外文資料翻譯（中文）----非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　外文資料翻譯</b></p><p>　　題 目:非等溫條件氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散 </p><p>　　院系名稱： 土木建筑學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：土木工程0

2、706班</p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 20074040631 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 教師職稱： 副教授 </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 </p><p>　　附件1

3、：外文資料翻譯譯文</p><p>　　非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散</p><p>　　S. H. Lin, Taoyaun</p><p>　　摘要：為了討論非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散，我們首先需要準(zhǔn)備一個(gè)擴(kuò)散模型。這個(gè)過程是來模擬處于日常循環(huán)變化的溫度下，氯離子在混凝土中的擴(kuò)散。氯離子在混凝土中的擴(kuò)散試驗(yàn)所要研究的是持續(xù)循環(huán)的溫度對(duì)于氯離

4、子擴(kuò)散過程中的作用。達(dá)到使鋼筋腐蝕的氯化物濃度所需要的時(shí)間取決于給定的水灰比和混凝土的厚度等級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果說明，在氯離子的擴(kuò)散過程中，溫度和水灰比要起著非常重要的作用。</p><p>　　命名法 b 在循環(huán)溫度的函數(shù)振幅參數(shù) C 丙酰氯濃度 Cp 比熱容 D 有效的氯離子擴(kuò)散系數(shù) Do 指前因子 E

5、 活化能 K 混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)表 L 混凝土板厚度 R 氣體常數(shù) t 時(shí)間 T 溫度To 初始溫度 w 水灰比x 空間坐標(biāo) α 熱擴(kuò)散系數(shù)k/(Q Cp)

6、 ρ 混凝土密度</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　造成鋼筋腐蝕的兩大主要因素之一是氯離子在多孔混凝土中擴(kuò)散。當(dāng)混凝土處于沿海地區(qū)環(huán)境時(shí)通常會(huì)發(fā)生氯離子的擴(kuò)散，混凝土表面與冰鹽接觸時(shí)也會(huì)發(fā)生這種情況。在許多應(yīng)用中已經(jīng)設(shè)計(jì)并采取了不同的措施來防止氯離子引起鋼筋腐蝕的發(fā)生。然而

7、，至今仍未發(fā)現(xiàn)一個(gè)有效的防腐蝕方法。</p><p>　　鋼筋腐蝕的主要原因是氯離子自混凝土表面一直侵蝕到其內(nèi)大部分。起初混凝土投入海水中時(shí)，氯離子的濃度是非常低的，通常情況下為零。在固化期間，水泥與水發(fā)生反應(yīng)生成Ca(OH)2,在混凝土中創(chuàng)建了一個(gè)強(qiáng)堿性的環(huán)境（PH約為13）。在這樣的強(qiáng)堿性環(huán)境中，鋼筋表面的薄氧化層起到保護(hù)鋼筋的作用。由于鋼筋處于這樣的一個(gè)強(qiáng)堿性環(huán)境中，氯離子便會(huì)發(fā)生擴(kuò)散。當(dāng)混凝土中氯離子的濃

8、度達(dá)到很高時(shí)，鋼筋便會(huì)開始發(fā)生腐蝕。因此，為了解決這個(gè)問題，了解氯離子的擴(kuò)散現(xiàn)象就顯得至關(guān)重要。</p><p>　　至今已經(jīng)有進(jìn)行了許多氯離子在多孔混凝土［2-7］中的擴(kuò)散研究。大多數(shù)的此類研究認(rèn)為我們應(yīng)該致力于研究等溫條件下氯離子的擴(kuò)散。但是在許許多多的實(shí)際情況下的，氯離子的擴(kuò)散并不是一個(gè)等溫過程，而是處于非等溫變化的環(huán)境之中的。例如，當(dāng)［2-7］混凝土處于沿海地區(qū)的大氣環(huán)境中時(shí)，受日常溫度循環(huán)變化的影響，氯

9、離子便會(huì)開始發(fā)生擴(kuò)散。因此，考慮溫度的變化對(duì)氯離子擴(kuò)散過程的影響就具有很大的現(xiàn)實(shí)利益和重要性。這項(xiàng)試驗(yàn)也算是第一次提出了非等溫模型，并且用此來考慮溫度對(duì)氯離子擴(kuò)散過程的影響。</p><p>　　下頁為四張圖表，分別表示了不同因素對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響。其中</p><p>　　圖1.不同溫度和水灰比的條件下的擴(kuò)散系數(shù)</p><p>　　圖2. 阿倫尼斯的氯離子擴(kuò)散系

10、數(shù)圖 </p><p>　　圖3.不同水灰比條件下 preexponentia系數(shù)</p><p>　　圖4.不同水灰比下的激活能量</p><p>　　圖1.不同溫度和水灰比 圖3.不同水灰比條件下 的條件下的擴(kuò)散系數(shù)

11、 preexponentia系數(shù)</p><p>　　圖2. 阿倫尼斯的氯離子擴(kuò)散系數(shù)圖 圖4.不同水灰比下的激活能量</p><p><b>　　2氯離子的擴(kuò)散系數(shù)</b></p><p>　　佩奇等人[4]測(cè)出了不

12、同水灰比和溫度循環(huán)變化下氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)，圖1顯示的即為這些擴(kuò)散系數(shù)。它清楚地表明氯離子的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)水灰比和溫度具有很大的依賴性。水灰比對(duì)擴(kuò)散系數(shù)之所以有所影響主要是由于混凝土在硬化會(huì)形成大量的孔隙。溫度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響一般服從圖2所示的Arrhenius關(guān)系圖。依賴于溫度的擴(kuò)散系數(shù)可以用Arrhenius方程來得到</p><p>　?。?） </p><p>

13、　　其中Do是指前因子，E為活化能，R為氣體常數(shù)，T為溫度。表1列出來了不同水灰比條件下Do和E的取值，這些值所采用的是佩奇等人[4]通過最小二乘曲線獲得的數(shù)據(jù)。指前因子和活化能與水灰比有關(guān)，其依賴關(guān)系如圖3圖4所示，可以表示為</p><p>　　(2) (3) </p><p>　　方程(1) (2) (3)是通過非等溫條件

14、下氯離子的擴(kuò)散模型得到的。</p><p>　　表1.不同指前因子和活化能下混凝的土氯離子擴(kuò)散系數(shù)</p><p>　　表2.混凝土的熱物理性能</p><p><b>　　3.非等溫?cái)U(kuò)散模型</b></p><p>　　一維熱傳導(dǎo)和氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散可由下式表示</p><p>　　(4

15、)(5) 其中各系數(shù)取值主要受初始條件和邊界條件影響</p><p>　　(6)(7)(8) </p><p>　　方程 (8)中的b溫度循環(huán)機(jī)制中的參數(shù)函數(shù)。例

16、如，當(dāng)b=3 To=30 °C時(shí)，循環(huán)溫度在午夜時(shí)達(dá)到20 °C，上午12時(shí)則達(dá)到一天溫度的最高值30 °C。通過選擇恰當(dāng)?shù)腷 和To的取值，循化溫度中的最高溫度和最低溫度都可以被模擬。雖然日常實(shí)際的循環(huán)溫度不可能完全遵循公式 (8)的預(yù)測(cè)但這個(gè)方程確實(shí)為我們提供了一個(gè)準(zhǔn)確的描述日常溫度波動(dòng)的近似值。</p><p>　　在公式(4)中值得注意的是方程 (6) - (8)是從服從

17、Carslaw and和Jaeger [8] 給出的分析解決途徑的，即</p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　其中是α 擴(kuò)散系數(shù)，k/(O Cp)和 α、f(t)由下 (10) (11) (12)</p><p>　　通過展開并整合公式(8)，

18、可以得到(13)的方程</p><p>　　方程中的第一項(xiàng)是指長(zhǎng)時(shí)間下的指數(shù)衰減術(shù)語，第二項(xiàng)則是表示溫度循環(huán)波動(dòng)的數(shù)據(jù)。同時(shí)還應(yīng)該注意，密度、比熱容以及混凝土的熱導(dǎo)電率是由Perry 和Chilton [9]測(cè)得的，其值列于表2?；谶@些數(shù)據(jù)的范圍，通過以下模擬研究得到熱擴(kuò)散系數(shù)的取值約為0.025。</p><p>　　非線性方程 (5)中是不可能具有解析解的，本項(xiàng)研究采用的是正交配置法

19、[10]。應(yīng)用這種方法之前，方程(5)應(yīng)改寫成方程(14)</p><p>　?。?4） </p><p>　　其中D'(T)= dD(T)/dT。公式方程(14) 中應(yīng)用正交配置法和相關(guān)的邊界條件來均衡處理，如</p><p>　　(10)

20、 初始條件為t=0; Ci=0. (16)</p><p>　　Aijand Bij是指矩陣中相應(yīng)位置的數(shù)值，Ti由方程(13)求得。Runge-Kutta-Gil計(jì)劃對(duì)N的方程進(jìn)行了整合。</p><p>　　圖5. T =20 °C ，w = 0.4下的

21、 圖7. T =20 °C ，w = 0.6下的</p><p>　　氯濃度在混凝土中的濃度 氯濃度在混凝土中的濃度</p><p>　　圖6. T =40 °C ，w = 0.6下的</p><p>　　氯濃度在混凝土中的濃度

22、 </p><p><b>　　4.討論結(jié)果</b></p><p>　　方程(14)中氯離子的濃度取決于兩個(gè)參數(shù)，即表面氯離子濃度(Co) 和水灰比 (w)。在目前的研究中，根據(jù)Page et al. [4]相應(yīng)的三項(xiàng)試驗(yàn)，水灰比大致取為0.4、0.5和0.6。當(dāng)混凝土處于海洋潮汐波中時(shí)，通常會(huì)使氯離子的濃度大致保持在2.4%，

23、以便更好的實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境的模擬。試驗(yàn)通常選擇12cm厚的的混凝土，通過給定的Co、w的數(shù)值和混凝土厚度，利用公式(14)便可以求得對(duì)應(yīng)的Ci(t)。</p><p>　　如圖1所示，溫度和水灰比對(duì)氯離子的擴(kuò)散系數(shù)及擴(kuò)散速率的影響非常明顯。這些影響將在氯離子的濃度分布上有所體現(xiàn)。圖5是一個(gè)典型的圖形，它指出了在0.4的水灰比和溫度循環(huán)條件下由方程(8)得到的氯離子分別在型材曝光時(shí)間由200天到300天的濃度值。相應(yīng)的

24、氯離子濃度是在同一水灰比條件下的值，但是當(dāng)溫度在20 °C 到4 0°C 的范圍時(shí)，其值可由圖6查得。如前所述，高溫對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響是可以預(yù)計(jì)的。通過比較這些數(shù)字可以明確的指出，要準(zhǔn)確估計(jì)氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散，必須將溫度變化的因素明確考慮在內(nèi)。</p><p>　　圖5-7的一個(gè)重要意義是：它表明了氯離子濃度達(dá)到鋼筋腐蝕極限的時(shí)間。預(yù)期和Ip [I 1]結(jié)果顯示，氯離子濃度在0.2%和

25、0.4%之時(shí)時(shí)會(huì)發(fā)生鋼筋的腐蝕。這種氯離子濃度條件下任意厚度混凝土達(dá)到腐蝕極限的時(shí)間可直接由圖5-7讀出。圖8表示了在20 °C和40 °C條件下，混凝土中心（兩最高面）和距離混凝土表面3cm（兩個(gè)方向面）達(dá)到腐蝕極限的時(shí)間。在不同的溫度下，鋼筋達(dá)到給定的腐蝕極限的時(shí)間具有相當(dāng)大的差異。舉例來說，在20 °C時(shí)，混凝土中心氯離子濃度達(dá)到0.4%大概需要3400天。當(dāng)溫度升高到40 °C時(shí)，混凝土達(dá)

26、到相同的氯離子濃度則只需要700天。而本圖則提供了一種確定具體覆蓋層厚度的方便途徑。</p><p>　　圖8.在0.2％和0.4％氯化物濃度下，混凝土</p><p>　　板中心下3cm鋼筋達(dá)到腐蝕極限時(shí)間</p><p><b>　　5.結(jié)論</b></p><p>　　為了討論非等溫條件下氯離子在多孔混凝土中的擴(kuò)散

27、，首先需要準(zhǔn)備一個(gè)擴(kuò)散模型。同時(shí)必須將日常溫度循環(huán)變化考慮在內(nèi)以便來模擬環(huán)境溫度變化。不同的水灰比反映在混凝土上。很明顯，水灰比和環(huán)境溫度變化對(duì)氯離子在混凝土中的擴(kuò)散具有很強(qiáng)的影響力。這種非等溫氯離子擴(kuò)散模型是用來研究非等溫條件下給定深度的混凝土表面達(dá)到腐蝕極限的時(shí)間的。對(duì)于一個(gè)給定的鋼筋腐蝕時(shí)的氯離子濃度極限，氯離子擴(kuò)散模型都具有明顯的實(shí)際性意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

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