[发明专利]考虑硫酸盐化学损伤效应的混凝土中氯离子传输评估方法

权利要求书

1.考虑硫酸盐化学损伤效应的混凝土中氯离子传输评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立硫酸盐作用下混凝土内部氯离子传输模型；

由于硫酸根和氯离子和水泥水化产物会发生化学反应，考虑到硫酸盐反应和氯离子结合是一种动力学过程，对于硫酸盐作用下混凝土内部氯离子传输模型和硫酸盐扩散反应模型为：

其中，和分别是混凝土中游离态硫酸根和氯离子浓度，是氯离子的扩散系数，是硫酸根离子扩散系数，t是暴露时间，k₁，k₂和k_j是化学反应速率常数，是混凝土孔溶液中钙离子浓度，和分别是混凝土孔溶液中硫酸根和氯离子活度，k_b是氯离子结合速率常数，是硫酸根离子浓度梯度影响下的氯离子结合速率常数，是结合氯离子浓度，是氯离子结合与释放达到平衡状态时氯离子结合量，是外部溶液中硫酸根离子浓度，是孔隙率，c_CA是等效铝酸钙剩余量，是已反应的硫酸根离子浓度，q是石膏形式的硫酸盐相的化学计量加权系数，c_j是各类铝酸钙剩余量，a_j是二次石膏的化学计量数；

步骤2、建立温度场作用下混凝土内部氯离子传输模型；

(1)考虑温度影响氯离子结合速率，对步骤1中进行如下修正：

(2)温度影响下硫酸根离子反应速率，表述如下：

(3)温度影响下离子的迁移速率，表述如下：

(4)温度梯度会影响氯离子在混凝土内部的扩散，于是，在氯离子传输模型的扩散项中引入了温度梯度效应，进而由温度场控制的氯离子传输模型有如下表述：

其中，是复合因素作用下平衡状态时氯离子结合量，a为结合参数，f_t是时间因子，H_t是考虑温度的氯离子结合修正因素，H_b是考虑凝胶含量和孔隙率的氯离子结合修正因素，E_b是氯离子的结合活化能，E_a是硫酸根离子的反应活化能，D₀是初始扩散系数，k₁′和k₂′是温度影响下的化学反应速率常数，D₀′是温度影响下的离子迁移速率，R是气体常数，T是温度，T_ref是温度的参考值，b是活化能控制的参数；

步骤3、硫酸盐和温度场耦合作用下混凝土内部氯离子传输模型；

(1)结合步骤2中扩散项所考虑的温度效应，将步骤1中硫酸根离子扩散反应模型进行如下变换：

(2)结合步骤2中温度场控制方程以及氯离子传输模型，得到硫酸盐和温度场耦合作用下混凝土内部氯离子传输模型为：

其中，和分别是温度影响下硫酸根和氯离子扩散系数，ρ是混凝土密度，C_p是热容，κ是多孔材料的导热系数，D_min是钙矾石填充孔隙的最小扩散系数，β_D是形状因子，C_d是裂纹密度，D_p是渗流区考虑传导渗流和刚性渗流的扩散系数，是初始孔隙率。

2.根据权利要求1所述的考虑硫酸盐化学损伤效应的混凝土中氯离子传输评估方法，其特征在于：所述步骤1中，当氯离子的动力学结合过程达到平衡状态时，考虑时间因素和凝胶含量的氯离子结合量有如下表述：

其中，是暴露表面的氯离子浓度，W_gel是凝胶含量，是考虑硫酸根离子消耗铝酸三钙的混凝土孔隙率。

3.根据权利要求2所述的考虑硫酸盐化学损伤效应的混凝土中氯离子传输评估方法，其特征在于：所述步骤1中，鉴于铝酸三钙既能够被氯离子消耗，又可以与硫酸根反应，将考虑硫酸根离子消耗铝酸三钙的混凝土孔隙率采用如下形式计算：

其中，是铝酸三钙摩尔浓度，是铝酸三钙的密度，C₃A^R是已反应的铝酸三钙含量，c_CA0是初始铝酸钙含量，是铝酸三钙剩余量，这里初始铝酸钙含量等于初始铝酸三钙含量。

4.根据权利要求1所述的考虑硫酸盐化学损伤效应的混凝土中氯离子传输评估方法，其特征在于：所述步骤1中所涉及的氯离子的扩散系数和硫酸根离子扩散系数有如下表述：

其中，ε_th是微裂纹形成初期和线弹性扩展结束时的临界应变，ε是线性应变，是混凝土中膨胀产物造成的体积变化，f是在膨胀之前填充初始毛细孔中的体积分数，D_min是钙矾石填充孔隙的最小扩散系数，D₀是初始扩散系数，F是法拉第常数，z是化合价，α是水泥水化程度，f_c是水泥的体积分数，w/c是水灰比，α_s是膨胀参数，c_CA是铝酸钙的剩余量，Λ是离子的摩尔电导率。