混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子擴(kuò)散分析的精細(xì)積分法

楊綠峰,洪 斌,高 欽,曾建聰

(廣西大學(xué)工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧 530004)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)較長時間暴露于海洋等富含氯離子環(huán)境后,氯離子會侵入混凝土中并逐漸到達(dá)鋼筋表面,造成鋼筋銹蝕,從而影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能和耐久性。由于鋼筋銹蝕的過程并不持續(xù)消耗氯離子,所以分析評估氯離子環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的關(guān)鍵是確定氯離子在混凝土中的分布和擴(kuò)散規(guī)律。吳慶令等[1]通過現(xiàn)場海洋暴露試驗(yàn),研究了混凝土中氯離子的擴(kuò)散特性。Collepardi等[2]用Fick第二擴(kuò)散定律描述氯離子在混凝土中的擴(kuò)散過程,得到在一定初始條件和邊界條件下的數(shù)學(xué)解;Liang等[3]考慮了水泥水化物對氯離子擴(kuò)散的影響,并對氯離子擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了修正;宋子健等[4]研究了溶液成分對混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響;彭國軍等[5]考慮骨料形狀,對混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值預(yù)測。余紅發(fā)等[6]提出了考慮多因素擴(kuò)散模型的一維解析解。楊綠峰等[7]研究了混凝土?xí)r變條件下氯離子擴(kuò)散的封閉解。

由于實(shí)際的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常具有復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件,解析方法在應(yīng)用中有較多困難,人們通常采用數(shù)值方法解決此類問題。在Fick第二定律及其數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,施養(yǎng)杭等[8]提出了氯離子侵入混凝土計算的有限差分法模型;Funahashi[9]也在氯離子擴(kuò)散分析的有限差分法方面進(jìn)行了研究;Sergi等[10]應(yīng)用最小平……