其次，混凝土材料的開(kāi)裂與破壞主要是由于鈣礬石的膨脹引起的。根據(jù)菲克第二定律，建立了硫酸根離子的擴(kuò)散方程：

(2)

(3)

hα=1-0.5[(1+1.67τ)-0.6+(1+0.29τ)-0.48]

(4)

式中：C——單位體積混凝土中的硫酸根離子的濃度；

x——離混凝土表面的距離；

t——擴(kuò)散時(shí)間；

Deff——硫酸根離子在混凝土中的有效擴(kuò)散系數(shù)；

D——有效擴(kuò)散系數(shù)；

孫超等人對(duì)尺寸為φ45 mm×500 mm的圓柱形混凝土試樣，w/c為0.45，將其浸泡在5%的硫酸鹽溶液中進(jìn)行擴(kuò)散模擬，給出了試樣在60 d，90 d，120 d，150 d，180 d時(shí)的損傷過(guò)程曲線，并與同時(shí)段的沒(méi)有損傷過(guò)程和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，圖2是試樣在60 d和180 d的損傷程度對(duì)比圖，從圖2中可以看出隨著擴(kuò)散不斷進(jìn)行，在考慮到損傷演化程度的剖面濃度相對(duì)于不考慮損傷演化的更與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相接近，說(shuō)明損傷對(duì)硫酸鹽的擴(kuò)散有著重要的影響，可以加速硫酸根離子的擴(kuò)散。

在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的共同努力下，硫酸鹽侵蝕混凝土的擴(kuò)散理論模型得到了完善與發(fā)展，模擬出來(lái)的結(jié)果也更加趨近于試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，相對(duì)于試驗(yàn)方法具有以下優(yōu)勢(shì)：

β——石膏的初始含量；

式中：C——樣品中離子的濃度；

UCA——鋁酸鈣的濃度；

P.Gospodinov, R.Kazandjiev, M.Mironova為了解決硫酸根離子在水泥樣品中進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的同時(shí)，伴隨著化學(xué)反應(yīng)的問(wèn)題[9]。為此設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案：制作一個(gè)100 mm×10 mm×6 mm的長(zhǎng)方體試塊，將其浸泡在濃度為0.515%，容積為200 mL的硫酸溶液中并處于室內(nèi)溫度下；假設(shè)樣品的高H比其他兩個(gè)方向的尺寸要長(zhǎng)很多，因此只考慮水平方向的擴(kuò)散。將沿著x軸和y軸方向的橫截面尺寸用l1和l2表示，由于對(duì)稱(chēng)所以0≤x≤0.5l1,0≤y≤0.5l2。試驗(yàn)方案如圖1所示，假設(shè)在整個(gè)樣品范圍內(nèi)非穩(wěn)態(tài)的質(zhì)量傳遞方程都是有效的，在擴(kuò)散的同時(shí)將化學(xué)反應(yīng)考慮進(jìn)去，得到一個(gè)反應(yīng)擴(kuò)散方程：

學(xué)者Gouder C, Saravanan U基于復(fù)合理論[11-14]框架發(fā)展的基礎(chǔ)上，對(duì)硫酸鹽侵蝕擴(kuò)散模型進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)混凝土內(nèi)部離子的自由能和相互作用勢(shì)能的適當(dāng)選取，模擬了硫酸鹽在混凝土中的擴(kuò)散和反應(yīng)，解決了在混凝土中無(wú)化學(xué)反應(yīng)的硫酸鹽穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的假設(shè)情況，并且將研究結(jié)果與研究混凝土中硫酸鹽擴(kuò)散的常用模型(菲克模型)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果基本一致。通過(guò)對(duì)復(fù)合理論中參數(shù)的適當(dāng)選取，發(fā)現(xiàn)對(duì)硫酸鹽的擴(kuò)散速率分布的預(yù)測(cè)與使用菲克定律進(jìn)行估算的結(jié)果一致，如圖3所示。最后給出了求解穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和反應(yīng)組合問(wèn)題的控制方程并對(duì)此方程進(jìn)行了數(shù)值求解。

3 結(jié)語(yǔ)

1)離子擴(kuò)散與混凝土損傷關(guān)系的確立。當(dāng)硫酸根離子擴(kuò)散進(jìn)入混凝土內(nèi)部時(shí)，將會(huì)與混凝土內(nèi)部的水化產(chǎn)物反應(yīng)生成鈣礬石等孔隙填充物，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，空隙中的填充物不斷累積增加直至填滿(mǎn)空隙，反應(yīng)前期會(huì)使得混凝土的孔隙度減小，密實(shí)度提高，后期當(dāng)空隙填滿(mǎn)后，多余的產(chǎn)物就會(huì)對(duì)孔隙比產(chǎn)生擠壓，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，空隙被擠破，形成裂縫，混凝土內(nèi)部受到損傷，從而離子進(jìn)一步擴(kuò)散。當(dāng)前的擴(kuò)散模型能夠模擬出混凝土中的硫酸根離子濃度與擴(kuò)散深度的關(guān)系，同時(shí)也能建立綜合考慮到水膠比、應(yīng)力比、腐蝕溶液濃度與養(yǎng)護(hù)時(shí)間等因素對(duì)混凝土損傷即損傷度的影響模型。

2)離子濃度分布的確定?；炷林懈鼽c(diǎn)的離子濃度隨時(shí)間的增加而增加，而各點(diǎn)的濃度增長(zhǎng)速率則不同，距離擴(kuò)散源越近,離子濃度增長(zhǎng)的速率越大,反之則增長(zhǎng)緩慢?，F(xiàn)階段的擴(kuò)散模型基本上都能模擬出混凝土內(nèi)部的離子濃度隨擴(kuò)散時(shí)間和截面位置的分布。

同樣也存在以下不足：

網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證條件為: 噴流Majet=1.0， Tjet=300 K， Pjet=0.96 MPa, 來(lái)流Ma∞=2.52， T∞=754 K， P∞=86 kPa. 圖2給出了使用3種網(wǎng)格得到的計(jì)算模型上壁面壓力系數(shù)分布. 觀察可得: 3種網(wǎng)格所得到的上壁面壓力系數(shù)變化趨勢(shì)一致, 其中中等網(wǎng)格和加密網(wǎng)格在數(shù)值上基本一致, 即對(duì)于本文算例, 中等密度的計(jì)算網(wǎng)格即可滿(mǎn)足計(jì)算要求.

1)擴(kuò)散系數(shù)的隨機(jī)性?，F(xiàn)有的擴(kuò)散模型中大多數(shù)在考慮擴(kuò)散系數(shù)的時(shí)候，都當(dāng)作是確定量，實(shí)際上擴(kuò)散系數(shù)與離子濃度、擴(kuò)散時(shí)間、孔隙率等因素有關(guān)，實(shí)際情況下是個(gè)隨機(jī)變化量，隨著擴(kuò)散的不斷深入，擴(kuò)散系數(shù)也不斷的在改變，若采用隨機(jī)擴(kuò)散反應(yīng)方程建立模型時(shí)，建議考慮擴(kuò)散系數(shù)不斷變化而造成的影響，同時(shí)也要考慮反應(yīng)速率的影響。

從聯(lián)盟初創(chuàng)期特征來(lái)看，各BIM聯(lián)盟在分析內(nèi)外部條件基礎(chǔ)上，確定各自戰(zhàn)略目標(biāo)、尋找合作伙伴，簽署聯(lián)盟協(xié)議和綱領(lǐng)文件，設(shè)立專(zhuān)家?guī)?、成立?zhuān)家委員會(huì)，制定發(fā)展規(guī)劃、技術(shù)路線，開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)研究制定、課題研究、人才培養(yǎng)、互動(dòng)交流等工作。但對(duì)于聯(lián)盟技術(shù)突破性創(chuàng)新、全產(chǎn)業(yè)鏈深度合作、利益分配共享、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、資金投入、市場(chǎng)占領(lǐng)等內(nèi)容并未充分涉及。

2)離子擴(kuò)散深度與力學(xué)性能關(guān)系的確定。離子擴(kuò)散造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫未必就會(huì)對(duì)混凝土造成破壞，即離子擴(kuò)散深度達(dá)到何值時(shí)，結(jié)構(gòu)開(kāi)始發(fā)生破壞。目前的擴(kuò)散模型還不能建立起離子擴(kuò)散深度與混凝土力學(xué)性能之間的關(guān)系曲線。