混凝土氯离子富集现象及形成机理

氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是导致混凝土结构服役性能劣化和使用寿命缩短的主要原因。其中，干湿交替环境下氯离子侵蚀最为严重，因此该环境下的氯离子传输规律与分布特征对于混凝土结构耐久性研究具有重要意义。由于干湿交替条件下影响表层氯离子传输的机制较为复杂，包括扩散、毛细吸附、水分蒸发及碳化等，因此该条件下的氯离子含量并不总是随着暴露深度的增大而单调递减。大量研究发现干湿交替环境下混凝土表层存在氯离子富集现象，即随着距暴露面深度的增大，氯离子含量先增大，氯离子浓度在表层某深度处达到最大值后，开始降低直至为零。富集现象的出现严重影响了基于传统扩散方程拟合曲线并进行寿命预测的准确性，而且干湿交替环境下富集现象形成的根本机制仍未明确。因此，本书基于宏观试验和微观分析并结合数值计算研究了富集现象的演变规律，解析了氯离子富集现象形成的机理。 本书是在国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的支持下完成的。全书共分8章： 第1章概述了混凝土耐久性相关问题、氯离子的传输机制，以及氯离子富集现象。 第2章介绍了氯离子富集现象的研究现状，总结概括了已有研究中出现的富集现象特征参数，并分析了特征参数在不同条件下的演变规律。 第3章研究了孔结构和水分分布对干湿交替条件下富集现象的影响，通过测试不同试件的孔结构特征和基体的水分分布情况，建立了富集现象特征参数与孔结构及水分分布的关系。 第4章中因机理分析和传输模型中涉及碳化对结合氯离子的影响，所以研究了三种条件下碳化与结合氯离子能力的关系——先碳化再浸泡氯离子，先浸泡氯离子再碳化，先内掺氯离子再碳化。 第5章讨论了毛细吸附-水分蒸发与碳化对干湿交替环境下富集现象形成的耦合作用，通过设计四种不同的暴露制度，实现了不同作用机制的组合，对比揭示了毛细吸附-水分蒸发和碳化在导致富集现象形成过程中的作用机制，并描述了富集现象的形成过程。 第6章从水分蒸发和碳化角度探讨两种机制在导致富集现象形成中的作用，将内掺氯离子的净浆试件分别暴露于三种干燥环境：N2环境、普通大气环境、加速碳化环境，分析了水分蒸发和碳化导致富集现象的形成机制。 第7章建立了耦合水分延迟效应和碳化作用的氯离子传输数值模型，并利用有限差分法求解得到不同条件下的氯离子分布曲线，最后与试验结果相比较，验证模型的准确性。 第8章分析了富集现象对氯盐侵蚀环境下混凝土结构服役寿命预测的影响，并建立了考虑富集现象的寿命预测模型。

第1章 绪论 第2章 氯离子富集现象演变规律及影响因素 第3章 孔结构和湿度分布对富集现象的影响 第4章 碳化对水泥浆体氯离子结合能力的影响 第5章 毛细吸附-水分蒸发与碳化导致富集现象形成的机制 第6章 水分蒸发与碳化导致富集现象形成的机制 第7章 干湿交替环境氯离子传输模型 第8章 考虑氯离子富集现象的寿命预测模型 附录 整个试件中因碳化反应生成的水