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1、毕业论文外文资料翻译题 目:非等温条件氯离子在多孔混凝土中的扩散 院系名称： 土木建筑学院 专业班级：土木工程 0706 班学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 副教授 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：签名： 年 月 日附件 1：外文资料翻译译文非等温条件下氯离子在多孔混凝土中的扩散S. H. Lin, Taoyaun摘要：为了讨论非等温条件下氯离子在多孔混凝土中的扩散，我们首先需要准备一个扩散模型。这个过程是来模拟处于日常循环变化的温度下，氯离子在混凝土中的扩散。氯离子在混凝土中的扩散试验所要研究的是持续循环的温度对于氯离子扩散过程中的作用。达到使钢筋腐
2、蚀的氯化物浓度所需要的时间取决于给定的水灰比和混凝土的厚度等级。试验结果说明，在氯离子的扩散过程中，温度和水灰比要起着非常重要的作用。命名法 b 在循环温度的函数振幅参数 C 丙酰氯浓度 Cp 比热容 D 有效的氯离子扩散系数 Do 指前因子 E 活化能 K 混凝土的导热系数表 L 混凝土板厚度 R 气体常数 t 时间 T 温度To 初始温度 w 水灰比x 空间坐标 热 扩 散 系 数 k/(Q Cp) 混凝土密度1.引言造成钢筋腐蚀的两大主要因素之一是氯离子在多孔混凝土中扩散。当混凝土处于沿海地区环境时通常会发生氯离子的扩散，混凝土表面与冰盐接触时也会发生这种情况。在许多应用中已经设计并采取
3、了不同的措施来防止氯离子引起钢筋腐蚀的发生。然而，至今仍未发现一个有效的防腐蚀方法。钢筋腐蚀的主要原因是氯离子自混凝土表面一直侵蚀到其内大部分。起初混凝土投入海水中时，氯离子的浓度是非常低的，通常情况下为零。在固化期间，水泥与水发生反应生成 Ca(OH)2,在混凝土中创建了一个强碱性的环境（PH约为 13） 。在这样的强碱性环境中，钢筋表面的薄氧化层起到保护钢筋的作用。由于钢筋处于这样的一个强碱性环境中，氯离子便会发生扩散。当混凝土中氯离子的浓度达到很高时，钢筋便会开始发生腐蚀。因此，为了解决这个问题，了解氯离子的扩散现象就显得至关重要。至今已经有进行了许多氯离子在多孔混凝土2-7中的扩散研究
4、。大多数的此类研究认为我们应该致力于研究等温条件下氯离子的扩散。但是在许许多多的实际情况下的，氯离子的扩散并不是一个等温过程，而是处于非等温变化的环境之中的。例如，当2-7混凝土处于沿海地区的大气环境中时，受日常温度循环变化的影响，氯离子便会开始发生扩散。因此，考虑温度的变化对氯离子扩散过程的影响就具有很大的现实利益和重要性。这项试验也算是第一次提出了非等温模型，并且用此来考虑温度对氯离子扩散过程的影响。下页为四张图表，分别表示了不同因素对氯离子扩散的影响。其中图 1.不同温度和水灰比的条件下的扩散系数图 2. 阿伦尼斯的氯离子扩散系数图 图 3.不同水灰比条件下 preexponentia
5、系数图 4.不同水灰比下的激活能量 图 1.不同温度和水灰比 图 3.不同水灰比条件下 的条件下的扩散系数 preexponentia 系数图 2. 阿伦尼斯的氯离子扩散系数图 图 4.不同水灰比下的激活能量2 氯离子的扩散系数佩奇等人4测出了不同水灰比和温度循环变化下氯离子在混凝土中的扩散系数，图 1 显示的即为这些扩散系数。它清楚地表明氯离子的扩散系数对水灰比和温度具有很大的依赖性。水灰比对扩散系数之所以有所影响主要是由于混凝土在硬化会形成大量的孔隙。温度对扩散系数的影响一般服从图 2 所示的Arrhenius 关系图。依赖于温度的扩散系数可以用 Arrhenius 方程来得到（1） 其中
6、 Do 是指前因子，E 为活化能，R 为气体常数，T 为温度。表 1 列出来了不同水灰比条件下 Do 和 E 的取值，这些值所采用的是佩奇等人4通过最小二乘曲线获得的数据。指前因子和活化能与水灰比有关，其依赖关系如图 3 图 4 所示，可以表示为(2) (3) 方程(1) (2) (3)是通过非等温条件下氯离子的扩散模型得到的。表 1.不同指前因子和活化能下混凝的土氯离子扩散系数表 2.混凝土的热物理性能3.非等温扩散模型一维热传导和氯离子在多孔混凝土中的扩散可由下式表示 (4)(5) 其中各系数取值主要受初始条件和边界条件影响(6)(7)(8) 方程 (8)中的 b 温度循环机制中的参数函数
7、。例如，当 b=3 To=30 C 时，循环温度在午夜时达到 20 C，上午 12 时则达到一天温度的最高值 30 C。通过选择恰当的 b 和 To 的取值，循化温度中的最高温度和最低温度都可以被模拟。虽然日常实际的循环温度不可能完全遵循公式 (8)的预测但这个方程确实为我们提供了一个准确的描述日常温度波动的近似值。在公式(4)中值得注意的是方程 (6) - (8)是从服从 Carslaw and 和Jaeger 8 给出的分析解决途径的，即（9） 其中是 扩散系数， k/(O Cp)和 、 f(t)由下 (10) (11) (12)通过展开并整合公式(8)，可以得到(13)的方程方程中的第一
8、项是指长时间下的指数衰减术语，第二项则是表示温度循环波动的数据。同时还应该注意，密度、比热容以及混凝土的热导电率是由 Perry 和Chilton 9测得的，其值列于表 2。基于这些数据的范围，通过以下模拟研究得到热扩散系数的取值约为 0.025。非线性方程 (5)中是不可能具有解析解的，本项研究采用的是正交配置法10。应用这种方法之前，方程(5)应改写成方程(14)（14） 其中 D(T)= dD(T)/dT。公式方程(14) 中应用正交配置法和相关的边界条件来均衡处理，如(10) 初始条件为 t=0; Ci=0. (16)Aijand Bij 是指矩阵中相应位置的数值，Ti 由方程(13)
9、求得。Runge-Kutta-Gil 计划对 N 的方程进行了整合。图 5. T =20 C ，w = 0.4 下的 图 7. T =20 C ，w = 0.6 下的氯浓度在混凝土中的浓度 氯浓度在混凝土中的浓度图 6. T =40 C ，w = 0.6 下的氯浓度在混凝土中的浓度 4.讨论结果方程(14)中氯离子的浓度取决于两个参数，即表面氯离子浓度(Co) 和水灰比 (w)。在目前的研究中，根据 Page et al. 4相应的三项试验，水灰比大致取为 0.4、0.5 和 0.6。当混凝土处于海洋潮汐波中时，通常会使氯离子的浓度大致保持在 2.4%，以便更好的实现真实环境的模拟。试验通常选
10、择 12cm 厚的的混凝土，通过给定的 Co、w 的数值和混凝土厚度，利用公式(14)便可以求得对应的 Ci(t)。如图 1 所示，温度和水灰比对氯离子的扩散系数及扩散速率的影响非常明显。这些影响将在氯离子的浓度分布上有所体现。图 5 是一个典型的图形，它指出了在 0.4 的水灰比和温度循环条件下由方程(8)得到的氯离子分别在型材曝光时间由 200 天到 300 天的浓度值。相应的氯离子浓度是在同一水灰比条件下的值，但是当温度在 20 C 到 4 0C 的范围时，其值可由图 6 查得。如前所述，高温对氯离子扩散的影响是可以预计的。通过比较这些数字可以明确的指出，要准确估计氯离子在多孔混凝土中的
11、扩散，必须将温度变化的因素明确考虑在内。图 5-7 的一个重要意义是：它表明了氯离子浓度达到钢筋腐蚀极限的时间。预期和 Ip I 1结果显示，氯离子浓度在 0.2%和 0.4%之时时会发生钢筋的腐蚀。这种氯离子浓度条件下任意厚度混凝土达到腐蚀极限的时间可直接由图 5-7 读出。图 8 表示了在 20 C 和 40 C 条件下，混凝土中心（两最高面）和距离混凝土表面 3cm（两个方向面）达到腐蚀极限的时间。在不同的温度下，钢筋达到给定的腐蚀极限的时间具有相当大的差异。举例来说，在 20 C 时，混凝土中心氯离子浓度达到 0.4%大概需要 3400 天。当温度升高到 40 C 时，混凝土达到相同的
12、氯离子浓度则只需要 700 天。而本图则提供了一种确定具体覆盖层厚度的方便途径。图 8.在 0.2和 0.4氯化物浓度下，混凝土板中心下 3cm 钢筋达到腐蚀极限时间5.结论为了讨论非等温条件下氯离子在多孔混凝土中的扩散，首先需要准备一个扩散模型。同时必须将日常温度循环变化考虑在内以便来模拟环境温度变化。不同的水灰比反映在混凝土上。很明显，水灰比和环境温度变化对氯离子在混凝土中的扩散具有很强的影响力。这种非等温氯离子扩散模型是用来研究非等温条件下给定深度的混凝土表面达到腐蚀极限的时间的。对于一个给定的钢筋腐蚀时的氯离子浓度极限，氯离子扩散模型都具有明显的实际性意义。参考文献1. Brunaue
13、r, E; Copeland, L. E.: The chemistry of concrete. Sci. Amer. 210 (1964) 80 2. Collepardi, M.; Marcialis, A.; Turriziani, R.: Penetration of chloride ions into cement pastes and concrete. J. Amer. Ceram. Soc. 55 (1972) 534 3. Page, C. L.; Short, N. R.; Tarras, A. E.: Diffusion of chloride ions in hardened cement pastes. Cem. Conc. Res. t 1 (1981) 395 4. Tuuti, K.: Corrosion of steel in concrete. Stockholm, Sweden: Swedish Cement and Concrete Research I
