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硅酸盐通报2026年第02期:水压下氯离子在混凝土细观结构中传输机制数值模拟研究

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作者:虞爱平;李正康;程梓宸;杨聿涵;刘咏琪;陈宣东;

单位:广西绿色建材与建筑工业化重点实验室;桂林理工大学土木工程学院;

摘要:在海洋环境中,水压促进了氯离子在混凝土中的传输,加速了钢筋混凝土结构的劣化。本研究构建了考虑扩散-对流耦合效应的氯离子传输理论模型,并采用有限元法实现混凝土细观尺度的数值求解,模拟了不同水压条件下氯离子在混凝土细观结构中的传输过程,研究了水压存在性、侵蚀时间及水压(简称水压)对氯离子传输行为的影响机制。研究表明:水压存在不仅促进了氯离子的传输,还改变了氯离子传输机制。当无水压时,氯离子传输机制以扩散为主;而存在水压时,传输机制由扩散主导转为扩散-对流耦合。此外,界面过渡区对氯离子传输的促进效应随水压增大而减弱,氯离子的传输具有显著的方向性。在长期暴露下,混凝土中深区域的氯离子浓度仍可借助水压效应持续累积至临界浓度;当水压从0.10 MPa增至1.00 MPa时,深层氯离子浓度呈指数增长。基于60 d测量点氯离子浓度变化,0.30 MPa水压下氯离子浓度约为0.10 MPa水压下的2.11倍,0.50 MPa水压下的3.98倍,1.00 MPa水压下的14.22倍,水压对氯离子传输的促进效应不可忽略。本研究定量揭示了水压下氯离子的传输规律,为海底隧道、水工结构等受压混凝土的耐久性设计与寿命预测提供了理论依据。

关键词:氯离子侵蚀;;静水压力;;混凝土细观结构;;扩散-对流;;有限元法

基金资助:国家自然科学基金(12172121);; 广西青年科学基金(2025GXNSFBA069153);; 广西研究生教育创新计划(YCSW2025413)