濱海非飽和鋼混結(jié)構(gòu)中氯離子傳輸?shù)臄?shù)值模擬

賈立哲，張英姿，王開(kāi)源，段一鳴，徐田欣

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，150090哈爾濱）

濱海非飽和鋼混結(jié)構(gòu)中氯離子傳輸?shù)臄?shù)值模擬

賈立哲，張英姿，王開(kāi)源，段一鳴，徐田欣

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，150090哈爾濱）

為探究非飽和狀態(tài)下鋼混結(jié)構(gòu)中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布情況，定義容量矩陣、傳遞矩陣和氯離子通過(guò)率向量，并與瞬態(tài)熱平衡方程中的各參量進(jìn)行等效，給出了基于ANSYS熱分析模塊模擬非飽和混凝土中氯離子傳輸?shù)臄?shù)值方法，在驗(yàn)證方法有效性的同時(shí)，探究鋼筋混凝土梁遭受單向、雙向、三向侵蝕后梁內(nèi)的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律.研究結(jié)果表明：數(shù)值模擬程序所得氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)值與試驗(yàn)結(jié)果非常接近，非飽和混凝土氯離子傳輸?shù)臄?shù)值模擬方法有效；鋼筋混凝土梁遭受單向侵蝕時(shí)混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)衰減的最快，雙向侵蝕其次，三向侵蝕時(shí)氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)衰減最慢；在遭受多向氯離子侵蝕時(shí)，箍筋及縱筋表面氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)比單向侵蝕時(shí)大；受侵蝕的相鄰截面越多，鋼筋越容易銹蝕，且距離越近的截面對(duì)其影響越大；氯離子從3個(gè)方向侵蝕的計(jì)算結(jié)果略大于從兩個(gè)方向侵蝕的計(jì)算結(jié)果，左側(cè)氯離子在10年侵蝕時(shí)間內(nèi)有部分通過(guò)梁寬方向傳輸至右側(cè)，因此，在長(zhǎng)時(shí)間的侵蝕作用下，受到多向侵蝕的鋼混梁內(nèi)鋼筋的腐蝕情況更為嚴(yán)重.

非飽和鋼筋混凝土；數(shù)值模擬；氯離子傳輸；濱海環(huán)境

濱海環(huán)境中，海風(fēng)、海霧中夾帶的氯離子不斷在混凝土表面沉積，進(jìn)而通過(guò)擴(kuò)散和對(duì)流等物理作用向處于水分飽和與完全干燥之間的非飽和混凝土內(nèi)部傳輸，從而導(dǎo)致鋼筋過(guò)快銹蝕而喪失結(jié)構(gòu)耐久性，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失［1］.對(duì)于非飽和混凝土中氯離子的傳輸問(wèn)題，部分學(xué)者將廣泛用于飽和混凝土的Fick第二定律用于非飽和混凝土［2］，也有學(xué)者將擴(kuò)散和對(duì)流分開(kāi)考慮，認(rèn)為氯離子在混凝土表層一定深度處通過(guò)對(duì)流進(jìn)行傳輸，超過(guò)這一深度則以擴(kuò)散的形式傳輸［3］，這些研究工作均未能如實(shí)地考慮非飽和混凝土氯離子傳輸過(guò)程中擴(kuò)散和對(duì)流作用之間的耦合效應(yīng).為了考慮擴(kuò)散和對(duì)流之間的耦合作用，在Xi等［4］提出的飽和混凝土氯離子傳輸模型基礎(chǔ)上，Ababneh等［5］采用質(zhì)量守恒定律和Fick第一定律，建立了考慮對(duì)流作用的氯離子在非飽和混凝土中的傳輸模型，但在水的質(zhì)量守恒方程中忽略了對(duì)流作用引起的水的改變量.Suwito等［6］在Fick第一定律方程中認(rèn)為氯離子或者水的擴(kuò)散通量與該截面處的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度以及水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度總和成正比，而質(zhì)量方程仍?xún)H含有擴(kuò)散作用引起的水的改變量，將Ababneh模型中不能滿(mǎn)足質(zhì)量守恒的問(wèn)題歸結(jié)到Fick第一定律中去解決，導(dǎo)致質(zhì)量守恒仍然無(wú)法滿(mǎn)足.

基于Fick定律的氯離子傳輸模型雖具有精度較高的優(yōu)點(diǎn)，但所涉及參數(shù)如水分?jǐn)U散系數(shù)、孔隙液體積等在實(shí)際工程中較難獲得，且該方法不能考慮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的存在對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊?因此，發(fā)展基于大型軟件的面向?qū)嶋H工程的氯離子傳輸過(guò)程的數(shù)值模擬方法變得十分迫切.王顯利［7］利用ANSYS建立了飽和狀態(tài)混凝土梁的模型，模擬混凝土梁在單向和多向界遭受氯離子侵蝕時(shí)內(nèi)部氯離子濃質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律.趙宇翔［8］基于ANSYS熱分析模塊給出了飽和混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間和空間變化的二維分布模型.冷冰［9］同樣基于ANSYS研究了鋼筋存在情況下，異形截面飽和狀態(tài)混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布的預(yù)測(cè)方法.基于大型通用有限元軟件的氯離子傳輸數(shù)值模擬方法具有計(jì)算代價(jià)小、簡(jiǎn)單方便、適用實(shí)際工程等特點(diǎn)，但以往研究成果中的數(shù)值模擬都是針對(duì)飽和鋼筋混凝土進(jìn)行的［7－9］，是否適用濱海區(qū)域的非飽和混凝土還有待進(jìn)一步考究.因此，為預(yù)測(cè)濱海區(qū)域非飽和鋼混結(jié)構(gòu)中氯離子的分布規(guī)律、減緩氯離子對(duì)濱海混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的侵蝕，亟需研究基于大型有限元軟件的非飽和鋼混結(jié)構(gòu)中氯離子傳輸過(guò)程的數(shù)值模擬方法.

本文首先從機(jī)理上論證了采用ANSYS熱分析模塊模擬非飽和混凝土中氯離子傳輸?shù)目尚行裕M(jìn)而基于物質(zhì)守恒定律，通過(guò)定義容量矩陣、傳遞矩陣和氯離子通過(guò)率向量，并與瞬態(tài)熱平衡方程中的比熱矩陣、傳導(dǎo)矩陣和熱流量向量進(jìn)行等效，給出基于ANSYS熱分析模塊模擬非飽和混凝土中氯離子傳輸?shù)臄?shù)值方法，并通過(guò)與以往研究結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的有效性，接著對(duì)鋼筋混凝土梁遭受單向、雙向、三向侵蝕后的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析.

1 非飽和狀態(tài)混凝土中氯離子傳輸?shù)臄?shù)值模擬

1.1 模擬方法的基本原理

非飽和混凝土中每時(shí)每刻都有氯離子通過(guò)對(duì)流和擴(kuò)散的方式流入，此過(guò)程與瞬態(tài)傳熱過(guò)程十分相似.熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)是瞬態(tài)傳熱的主要方式，熱傳導(dǎo)進(jìn)行的程度由溫度梯度大小決定，非飽和混凝土中氯離子擴(kuò)散作用的大小同樣取決于氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度的大小；熱對(duì)流的大小取決于溫度隨時(shí)間的變化量，非飽和混凝土中氯離子對(duì)流作用的大小亦取決于氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化量.因此，可以將氯離子擴(kuò)散和對(duì)流過(guò)程同熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流過(guò)程一一對(duì)應(yīng)，從物理過(guò)程上將非飽和狀態(tài)混凝土中氯離子傳輸問(wèn)題與熱學(xué)中兩種介質(zhì)之間的熱傳遞問(wèn)題一一對(duì)應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)利用ANSYS模擬非飽和混凝土中氯離子傳輸?shù)幕A(chǔ).

依據(jù)能量守恒定律，單位時(shí)間熱流量等于由于熱對(duì)流產(chǎn)生的熱流量與由于熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱流量之和，即瞬態(tài)熱平衡方程可寫(xiě)為

式中：[C]為比熱矩陣，包含物質(zhì)比熱c；[K]為傳導(dǎo)矩陣，包含物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)k；{T·}為溫度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；{T}為溫度向量；{Q}為單位時(shí)間熱流量向量.

同理，依據(jù)物質(zhì)守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)氯離子通過(guò)率等于由于對(duì)流作用流入的氯離子的量和由于擴(kuò)散作用產(chǎn)生的氯離子的量之和，為保持與瞬態(tài)熱平衡方程形式相同，可將氯離子傳輸過(guò)程寫(xiě)為

式中：[A]為容量矩陣，包括容量系數(shù)a；[B]為傳遞矩陣，包括氯離子傳遞系數(shù)b；{C·}為濃度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；{C}為濃度向量；{W}為單位時(shí)間氯離子通過(guò)率向量.

單位混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升1%的氯離子質(zhì)量稱(chēng)之為容量系數(shù)，通過(guò)對(duì)量綱進(jìn)行分析，可得其表達(dá)式為

式中n為某時(shí)刻氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)不超過(guò)2%時(shí)，可取2%［9］.

氯離子傳遞系數(shù)b對(duì)應(yīng)于熱傳導(dǎo)中的導(dǎo)熱系數(shù)，其表達(dá)式為

式中：ρ為混凝土密度，kg／m3；D為氯離子擴(kuò)散系數(shù)［9］，m2／s.

1.2 數(shù)值模擬過(guò)程和有效性驗(yàn)證

利用ANSYS建立長(zhǎng)300 mm，寬100 mm，厚度20 mm的混凝土板（見(jiàn)圖1），將其劃分為30 mm× 5 mm×5 mm大小的單元，氯離子傳輸時(shí)間為90 d，混凝土內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%，上表面氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%，其余參數(shù)與美國(guó)道路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)試驗(yàn)［10］所用混凝土板保持一致，以便和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.

在模型建立前，按照式（3）、（4）計(jì)算容量系數(shù)和傳遞系數(shù)，見(jiàn)表1.計(jì)算容量系數(shù)時(shí)，因氯離子最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.6%，小于2%，所以n取2%；計(jì)算傳遞系數(shù)時(shí)，混凝土密度取2 400 kg／m3，氯離子擴(kuò)散系數(shù)按Ababneh等［5］的計(jì)算結(jié)果取2.322 cm2／s.

ANSYS數(shù)值模擬具體步驟為：

1）進(jìn)入熱分析模塊，確定單元類(lèi)型.過(guò)濾圖形用戶(hù)界面，進(jìn)入ANSYS中Thermal熱分析模塊，進(jìn)入前處理，選用Solid70實(shí)體單元來(lái)模擬熱分析中的混凝土.

2）輸入模型材料屬性，按照表1依次輸入混凝土容量系數(shù)、傳遞系數(shù)、混凝土密度和彈性模量.

3）建立所需要的幾何圖形，建立混凝土板作為分析的幾何模型，見(jiàn)圖1.

4）對(duì)已有幾何圖形劃分單元網(wǎng)格，沿板的寬度方向每隔5mm劃分一次網(wǎng)格，見(jiàn)圖2.

表1 數(shù)值模擬相關(guān)參數(shù)

圖1 混凝土板幾何模型

圖2 混凝土板有限元模型

5）定義分析類(lèi)型，為與瞬態(tài)傳熱過(guò)程保持一致，將ANSYS求解層（SOLU）中的分析類(lèi)型設(shè)置為瞬態(tài)分析（TRANS）.

6）輸入傳輸時(shí)間、設(shè)置初始及邊界質(zhì)量分?jǐn)?shù)值，輸入傳輸時(shí)間為90 d，設(shè)置混凝土內(nèi)部初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)值，邊界質(zhì)量分?jǐn)?shù)以荷載方式施加.

7）設(shè)置輸出控制、求解，進(jìn)行后處理，輸出混凝土中氯離子等值線圖、各層混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系，以及各層混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)值.

通過(guò)以上步驟，可得混凝土中氯離子等值線見(jiàn)圖3，各層混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)圖4.

圖3 混凝土板氯離子等值線

圖4 氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)變關(guān)系

從圖3可較為直觀的看出各層混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小，圖4可反映出各層混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨傳輸時(shí)間的增長(zhǎng)而變大，距暴露面越近的混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長(zhǎng)速度越快.

將本文提出的數(shù)值模擬方法計(jì)算結(jié)果與Ababneh等［5］的氯離子傳輸理論模型的求解結(jié)果，以及美國(guó)道路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)的試驗(yàn)結(jié)果［10］進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖5.

圖5 數(shù)值模擬與理論模型及試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

采用理論模型應(yīng)先確定方程中吸水能力（?w／?H）、水分?jǐn)U散系數(shù)（DH）、氯離子的結(jié)合能力（?Cf／?Ct）、氯離子擴(kuò)散系數(shù)（Dcl）以及對(duì)流過(guò)程影響因子（μ1，μ2）等基本參數(shù).這些基本參數(shù)取決于混凝土的基本組成、材料特性等自身?xiàng)l件，可由和混凝土相關(guān)的基本參量來(lái)表達(dá)，這些基本參量可通過(guò)一定試驗(yàn)手段得到.為更好地與Ababneh等［5］提出的氯離子滲透模型以及美國(guó)道路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)［10］的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，本文不再單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)確定這些基本參量，所涉及的各個(gè)參量的取值均與Ababneh等［5］所用的混凝土板以及美國(guó)道路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)試驗(yàn)所用混凝土板［10］保持一致，與理論模型計(jì)算相關(guān)的基本數(shù)據(jù)列于表2.為了與Ababneh等［5］所采用的模型進(jìn)行對(duì)比以驗(yàn)證本文所編程序的可靠性，本文依據(jù)Ababneh等［5］的氯離子滲透模型，通過(guò)MATLAB編程得到Ababneh等［5］模型中所列不同深度處的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，見(jiàn)圖6.美國(guó)道路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)試驗(yàn)所用混凝土的相關(guān)參數(shù)如下：水灰比0.4，水泥含量390 kg／m3，水含量156 kg／m3，塌落度50mm，空氣含量7.9%，所用水泥為ASTM C 150 I型波特蘭水泥，粗骨料為質(zhì)密石灰?guī)r，細(xì)骨料為天然硅砂.運(yùn)用上述混凝土澆注尺寸為600mm×300 mm×150 mm的混凝土板，AASHTO T 259試驗(yàn)則在該板的基礎(chǔ)上鉆取直徑為100mm的試件，并將其暴露在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氯化鈉溶液中90 d，然后通過(guò)在不同深度的鉆孔取樣來(lái)測(cè)定相應(yīng)位置的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù).

表2 滲透方程中相關(guān)參數(shù)值

從圖6可看出，本文依據(jù)原模型編程計(jì)算得到的結(jié)果與Ababneh等［5］所用模型得到的數(shù)據(jù)吻合度很高，說(shuō)明本文編寫(xiě)程序有效，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)工作有意義.

另外，從圖5可明顯看出，數(shù)值模擬程序所得的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)值與試驗(yàn)結(jié)果非常接近.經(jīng)計(jì)算，總體誤差僅為4.73×10－7，可以認(rèn)為所使用的非飽和混凝土氯離子傳輸?shù)臄?shù)值模擬方法有效.數(shù)值模擬結(jié)果與氯離子傳輸理論模型結(jié)果吻合也較好，總體誤差僅為3.91×10－7.

圖6 文獻(xiàn)［5］模型數(shù)據(jù)和本文求解原模型數(shù)據(jù)對(duì)比

數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之間的總體誤差比氯離子傳輸?shù)睦碚撃Ｐ徒Y(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之間的總體誤差大，主要原因：1）數(shù)值模擬使用宏觀參數(shù)，不如氯離子傳輸?shù)睦碚撃Ｐ偷奈⒂^材料參數(shù)數(shù)量多，精度高；2）數(shù)值模擬并未區(qū)分自由氯離子和結(jié)合氯離子，所得結(jié)果是氯離子的總和，所以總體偏大，

雖然數(shù)值模擬方法相比于理論傳輸模型精確度稍遜一籌，但數(shù)值模擬方法所需要的參數(shù)數(shù)目較少、獲取難度較小，是一種計(jì)算代價(jià)較小、應(yīng)用性較強(qiáng)的方法.對(duì)于計(jì)算精度要求不高的大規(guī)模混凝土工程，數(shù)值模擬方法具有很高的使用價(jià)值.

2 鋼筋混凝土梁氯離子傳輸?shù)臄?shù)值模擬

2.1 鋼筋混凝土梁數(shù)值模型的建立

同1.2節(jié)利用ANSYS建立鋼筋混凝土梁的模型，梁的基本信息見(jiàn)表3，混凝土容量系數(shù)、傳遞系數(shù)、混凝土密度和彈性模量同1.2節(jié)，見(jiàn)表1.實(shí)際工程中的鋼筋混凝土梁上表面一般由上部混凝土板保護(hù)，其余3個(gè)方向都有可能遭受氯離子的侵蝕，本部分依次按單向、雙向、三向3種不同氯離子侵蝕狀況進(jìn)行分析，其中混凝土表面氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%，本部分工作只為探究氯離子在鋼筋混凝土梁中的傳輸規(guī)律，與實(shí)際環(huán)境略有差異，為使得計(jì)算數(shù)據(jù)有較好的區(qū)分度，取傳輸時(shí)間為10 a.

表3 鋼筋混凝土梁的基本信息

本部分所建立的鋼筋混凝土梁截面配筋和梁長(zhǎng)方向配筋見(jiàn)圖7.

2.2 不同方向傳輸?shù)挠?jì)算結(jié)果和規(guī)律

2.2.1 單方向傳輸

當(dāng)氯離子從右側(cè)單方向侵入時(shí)，梁橫截面處和梁長(zhǎng)方向氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布、各層混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化關(guān)系以及混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨距暴露面距離變化關(guān)系見(jiàn)圖8.

圖7 鋼筋混凝土梁配筋圖

圖8 單方向氯離子侵蝕計(jì)算結(jié)果

2.2.2 雙方向傳輸

當(dāng)氯離子從右側(cè)和下側(cè)雙方向侵入時(shí)，梁橫截面處和梁長(zhǎng)方向氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布、各層混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化關(guān)系以及混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨距暴露面距離變化關(guān)系見(jiàn)圖9.

2.2.3 三方向侵蝕

當(dāng)氯離子從左側(cè)、右側(cè)、下側(cè)3個(gè)方向侵入時(shí)，梁橫截面處和梁長(zhǎng)方向氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布、各層混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)變關(guān)系以及混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨距暴露面距離變化關(guān)系見(jiàn)圖10.

將單向、雙向、三向3種情況所得的距暴露面不同距離處混凝土內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)值進(jìn)行比較，見(jiàn)圖11.

從圖8～11可得：1）鋼筋混凝土梁中距暴露面越遠(yuǎn)的位置氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小，這一趨勢(shì)與鋼筋混凝土梁暴露在濱海環(huán)境中側(cè)面的數(shù)目無(wú)關(guān)，單向侵蝕時(shí)混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)衰減的速度最快，雙向侵蝕其次，三向侵蝕時(shí)氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)衰減速度最慢；2）鋼筋混凝土在遭受多向氯離子侵蝕時(shí)，其箍筋及縱筋表面氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)比單向受侵蝕時(shí)大，說(shuō)明對(duì)于鋼混構(gòu)件中某根鋼筋來(lái)說(shuō)，受侵蝕的相鄰截面越多，鋼筋越容易銹蝕，且距離越近的截面對(duì)其影響越大；3）氯離子從左側(cè)、右側(cè)、下側(cè)3個(gè)方向侵入和從右側(cè)、下側(cè)兩個(gè)方向侵入的計(jì)算結(jié)果有一定差別，原因是在10 a的侵蝕時(shí)間內(nèi)，左側(cè)部分氯離子通過(guò)梁寬的方向傳輸至右側(cè)，因而右側(cè)氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)得到加大，使得三向侵蝕的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)略大于雙向侵蝕的情況.

圖9 雙方向氯離子侵蝕計(jì)算結(jié)果

圖11 不同方向侵蝕的結(jié)果對(duì)比

3 結(jié) 論

1）數(shù)值模擬程序所得氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)值與試驗(yàn)結(jié)果非常接近，總體誤差僅為4.73×10－7，可以認(rèn)為所使用的非飽和混凝土氯離子傳輸?shù)臄?shù)值模擬方法有效.數(shù)值模擬結(jié)果與氯離子傳輸理論模型結(jié)果吻合也較好，總體誤差僅為3.91×10－7.

2）鋼筋混凝土梁中距暴露面越遠(yuǎn)的位置氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小，這一趨勢(shì)與鋼筋混凝土梁暴露在濱海環(huán)境中側(cè)面的數(shù)目無(wú)關(guān)，單向侵蝕時(shí)混凝土中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)衰減速度最快，雙向侵蝕其次，三向侵蝕時(shí)氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)衰減速度最慢.

3）鋼筋混凝土梁在遭受多向氯離子侵蝕時(shí)，其箍筋及縱筋表面氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)比單向侵蝕時(shí)大，說(shuō)明對(duì)于鋼混構(gòu)件中某根鋼筋來(lái)說(shuō)，受侵蝕相鄰截面越多，鋼筋越容易銹蝕，且距離越近的截面對(duì)其影響越大.

4）氯離子從左側(cè)、右側(cè)、下側(cè)3個(gè)方向侵蝕和從右側(cè)、下側(cè)兩個(gè)方向侵蝕的計(jì)算結(jié)果有一定差別，三向侵蝕的計(jì)算結(jié)果較大，原因是在10 a的侵蝕時(shí)間內(nèi)，左側(cè)氯離子有部分通過(guò)梁寬的方向傳輸至右側(cè)，因而右側(cè)氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)得以加大.

［1］我國(guó)環(huán)境腐蝕問(wèn)題調(diào)查［R］.北京：中國(guó)工程院，2002.

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［3］王傳坤，高祥杰，趙羽習(xí)，等.混凝土表層氯離子含量峰值分布和對(duì)流區(qū)深度［J］.硅酸鹽通報(bào)，2010，29（2）：262－267.

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［9］冷冰.混凝土中氯離子濃度分布預(yù)測(cè)方法研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2008.

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（編輯趙麗瑩）

Numerical simulation for chloride transport of nonsaturated R.C at coastal zone

JIA Lizhe，ZHANG Yingzi，WANG Kaiyuan，DUAN Yiming，XU Tianxin

（School of Civil Engineering，Harbin Institute of Technology，150090 Harbin，China）

Capacity Matrix，Transfer Matrix and Chloride Passing Rate Vector are associated with variables in transient heat balance equation，and a numerical simulationmethod by ANSYS thermal analysismodule for chloride transport in nonsaturated concrete is proposed to investigate the chloride transportmodel in nonsaturated concrete.The numerical results are validated by experimental data.A R.C beam is corroded with chloride from three different directions，respectively.The results indicate that the chloride concentration by numerical simulation is very close to the experimental results.Numerical simulation provide another way formodeling chloride transport of nonsaturated concrete.For corrosion of R.C beam from single direction，the decay of chloride concentration is the quickest.The decay speed for corrosion from three directions is the slowest，and corrosion from two directions is in themiddle.Corrosion from multiple directions leads to that the chloride concentration on the surface of rebar and stirrup is higher than single direction.Corrosion from multiple adjacent sections causemore easily rebars corrosion.The closer section will induce corrosion more seriously.Chloride transport to the right from the left of beam section within ten years，and the results of corrosion from two directions is a slightlymore than that from three directions.Therefore，chloride penetration from multiple directionswill inducemore serious corrosion to the rebar in a long time.

nonsaturated reinforced concrete；numerical simulation；chloride transport；coastal zone

10.11918／j.issn.0367-6234.2015.12.007

TU375

A

0367－6234（2015）12－0038－07

2014－10－01.

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）（2011CB013600）；國(guó)家自然科學(xué)基金（51308166）；山東省自然科學(xué)基金（ZR2011EEQ028）.

賈立哲（1978—），男，副教授，碩士生導(dǎo)師.

張英姿，zhyzhit＠aliyun.com.