邵偉 史旦達(dá) 李鏡培

摘 要：基于Fick第二擴(kuò)散定律，建立混凝土管樁中考慮環(huán)境溫度和氯離子結(jié)合能力的氯離子擴(kuò)散模型。針對(duì)環(huán)境溫度對(duì)混凝土管樁中氯離子擴(kuò)散性能的影響開展試驗(yàn)研究，將不同水灰比（0.30、0.45和0.55）混凝土管樁置于不同溫度（21、30、50 ℃）的5%氯化鈉鹽霧中，開展為期32 d的浸泡試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和氯離子擴(kuò)散模型，得到不同溫度條件下、不同水灰比混凝土管樁中的自由氯離子濃度分布、表面氯離子濃度、氯離子表觀和有效擴(kuò)散系數(shù)、活化能和氯離子結(jié)合能力值。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著環(huán)境溫度的升高，自由氯離子濃度、表面氯離子濃度、氯離子表觀和有效擴(kuò)散系數(shù)增大。隨著環(huán)境溫度從21 ℃升高到30 ℃，氯離子結(jié)合能力顯著增加，但隨著環(huán)境溫度從30 ℃升高到50 ℃，氯離子結(jié)合能力卻略有減小。由于表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)的對(duì)數(shù)與環(huán)境絕對(duì)溫度的倒數(shù)呈線性變化規(guī)律，因此，可推斷氯離子在混凝土管樁中的擴(kuò)散符合Arrhenius理論。

關(guān)鍵詞：環(huán)境溫度;氯離子擴(kuò)散;鋼筋混凝土管樁;氯離子

中圖分類號(hào)：TU473.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：2096-6717（2019）02-0012-08

Abstract：Based on Ficks second law of diffusion， the chloride diffusion equation in reinforced concrete （RC） pipe pile was developed considering the effects of environment temperature and chloride binding. The experimental study on the effect of environment temperature on chloride diffusion in RC pipe pile was conducted in this paper. RC pipe piles with different water-to-cement （w/c） ratios （0.30， 0.45 and 0.55） were exposed to 5% chloride salt spray for 32 days at different exposure temperatures （21， 30， 50 ℃）. Based on the experimental results and proposed model， the chloride concentration profiles， surface chloride concentration， apparent and effective diffusion coefficients， activation energy and binding capacity values of RC pipe piles with different w/c ratios at different exposure temperatures were explored. The experimental results show that the free chloride concentration， surface chloride concentration， apparent and effective diffusion coefficients increase with the environment temperature. The binding capacity increases significantly with the increase of environment temperature from 21 to 30 ℃. However， the binding capacity decreases slightly when the environment temperature increases from 30 to 50 ℃. It could be concluded that the chloride diffusion into RC pipe pile follows the Arrhenius theory due to the linear distribution of the log-variation of apparent diffusion coefficient with the inverse of absolute temperature.

Keywords：environment temperature; chloride diffusion; reinforced concrete pipe pile; chloride

服役于沿海地區(qū)的鋼筋混凝土管樁經(jīng)常遭受強(qiáng)烈的季節(jié)性溫度變化，這對(duì)鋼筋混凝土管樁中氯離子擴(kuò)散性能影響較大。首先，環(huán)境溫度的升高引起分子運(yùn)動(dòng)速度加快，進(jìn)而加速了氯離子在混凝土中的擴(kuò)散。其次，環(huán)境溫度的升高引起氯離子的熱運(yùn)動(dòng)加快，進(jìn)而導(dǎo)致氯離子物理結(jié)合能力下降。相反，環(huán)境溫度的升高加快了化學(xué)反應(yīng)的速率，因而增大了氯離子的化學(xué)結(jié)合能力[1-2]。因此，研究環(huán)境溫度對(duì)氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋混凝土管樁中氯離子擴(kuò)散性能的影響具有重要意義。

目前，學(xué)者們已針對(duì)環(huán)境溫度對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子擴(kuò)散性能的影響開展了大量理論和試驗(yàn)研究。魯彩鳳等[3]基于氯離子在非飽和多孔介質(zhì)中的傳輸機(jī)理，研究了海洋大氣環(huán)境下氯離子在粉煤灰混凝土中的傳輸規(guī)律，探討了環(huán)境溫度和相對(duì)濕度對(duì)氯離子傳輸速率的影響。劉毅[4]推導(dǎo)了考慮溫度影響的氯離子擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算公式，并得到了混凝土中氯離子擴(kuò)散的活化能值。張偉平等[5]開展了不同侵蝕角度、氯化鈉溶液質(zhì)量濃度、環(huán)境溫度、應(yīng)力水平下的混凝土鹽霧加速侵蝕試驗(yàn)，探討了不同環(huán)境條件下氯離子在混凝土中的擴(kuò)散規(guī)律。徐文冰等[6]基于炎熱氣候條件下氯鹽對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕機(jī)理，研究了環(huán)境溫度對(duì)混凝土氯離子擴(kuò)散性能的影響。楊海成等[7]通過開展混凝土在不同環(huán)境溫度和養(yǎng)護(hù)齡期的室內(nèi)鹽水浸泡試驗(yàn)，研究了環(huán)境溫度和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)普通混凝土和高性能混凝土氯離子侵蝕規(guī)律的影響。Oh等[8]基于氯離子擴(kuò)散機(jī)理，建立了考慮溫度、齡期、相對(duì)濕度、氯離子結(jié)合能力、對(duì)流等因素的氯離子傳輸模型，并開展了混凝土的浸泡試驗(yàn)對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證。Samson等[9]從溫度場(chǎng)、溫度對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響以及溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響等方面研究了環(huán)境溫度對(duì)水泥基材料中氯離子傳輸?shù)挠绊?。Care[10]和Nguyen等[11]通過對(duì)不同水灰比水泥基材料開展不同溫度條件下氯離子擴(kuò)散試驗(yàn)，研究了環(huán)境溫度對(duì)水泥基材料中氯離子擴(kuò)散性能的影響。Isteita等[12]基于新試驗(yàn)技術(shù)對(duì)不同水灰比和不同溫度梯度條件下混凝土中氯離子擴(kuò)散性能開展了系統(tǒng)性的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，當(dāng)溫度梯度與氯離子濃度梯度同向時(shí)，溫度的升高會(huì)顯著加速氯離子在混凝土中的擴(kuò)散過程。但上述研究主要針對(duì)環(huán)境溫度對(duì)暴露于水下區(qū)域普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子擴(kuò)散性能的影響，關(guān)于溫度對(duì)海洋大氣腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土管樁中氯離子擴(kuò)散性能的影響還少有報(bào)道。因此，有必要對(duì)此進(jìn)行更加深入的研究。

本文建立了混凝土管樁中考慮環(huán)境溫度和氯離子結(jié)合能力的氯離子擴(kuò)散模型，通過對(duì)不同環(huán)境溫度條件下不同水灰比鋼筋混凝土管樁進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)，模擬了海洋大氣腐蝕環(huán)境下混凝土管樁中氯離子的擴(kuò)散過程。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和氯離子擴(kuò)散模型，得到了不同環(huán)境溫度條件下不同水灰比鋼筋混凝土管樁中的自由氯離子濃度分布、表面氯離子濃度、氯離子表觀和有效擴(kuò)散系數(shù)、活化能和氯離子結(jié)合能力值?；谏鲜鲈囼?yàn)結(jié)果，分析研究了環(huán)境溫度對(duì)海洋大氣腐蝕環(huán)境下混凝土管樁氯離子擴(kuò)散性能的影響。

1 氯離子擴(kuò)散模型

基于Fick第二擴(kuò)散定律，混凝土管樁中氯離子的擴(kuò)散方程為[13]

式中：Ct為總氯離子濃度，kg/m3;t為暴露時(shí)間;r為管樁的徑向半徑，m;Dc為氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;we為蒸發(fā)水含量，%;Cf為孔隙溶液中的自由氯離子濃度，kg/m3。總氯離子濃度（Ct）、結(jié)合氯離子濃度（Cb）和自由氯離子濃度（Cf）之間的關(guān)系為[14]

將式（2）代入式（1），可得以自由氯離子濃度表示的混凝土管樁中氯離子擴(kuò)散方程。

式（3）可改寫為

其中

式中：Da為氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;Cb/Cf為膠凝材料對(duì)氯離子的結(jié)合能力，被定義為結(jié)合氯離子與自由氯離子關(guān)系曲線的斜率，用來表征膠凝材料中自由氯離子與結(jié)合氯離子之間的平衡關(guān)系。假定結(jié)合氯離子和自由氯離子之間為線性關(guān)系，即在某一溫度條件下氯離子結(jié)合能力為常數(shù)?；谏鲜黾俣ǎ入x子結(jié)合能力可表達(dá)為

式（7）中蒸發(fā)水含量（we）可利用式（8）進(jìn)行估算[15]。

式中：C、k和Vm分別為與溫度、水灰比（w/c）和混凝土水化程度相關(guān)的參數(shù)。Xi等[16]通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，給出了te ≥ 5 d且0.3

式中：T為混凝土內(nèi)的當(dāng)前絕對(duì)溫度，K;te為混凝土水化時(shí)間，d;Nct和Vct為與水泥類型相關(guān)的參數(shù)，本文取Nct =Vct=1.0。式（7）中氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)Dc與環(huán)境溫度相關(guān)，考慮環(huán)境溫度影響的氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)可以表示為[17]

Dc=Dc，refexpEaR1Tref-1T（13）

式中：Dc，ref為氯離子在參考溫度時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;Ea為氯離子在管樁擴(kuò)散過程中的活化能，kJ/mol;R為理想氣體常數(shù)，8.31×10-3 kJ/（mol·K-1）;Tref為參考溫度，Tref=296 K?；诖罅康脑囼?yàn)和分析方法，學(xué)者們提出大量模型來評(píng)估氯離子在參考溫度時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)。一般認(rèn)為，氯離子在參考溫度時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)主要受水灰比的影響。本文采用式（14）來評(píng)估氯離子在參考溫度時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)[18]。

假定鋼筋混凝土管樁初始氯離子濃度為零，管樁內(nèi)、外保護(hù)層均處于氯離子環(huán)境中，基于上述假設(shè)，式（4）的初始和邊界條件為

式中：a和b分別為混凝土管樁的內(nèi)、外半徑;Cs為管樁內(nèi)、外側(cè)的表面氯離子濃度，kg/m3。假定表面氯離子濃度為不依賴于時(shí)間的常數(shù)，則可得式（4）的解為

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)材料與試件制備

試驗(yàn)采用水泥為52.5級(jí)硅酸鹽水泥，澆筑用水為普通自來水，細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0的河砂，表觀密度為2 640 kg/m3，連續(xù)級(jí)配。粗骨料采用粒徑為5～20 mm的石灰?guī)r碎石，表觀密度為2 760 kg/m3，連續(xù)級(jí)配。試驗(yàn)制作3種不同水灰比（w/c=0.30、0.45和0.55）的混凝土管樁試件，試件的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)配合比如表1所示。試驗(yàn)所采用的混凝土管樁外直徑為600 mm，內(nèi)直徑為400 mm，壁厚為100 mm，高度為100 mm。采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，并用振動(dòng)臺(tái)振搗密實(shí)?；炷凉軜对嚰仓?4 h拆模，然后，將管樁試件放入溫度為20 ℃±2 ℃、濕度為95%±5%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28 d。為了確保氯離子只發(fā)生徑向擴(kuò)散，將混凝土管樁試件的上下表面用環(huán)氧涂層進(jìn)行處理。

2.2 鹽霧腐蝕試驗(yàn)

為了模擬大氣腐蝕環(huán)境，通過對(duì)混凝土管樁進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)來評(píng)估環(huán)境溫度對(duì)混凝土管樁中氯離子擴(kuò)散性能的影響。將管樁試件放置于濃度為5%的氯化鈉鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱中進(jìn)行不同溫度條件下（21、30、50 ℃）的鹽霧腐蝕試驗(yàn)。鹽霧溶液采用純度為99.9%的分析純氯鹽和蒸餾水配置而成。在試驗(yàn)過程中，環(huán)境溫度和相對(duì)濕度可以通過腐蝕試驗(yàn)箱進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，設(shè)定相對(duì)濕度為85%，鹽霧的噴霧速率為2 cm3/s。侵蝕32 d后，將試件從鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱中取出，然后對(duì)其進(jìn)行水溶性氯離子（自由氯離子）濃度測(cè)定。

2.3 氯離子含量測(cè)定

浸泡周期完成后，將管樁試件從鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱中取出并風(fēng)干后，用混凝土小型鉆機(jī)對(duì)管樁試件進(jìn)行逐層磨粉取樣，鉆孔設(shè)備為小型鉆機(jī)，合金鉆頭為6 mm，對(duì)每個(gè)試件用鉆頭取3個(gè)位置，分別在離暴露表面1、5、15、25、35 mm深度處進(jìn)行粉末樣品取樣，然后將粉末樣品置于105 ℃±5 ℃烘箱中烘2 h，取出后放入干燥器中冷卻至室溫，接著將粉末樣品收集在封閉的塑料袋中備用;最后，從不同深度處的粉末樣品中取5 g的粉末樣品浸泡于30 mL的去離子水中，攪勻后靜置48 h，然后，通過電位滴定法測(cè)定各個(gè)深度處的自由氯離子濃度。當(dāng)確定自由氯離子濃度分布后，結(jié)合式（16）對(duì)氯離子濃度分布曲線進(jìn)行擬合，得到不同配比管樁試件的表面氯離子濃度Cs和表觀擴(kuò)散系數(shù)Da參數(shù)值。然后，利用式（13）計(jì)算氯離子擴(kuò)散過程中的活化能值Ea，利用式（13）和式（14）計(jì)算氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)Dc。利用式（8）計(jì)算得到蒸發(fā)水含量we值后，可利用式（7）計(jì)算得到氯離子結(jié)合能力α。主要參數(shù)的具體計(jì)算過程如圖1所示。基于上述試驗(yàn)結(jié)果，分析研究環(huán)境溫度對(duì)海洋大氣腐蝕環(huán)境下混凝土管樁氯離子擴(kuò)散性能的影響。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 氯離子濃度分布

圖2給出了暴露于鹽霧腐蝕環(huán)境32 d后，不同溫度條件下，不同水灰比管樁中的自由氯離子濃度分布。管樁中的自由氯離子濃度沿著暴露深度呈逐漸遞減的趨勢(shì)。環(huán)境溫度越大，相同深度處的自由氯離子濃度越大。對(duì)于水灰比為0.30的管樁，當(dāng)環(huán)境溫度從21 ℃升高到50 ℃時(shí)，1 mm深度處的氯離子濃度從0.16%逐漸增加到0.26%。對(duì)于水灰比為0.55的管樁，當(dāng)環(huán)境溫度從21 ℃升高到50 ℃時(shí)，1 mm深度處的氯離子濃度分別從0.18%逐漸增加到0.31%。在其他深度處，環(huán)境溫度對(duì)氯離子濃度的影響呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律。因而，環(huán)境溫度被認(rèn)為是影響管樁中氯離子濃度分布的重要因素之一。此外，對(duì)比相同溫度條件下不同水灰比管樁中的氯離子濃度分布，可以發(fā)現(xiàn)，在相同深度處，管樁混凝土水灰比越大，管樁中自由氯離子濃度也越大。這意味著水灰比對(duì)氯離子在管樁中的擴(kuò)散也有顯著的影響。

3.2 表面氯離子濃度

假定表面氯離子濃度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)均為獨(dú)立變量，則表面氯離子濃度可以通過對(duì)氯離子濃度分布曲線進(jìn)行擬合得到[19-20]。不同溫度條件下，不同水灰比管樁的表面氯離子濃度擬合值見表2。圖3給出了不同水灰比管樁的表面氯離子濃度隨環(huán)境溫度的變化曲線。隨著環(huán)境溫度的升高，表面氯離子濃度增大。這是由溫度升高所引起的管樁表面鹽水分子與水泥漿之間的強(qiáng)結(jié)合所引起的。此外，對(duì)比相同溫度條件下，不同水灰比管樁的表面氯離子濃度，可以發(fā)現(xiàn)：在相同溫度條件下，水灰比越大，表面氯離子濃度越大。這是由不同水灰比所引起的不同孔隙結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的。對(duì)于水灰比更大的管樁，其孔隙結(jié)構(gòu)較疏松，因而導(dǎo)致較多的氯離子附著在管樁表面。

3.3 氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)

將自由氯離子濃度分布與式（16）進(jìn)行擬合，可得到氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)。表2給出了不同溫度條件下不同水灰比鋼筋混凝土管樁的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。由表2可知：當(dāng)環(huán)境溫度從21 ℃升高到50 ℃時(shí)，氯離子在水灰比分別為0.30、0.45和0.55的管樁中的表觀擴(kuò)散系數(shù)分別增加了3.18、2.96和3.06倍。這是因?yàn)榄h(huán)境溫度的升高增大了氯離子在混凝土孔隙中的擴(kuò)散速率，因而減小了水分子在混凝土表面的等待時(shí)間，進(jìn)而增大了氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)。因此，由于氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)的增大，服役于炎熱地區(qū)的鋼筋混凝土管樁劣化更快。此外，圖4給出了不同水灰比混凝土管樁中氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律。氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)隨著環(huán)境溫度的升高逐漸增大。水灰比越大，環(huán)境溫度對(duì)氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響也越大。換言之，水灰比越小的管樁對(duì)環(huán)境溫度的升高越不敏感。因而，隨著環(huán)境溫度的升高，氯離子在水灰比越大的管樁中擴(kuò)散越快。

3.4 氯離子擴(kuò)散活化能

活化能是評(píng)估不同溫度條件下氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)的最重要參數(shù)[21]。圖5給出了不同水灰比條件下混凝土管樁的Arrhenius曲線。表觀擴(kuò)散系數(shù)的對(duì)數(shù)與環(huán)境溫度的倒數(shù)呈線性變化。因而，可以推斷氯離子在鋼筋混凝土管樁中擴(kuò)散符合Arrhenius理論。

通過計(jì)算圖5中曲線的斜率，可以得到不同水灰比條件下氯離子在管樁中擴(kuò)散過程中的活化能值，見表2。由表2可知：水灰比為0.30時(shí)，氯離子在管樁中擴(kuò)散過程中活化能值大于水灰比為0.45和0.55時(shí)的管樁活化能值，但水灰比對(duì)活化能的影響無明確變化趨勢(shì)。所得到的活化能能夠用于計(jì)算不同溫度條件下的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

3.5 氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)

依據(jù)式（13）和式（14），可以得到不同溫度條件下不同水灰比混凝土管樁中的氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)，見表2。圖6給出了不同水灰比混凝土管樁中氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律。氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)隨著環(huán)境溫度的升高逐漸增大。當(dāng)環(huán)境溫度從21 ℃升高到50 ℃時(shí)，氯離子在水灰比分別為0.30、0.45和0.55的管樁中的有效擴(kuò)散系數(shù)分別增加了3.41、3.14和3.18倍。此外，從圖中也可以看出，在相同環(huán)境溫度條件下，混凝土管樁水灰比越大，氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)也越大。

3.6 氯離子結(jié)合能力

根據(jù)氯離子表觀和有效擴(kuò)散系數(shù)，可以計(jì)算得到不同溫度條件下，不同水灰比混凝土管樁的氯離子結(jié)合能力，計(jì)算結(jié)果見表2。圖7給出了不同水灰比混凝土管樁中氯離子結(jié)合能力隨環(huán)境溫度的變化曲線。隨著環(huán)境溫度從21 ℃升高到30 ℃，混凝土管樁的氯離子結(jié)合能力呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。具體地，對(duì)于水灰比分別為0.30、0.45和0.55的混凝土管樁，隨著環(huán)境溫度從21 ℃升高到30 ℃，氯離子結(jié)合能力從0.369、1.014和1.715分別增大到0.503、1.265和1.893。但隨著環(huán)境溫度從30 ℃升高到50 ℃，氯離子結(jié)合能力略有下降。對(duì)于水灰比分別為0.30、0.45和0.55的混凝土管樁，隨著環(huán)境溫度從30 ℃升高到50 ℃，氯離子結(jié)合能力從0.503、1.265和1.893分別減小到0.395、1.063和1.755。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因在于：環(huán)境溫度的升高引起氯離子的熱運(yùn)動(dòng)加快，進(jìn)而導(dǎo)致氯離子物理吸附作用下降;相反地，溫度的升高也可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，因而能夠增大氯離子化學(xué)結(jié)合能力。當(dāng)環(huán)境溫度小幅度升高時(shí)，氯離子化學(xué)結(jié)合能力的增大幅度大于氯離子物理吸附作用的下降幅度，因而導(dǎo)致氯離子結(jié)合能力逐漸增大;但當(dāng)環(huán)境溫度繼續(xù)升高時(shí)，氯離子物理吸附作用的下降幅度略大于氯離子化學(xué)結(jié)合能力，因而導(dǎo)致氯離子結(jié)合能力略有下降。

此外，水灰比對(duì)氯離子結(jié)合能力也有顯著的影響。在相同環(huán)境溫度條件下，水灰比越大的混凝土管樁，氯離子結(jié)合能力也相對(duì)較大。當(dāng)環(huán)境溫度為30 ℃時(shí)，對(duì)比水灰比為0.30的混凝土管樁，水灰比分別為0.45和0.55的混凝土管樁中氯離子結(jié)合能力值分別增大了151.5%和276.3%。其原因是，一方面，水灰比越大，混凝土中水泥的水化程度越高，生成的水化產(chǎn)物越多，從而提高了氯離子化學(xué)結(jié)合能力;另一方面，水灰比越大的混凝土，其孔結(jié)構(gòu)較疏松，毛細(xì)孔較多，孔隙表面對(duì)氯離子的物理吸附作用更加顯著。因此，水灰比越大時(shí)，混凝土的氯離子結(jié)合能力也就越強(qiáng)。

4 結(jié)論

建立混凝土管樁中考慮環(huán)境溫度和氯離子結(jié)合能力的氯離子擴(kuò)散模型，通過對(duì)不同環(huán)境溫度條件下不同水灰比鋼筋混凝土管樁進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)，模擬了海洋大氣腐蝕環(huán)境下混凝土管樁中氯離子的擴(kuò)散過程。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和氯離子擴(kuò)散模型，得到了不同環(huán)境溫度條件下不同水灰比鋼筋混凝土管樁中的自由氯離子濃度分布、表面氯離子濃度、氯離子表觀和有效擴(kuò)散系數(shù)、活化能和氯離子結(jié)合能力值?；谏鲜鲈囼?yàn)結(jié)果，分析研究環(huán)境溫度對(duì)海洋大氣腐蝕環(huán)境下混凝土管樁氯離子擴(kuò)散性能的影響。由分析結(jié)果可得到以下結(jié)論：

1）環(huán)境溫度對(duì)表面氯離子濃度、氯離子表觀和有效擴(kuò)散系數(shù)有較大影響。隨著環(huán)境溫度的升高，表面氯離子濃度、氯離子表觀和有效擴(kuò)散系數(shù)增大。隨著環(huán)境溫度從21 ℃升高到30 ℃，氯離子結(jié)合能力顯著增加，但隨著環(huán)境溫度從30 ℃升高到50 ℃，氯離子結(jié)合能力略有減小。

2）在相同環(huán)境溫度條件下，管樁水灰比越大，相同深度處的自由氯離子濃度越大，且表面氯離子濃度、氯離子表觀和有效擴(kuò)散系數(shù)以及氯離子結(jié)合能力也越大。

3）表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)的對(duì)數(shù)與環(huán)境絕對(duì)溫度的倒數(shù)呈線性變化規(guī)律。據(jù)此可以推斷，氯離子在管樁中的擴(kuò)散符合Arrhenius理論。

參考文獻(xiàn)：

[1] YUAN Q， SHI C J， DE SCHUTTER G， et al. Chloride binding of cement-based materials subjected to external chloride environment-A review [J]. Construction and Building Materials， 2009， 23（1）： 1-13.

[2] PANESAR D K， CHIDIAC S E. Effect of cold temperature on the chloride-binding capacity of cement [J]. Journal of Cold Regions Engineering， 2011， 25（4）： 133-144.

[3] 魯彩鳳， 袁迎曙， 季海霞， 等. 海洋大氣中氯離子在粉煤灰混凝土中的傳輸規(guī)律[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2012， 46（4）： 681-690.

LU C F， YUAN Y S， JI H X， et al. Chloride ion transport in fly ash concrete under marine atmospheric environment [J]. Journal of Zhejiang University （Engineering Science）， 2012， 46（4）： 681-690. （in Chinese）

[4] 劉毅. 混凝土中溫度對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響分析[J]. 佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2013， 31（3）： 325-327， 332.

LIU Y. Analysis on the influence of temperature on chloride ion diffusion in the concrete [J]. Journal of Jiamusi University （Natural Science Edition）， 2013， 31（3）： 325-327， 332. （in Chinese）

[5] 張偉平， 張慶章， 顧祥林， 等. 環(huán)境條件和應(yīng)力水平對(duì)混凝土中氯離子傳輸?shù)挠绊慬J]. 江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2013， 34（1）： 101-106.

ZHANG W P， ZHANG Q Z， GU X L， et al. Effects of environmental conditions and stress level on chloride ion transport in concrete [J]. Journal of Jiangsu University （Natural Science Edition）， 2013， 34（1）： 101-106. （in Chinese）

[6] 徐文冰， 孫策， 李進(jìn)輝， 等. 溫度對(duì)海工混凝土抗氯離子侵蝕性能的影響及壽命預(yù)測(cè)[J]. 公路， 2014，59（10）： 50-54.

XU W B， SUN C， LI J H， et al. Influence of temperature on marine concrete anti-chloride corrosion ability and analysis on life forecast [J]. Highway， 2014，59（10）： 50-54. （in Chinese）

[7] 楊海成， 杜安民， 范志宏， 等. 溫度對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散性能的影響[J]. 水運(yùn)工程， 2015（10）： 20-26.

YANG H C， DU A M， FAN Z H， et al. Influence of exposure temperature on chloride diffusion in concrete [J]. Port & Waterway Engineering， 2015（10）： 20-26. （in Chinese）

[8] OH B H， JANG S Y. Effects of material and environmental parameters on chloride penetration profiles in concrete structures [J]. Cement and Concrete Research， 2007， 37（1）： 47-53.

[9] SAMSON E， MARCHAND J. Modeling the effect of temperature on ionic transport in cementitious materials [J]. Cement and Concrete Research， 2007， 37（3）： 455-468.

[10] CAR S. Effect of temperature on porosity and on chloride diffusion in cement pastes [J]. Construction and Building Materials， 2008， 22（7）： 1560-1573.

[11] NGUYEN T S， LORENTE S， CARCASSES M. Effect of the environment temperature on the chloride diffusion through CEM-1 and CEM-V mortars： An experimental study [J]. Construction and Building Materials， 2009， 23（2）： 795-803.

[12] ISTEITA M， XI Y P.The effect of temperature variation on chloride penetration in concrete [J]. Construction and Building Materials， 2017， 156： 73-82.

[13] VAL D V， TRAPPER P A. Probabilistic evaluation of initiation time of chloride-induced corrosion [J]. Reliability Engineering & System Safety， 2008， 93： 364-372.

[14] HWANG C C. Analysis of diffusion and extraction in hollow cylinders for some boundary conditions [J]. IOSR Journal of Engineering， 2012， 2（8）： 141-151.

[15] SHAZALI M A， RAHMAN M K， AL-GADHIB A H， et al. Transport modeling of chlorides with binding in concrete [J]. Arabian Journal for Science and Engineering， 2012， 37（2）：469-479.

[16] XI Y P， BAANT Z P， JENNINGS H M. Moisture diffusion in cementitious materials Adsorption isotherms [J]. Advanced Cement Based Materials， 1994， 1（6）： 248-257.

[17] DOUSTI A， RASHETNIA R， AHMADI B， et al. Influence of exposure temperature on chloride diffusion in concretes incorporating silica fume or natural zeolite [J]. Construction and Building Materials， 2013， 49： 393-399.

[18] THOMAS M D A， BENTZ E C. Life-365 service life prediction model and computer program for predicting the service life and life-cycle costs of reinforced concrete exposed to chlorides [R]. Life-365 Consortium I， 2000.

[19] SONG H W， LEE C H， ANN K Y. Factors influencing chloride transport in concrete structures exposed to marine environments [J]. Cement and Concrete Composites， 2008， 30（2）： 113-121.

[20] ANN K Y， AHN J H， RYOU J S. The importance of chloride content at the concrete surface in assessing the time to corrosion of steel in concrete structures [J]. Construction and Building Materials， 2009， 23（1）： 239-245.

[21] OTSUKI N， MADLANGBAYAN M S， NISHIDA T， et al. Temperature dependency of chloride induced corrosion in concrete [J]. Journal of Advanced Concrete Technology， 2009， 7（1）： 41-50.

（編輯 王秀玲）