骨料對(duì)混凝土中氯離子傳輸特性的影響進(jìn)展*

張高展，王宇譞，楊 軍，張 鍵，寇 斌，丁慶軍

(1. 安徽建筑大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院，合肥 230601； 2. 安徽省先進(jìn)建筑材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230022；3. 安徽建工建材科技集團(tuán)有限公司，合肥 230001； 4. 安徽飛天新材料科技股份有限公司，宿州 234001；5. 武漢理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430070)

0 引 言

我國(guó)東部沿海和西部鹽堿地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)通常耐久性差、服役壽命短，主要原因是這些地區(qū)存在大量有害離子，如Mg2+，SO42-、Cl-等[1-3]。目前，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為鋼筋銹蝕是導(dǎo)致混凝土耐久性破壞的主要原因之一，而氯離子又是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的主要因素[4-5]。當(dāng)混凝土暴露到氯鹽環(huán)境中時(shí)，滲透壓差促使氯離子沿混凝土表面的微裂紋及孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部，隨后氯離子再通過擴(kuò)散、滲透、毛細(xì)作用以及彌散等方式在混凝土內(nèi)部遷移[6-7]。氯離子在遷移過程中常呈現(xiàn)3種狀態(tài)：(1)部分氯離子與水泥組分中的C3A或水化相AFm發(fā)生反應(yīng)形成Friedel鹽(3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O，簡(jiǎn)稱F鹽)；(2)部分氯離子吸附在水化產(chǎn)物上，從而被固化；(3)除此之外的氯離子則繼續(xù)以游離態(tài)在混凝土中遷移。因此，導(dǎo)致鋼筋銹蝕的關(guān)鍵是混凝土內(nèi)部游離型氯離子的濃度。當(dāng)鋼筋表面氯離子濃度超過3.0%的閾值時(shí)，鋼筋表面的鈍化層發(fā)生電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致鋼筋銹蝕和膨脹，使得混凝土內(nèi)部微結(jié)構(gòu)劣化，服役壽命縮短。

骨料作為混凝土的重要組成之一，通常非均勻的分散在混凝土內(nèi)部，組成混凝土的骨架，并為混凝土提供一定的強(qiáng)度，因此骨料直接影響混凝土的性質(zhì)。傳統(tǒng)骨料自身較為致密，骨料內(nèi)部一般不會(huì)為氯離子提供傳輸通道，但骨料4周形成的界面過渡區(qū)卻是氯離子傳輸?shù)某Ｓ猛ǖ??；诃h(huán)境保護(hù)和建筑材料可持續(xù)發(fā)展的需求，人造輕骨料及再生骨料已廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)。輕骨料輕質(zhì)多孔，而再生骨料存在較為復(fù)雜的界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)，二者對(duì)氯離子在混凝土中的傳輸與傳統(tǒng)骨料均存在較大的差異。因此，骨料種類、形狀[8]、含泥量[9]、摻量[10-12]，以及骨料與水泥基漿體之間存在的界面過渡區(qū)等因素均會(huì)對(duì)氯離子在混凝土中的傳輸產(chǎn)生影響。本文基于氯離子在混凝土中的傳輸特性，從宏觀與細(xì)觀兩個(gè)角度綜述了骨料相關(guān)因素對(duì)氯離子傳輸影響的相關(guān)研究，并進(jìn)行討論與展望。

1 宏觀尺度下骨料對(duì)混凝土中氯離子傳輸特性的影響

骨料是混凝土的重要組成部分，其本身具有多孔性，但大部分骨料的孔徑<0.01 μm[13]，一般認(rèn)為骨料自身孔隙對(duì)離子傳輸?shù)挠绊憳O小或者可以忽略。但混凝土中骨料占比最大且呈非均勻分散，因此骨料種類、形態(tài)、摻量及骨料與漿體形成的ITZ對(duì)氯離子傳輸具有一定的影響。Yang等[14]將骨料對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊憵w結(jié)為4種作用，分別為稀釋效應(yīng)(dilution effect) 、曲折效應(yīng)(tortuosity effect)、界面過渡區(qū)效應(yīng)(iInterfacial transition zone)和逾滲效應(yīng)(也稱為滲透連通效應(yīng)，percolation effect)，具體如圖1所示。他們認(rèn)為稀釋效應(yīng)和曲折效應(yīng)可降低氯離子的擴(kuò)散系數(shù)，屬于正效應(yīng)；界面區(qū)效應(yīng)和逾滲效應(yīng)使氯離子的擴(kuò)散系數(shù)增大，屬于負(fù)效應(yīng)，但逾滲效應(yīng)對(duì)氯離子的傳輸影響較小。

圖1 骨料對(duì)混凝土傳輸影響的示意圖：(a)為稀釋效應(yīng) ；(b)為曲折效應(yīng)；(c)為界面過渡區(qū)；(d)為逾滲效應(yīng)

1.1 骨料種類

骨料一般具有高致密性和低滲透性，傳統(tǒng)粗骨料多為致密的天然巖石，吸水率<1.0%[15]。然而，隨著我國(guó)環(huán)保要求不斷提高，人造骨料和再生骨料逐漸替代傳統(tǒng)天然骨料，三者的基本物理性質(zhì)如表1所示，其中人造骨料以輕骨料為代表。

表1 三類骨料的基本性質(zhì)

由表1可知，相對(duì)于傳統(tǒng)天然骨料，輕骨料質(zhì)輕多孔，吸水率明顯高于其他兩類骨料;而再生骨料與傳統(tǒng)骨料的性能相差較小，但再生骨料存在多種界面過渡區(qū)，薄弱區(qū)較多。

骨料種類不同，對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響也存在明顯差別。Titi等[18]從不同地區(qū)選取了14種不同種類的巖石制備混凝土，研究其28天齡期抗氯離子滲透能力，發(fā)現(xiàn)電通量在1 400～2 700 ℃之間變化，并且指出相比于沉積巖，火成巖和變質(zhì)巖具有較好的抗氯離子滲透性能。表2對(duì)比了采用不同種類骨料制備的混凝土抗氯離子滲透性能。由表2可以看出，普通混凝土的抗氯離子滲透能力優(yōu)于再生混凝土，劣于輕骨料混凝土。輕骨料具有前期吸水后期釋水的特性，其獨(dú)特的內(nèi)養(yǎng)護(hù)機(jī)制使混凝土內(nèi)部更為致密，相比于普通混凝土，具有較為優(yōu)越的抗氯離子滲透性能。此外，現(xiàn)有研究認(rèn)為利用不同種類輕骨料制備的混凝土抗氯離子滲透性能不同。牛建剛等[20]認(rèn)為，相較于粉煤灰陶粒，頁(yè)巖陶粒所制備的混凝土具有更好的抗氯離子滲透性。但由于再生骨料存在較多缺陷，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部薄弱區(qū)域增多，使得混凝土的抗氯離子滲透性能降低[21]。針對(duì)不同骨料，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也采用不同的措施增強(qiáng)混凝土的抗氯離子滲透性能，如摻入礦物摻合料[22]、選取不同養(yǎng)護(hù)制度[23-24]等。

表2 不同骨料混凝土的抗氯離子滲透性能

綜上所述，骨料種類不同，其基本特性也有所不同，這也導(dǎo)致對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響不同。目前，制備混凝土所有骨料多為天然骨料，但為了保護(hù)環(huán)境及堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路，人造骨料和再生骨料的應(yīng)用逐漸被重視。因此，針對(duì)不同人造骨料和再生骨料對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能影響的研究是目前研究的熱點(diǎn)。

1.2 骨料粒形

骨料的粒形可分為凸多面體、球體、橢球體、棒狀、板片狀等，其中以凸多面體為主。不同粒形的骨料導(dǎo)致混凝土彎曲度不同，即前文所述骨料的曲折效應(yīng)不同，曲折效應(yīng)越大，氯離子傳輸路徑越長(zhǎng)，混凝土抗氯離子滲透性能越好。

當(dāng)混凝土中骨料體積分?jǐn)?shù)相同時(shí)，方形骨料相較于圓形骨料和橢圓形骨料，會(huì)使得混凝土內(nèi)部存在較大的彎曲度，有利于阻礙氯離子的傳輸。Zheng等[25]采用加速試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)粗骨料越細(xì)長(zhǎng)，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)越小，反之粗骨料越粗短，混凝土的擴(kuò)散系數(shù)越大；王發(fā)洲等[26]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于輕骨料混凝土的抗氯離子滲透性能，碎石型骨料優(yōu)于圓球型骨料。史衍慧[27]研究發(fā)現(xiàn)，圓形骨料混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)最大，橢圓形次之，不規(guī)則卵型最小，丁有成[28]通過數(shù)值模擬也得到了相同的結(jié)論，他們認(rèn)為其原因在于：骨料的形狀越規(guī)則，骨料周圍滲透路徑的阻力越小，這導(dǎo)致氯離子在混凝土中的傳輸越容易。

總之，骨料的粒形會(huì)對(duì)氯離子在混凝土中的傳輸產(chǎn)生一定影響，骨料的邊界越復(fù)雜，氯離子傳輸所經(jīng)歷的路徑越長(zhǎng)，由此可以降低氯離子在混凝土中的傳輸速率，但這種影響在后文細(xì)觀尺度下，效果并不明顯。

1.3 骨料體積比

骨料作為混凝土的骨架，體積占比最大，約占據(jù)混凝土總體積的60%～70%。骨料本身不提供傳輸通道，但骨料的體積比對(duì)混凝土抵抗氯離子侵蝕具有一定影響。骨料體積比越大，氯離子入侵混凝土的路線越為曲折，并隨氯離子侵入深度的增加，部分氯離子會(huì)與水泥中C3A或水化相AFm發(fā)生反應(yīng)形成F鹽，或者吸附于水化產(chǎn)物上，這都使得游離型氯離子不斷減少，阻礙了氯離子的傳輸，提高了混凝土的抗氯離子滲透性能；另一方面，骨料體積比增加導(dǎo)致ITZ面積增加，ITZ作為混凝土內(nèi)部的薄弱區(qū)域，氯離子更容易通過ITZ進(jìn)入混凝土內(nèi)部，加快了氯離子的傳輸。因此，骨料體積比對(duì)混凝土中氯離子傳輸?shù)挠绊懯乔坌?yīng)、稀釋效應(yīng)以及界面區(qū)效應(yīng)的綜合作用[29]。

Du[30]等發(fā)現(xiàn)骨料體積比的增加導(dǎo)致混凝土整體擴(kuò)散系數(shù)顯著降低；虞愛平[31]針對(duì)混凝土中粗骨料及ITZ對(duì)混凝土滲透性能的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)粗骨料體積比的增加會(huì)阻礙氯離子傳輸；金立兵[32]研究了粗骨料含量對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響，結(jié)果如圖2和圖3所示。由圖中可知，隨著粗骨料含量的增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)逐漸降低，當(dāng)粗骨料含量為60%時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)與純砂漿擴(kuò)散系數(shù)相比減少了65.18%。因此認(rèn)為當(dāng)粗骨料含量增加時(shí)，曲折效應(yīng)和稀釋效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，有利于抵抗氯離子傳輸與擴(kuò)散。Delagrave等[33]研究了3種不同骨料體積比砂漿的氯離子傳輸特性，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是如此；Wu等[34]通過氯離子二維擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粗骨料體積比的增加可有效降低氯離子在混凝土中的傳輸。

圖2 粗骨料含量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系[32]

圖3 氯離子擴(kuò)散深度與濃度之間的關(guān)系[32]

綜上所述，隨骨料體積比的增加，雖然界面效應(yīng)有所增加，但縱觀總體，曲折效應(yīng)和稀釋效應(yīng)仍占主導(dǎo)地位，對(duì)氯離子在混凝土中的傳輸起到抑制作用，可有效地降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)，即降低氯離子在混凝土中的傳輸速率。

1.4 骨料界面效應(yīng)

骨料周圍存在特殊的結(jié)構(gòu)稱之為界面過渡區(qū)(ITZ)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一般認(rèn)為ITZ形成的主要原因是邊界效應(yīng)，以及泛漿致使水積聚于骨料周圍形成的區(qū)域。ITZ內(nèi)部存在大量疏松多孔的鈣礬石和氫氧化鈣，導(dǎo)致界面區(qū)的孔隙率遠(yuǎn)高于水泥石基體。因此，ITZ是普通混凝土中最薄弱的區(qū)域，是外界有害物質(zhì)侵入的通道[35]。高孔隙率為氯離子提供了更多的傳輸途徑，氯離子在ITZ中的傳輸模型如圖4所示，一種情況為氯離子與水合鋁酸鈣反應(yīng)生成F鹽以及可溶性CaCl2，導(dǎo)致ITZs中鋁酸鈣硬度和密度的降低[36-37]；另一種情況為氯離子與富集在ITZ周圍的Ca(OH)2反應(yīng)形成CaCl2Ca(OH)2H2O，產(chǎn)生更多的微裂縫。因此，ITZ 結(jié)構(gòu)的存在不利于混凝土的抗氯離子滲透性。

圖4 Cl-在ITZ中的傳輸機(jī)理

ITZ被看作是圍繞每個(gè)骨料或砂粒外的均勻厚度殼層。氯離子擴(kuò)散系數(shù)的大小取決于ITZ的厚度，通常ITZ的氯離子擴(kuò)散系數(shù)(Ditz)大于混凝土水泥基體的擴(kuò)散系數(shù)(Dcp)，因此Ditz/Dcp比值成為探討骨料的界面效應(yīng)對(duì)氯離子傳輸影響的一個(gè)重要參數(shù)。

Breton等[38]和Bourdett等[39]認(rèn)為ITZ有效擴(kuò)散系數(shù)是水泥漿體有效擴(kuò)散系數(shù)的6～12倍；Delagrave[33]認(rèn)為Ditz的值大約是Dcp的6～10倍，而Shane等[40]報(bào)道Ditz/Dcp的值在2～7之間。同時(shí)，Ditz/Dcp數(shù)值與ITZ寬度存在一定關(guān)系，Care和Herve[41]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ITZ寬度為30 μm時(shí)，Ditz大約為不含骨料水泥漿體的16.2倍；而Oh和Jang[42]實(shí)驗(yàn)表明，ITZ寬度為20 μm時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)約為水泥漿體擴(kuò)散系數(shù)的7倍。Ditz/Dcp越大，說明氯離子越容易在混凝土中擴(kuò)散。

綜上所述，ITZ屬于混凝土內(nèi)部的薄弱區(qū)域，其高孔隙率為氯離子提供了傳輸通道，導(dǎo)致其中的氯離子擴(kuò)散速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于水泥石基體，且氯離子可與ITZ結(jié)構(gòu)中水合鋁酸鈣和氫氧化鈣反應(yīng)，劣化ITZ結(jié)構(gòu)。

2 細(xì)觀尺度下骨料對(duì)混凝土中氯離子傳輸特性的影響

2.1 骨料粒形

細(xì)觀尺度下骨料粒形對(duì)氯離子在混凝土中具有一定的影響，但影響較小[43-44]。Du等[18]分別采用相同體積分?jǐn)?shù)的圓形、橢圓形和方形骨料建立了普通混凝土的氯離子滲透模型，并進(jìn)行了數(shù)值分析，結(jié)果見圖5和6。在宏觀尺度下，含有方形骨料的混凝土比含有圓形和橢圓形骨料的混凝土具有更大的彎曲度，對(duì)氯離子的稀釋效應(yīng)更強(qiáng)，有利于降低氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)。但在細(xì)觀尺度下，骨料粒形對(duì)氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)影響不大，這與Li等[45]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。而Zheng等[46]在模擬混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)格模型分析了氯離子在混凝土中的擴(kuò)散特征，并定量研究了骨料粒形對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響。結(jié)果表明，在ITZ與水泥石的氯離子擴(kuò)散率一定的情況下，橢圓骨料顆粒長(zhǎng)徑比越長(zhǎng)，骨料的稀釋效應(yīng)及曲折效應(yīng)越強(qiáng)，越有利于阻止氯離子在混凝土中的擴(kuò)散；劉清風(fēng)等[47]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)骨料體積相同時(shí)，骨料的彎曲度越高，骨料粒型對(duì)離子遷移速率的影響越顯著，當(dāng)彎曲度較低時(shí)，骨料粒型對(duì)離子遷移速率的影響較小。基于以上分析，細(xì)觀尺度下骨料的粒形對(duì)氯離子傳輸具有一定影響，但影響較小，有時(shí)甚至可以忽略。

圖5 暴露4年后，3個(gè)不同骨料粒形的混凝土試件沿深度方向的總氯離子濃度[30]

圖6 t=0.64年，2年和4年的3個(gè)混凝土試件沿深度方向的氯離子濃度[30]

2.2 骨料體積比

骨料的稀釋效應(yīng)和彎曲效應(yīng)會(huì)降低氯離子在混凝土中的擴(kuò)散速率，而ITZ效應(yīng)和滲流效應(yīng)則會(huì)加快氯離子的擴(kuò)散速率。宏觀尺度下，隨骨料體積比增加，稀釋和彎曲效應(yīng)為主導(dǎo)，有利于混凝土抵抗氯離子侵蝕，但在細(xì)觀尺度下，這個(gè)結(jié)論并非完善。

Du等[30]從細(xì)觀尺度研究了骨料體積比對(duì)氯離子在混凝土中傳輸?shù)挠绊?，并與Delagrave等[33]的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖7所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ditz/Dcp值<2.7時(shí)，隨著骨料體積比增加，骨料和ITZ的共同作用阻礙了表面氯離子進(jìn)入混凝土，氯離子表觀擴(kuò)散率會(huì)降低；當(dāng)Ditz/Dcp值=2.7時(shí)，隨著骨料體積比的變化，混凝土的表觀氯離子擴(kuò)散率保持不變；當(dāng)Ditz/Dcp值﹥2.7時(shí)，混凝土的氯離子表觀擴(kuò)散率也會(huì)增大。后兩種情況的結(jié)果與宏觀尺度下的結(jié)論相反，并且隨著Ditz/Dcp的增加，混凝土的整體擴(kuò)散能力明顯提高，骨料總體積分?jǐn)?shù)的增加會(huì)導(dǎo)致Deff顯著降低。通過對(duì)現(xiàn)有仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較可以發(fā)現(xiàn)，Ditz/Dcp值的確定具有重要意義，如果Ditz/Dcp的選擇不合理，仿真結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生較大偏差。

圖7 Delagrave等[33]的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較[30]

基于以上分析，細(xì)觀尺度下骨料體積比對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響主要取決于Ditz與Dcp的比值，當(dāng)Ditz/Dcp≥2.7時(shí)，與宏觀尺度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在較大誤差。此外，在進(jìn)行細(xì)觀模擬時(shí)，ITZ寬度和Ditz的選取具有一定的波動(dòng)性，因此模擬結(jié)果可能存在一定的偏差。

2.3 骨料分布

骨料作為骨架分散在混凝土中，但這種分散是隨機(jī)非均勻分散。因此，有學(xué)者研究了骨料在混凝土中的分布情況對(duì)氯離子在混凝土中傳輸?shù)挠绊?。吳立朋[48]把混凝土分成若干層，探討了表層骨料分布對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散的影響，并建立了表層混凝土擴(kuò)散性計(jì)算模型，該模型考慮了氯離子在水泥基體中的擴(kuò)散以及骨料四大效應(yīng)對(duì)其的影響；楊進(jìn)波[49]研究了一維尺度上粗骨料在水泥基體中的分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于邊界效應(yīng)，該維度的粗骨料含量由外到內(nèi)逐漸增加，當(dāng)超過邊界效應(yīng)層(約5mm)后，骨料分布數(shù)量趨于一穩(wěn)定值；鄭建軍等[50]模擬分析了長(zhǎng)方形截面上混凝土骨料的分布情況，結(jié)果如圖8所示，模擬結(jié)果與楊進(jìn)波等研究結(jié)果相似；鄭建軍等[51]通過模擬發(fā)現(xiàn)邊界效應(yīng)對(duì)骨料分布的影響是顯著的。

圖8 骨料分布密度曲線[50]

但從細(xì)觀尺度的角度分析，骨料的分布模式對(duì)混凝土中氯離子的擴(kuò)散行為幾乎沒有影響。圖9中3種不同骨料分布試件的氯離子總含量曲線幾乎重合，通過篩析法建立骨料的隨機(jī)分布，骨料分布對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響可以忽略不計(jì)[30]。

圖9 t=0.64年、2年和4年時(shí)3個(gè)混凝土試件的總氯離子含量-深度曲線[30]

2.4 骨料界面效應(yīng)

在細(xì)觀尺度下，ITZ通常以網(wǎng)格劃分的形式表現(xiàn)，首先設(shè)定骨料周圍ITZ厚度，對(duì)導(dǎo)入的骨料模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分(如圖10所示)，隨后再考慮界面效應(yīng)對(duì)氯離子傳輸性能的影響，主要考慮的因素有ITZ厚度和ITZ擴(kuò)散系數(shù)等。

圖10 混凝土界面過渡區(qū)細(xì)觀模型：(a)細(xì)觀幾何模型；(b)為細(xì)觀尺度單元模型；(c)為ITZ單元網(wǎng)格[52]

Oh和Jang[53]考慮了ITZ和水泥基體的擴(kuò)散系數(shù)，采用一般有效介質(zhì)方程求得擴(kuò)散系數(shù)，并基于復(fù)合球體組合模型推導(dǎo)出了混凝土的有效擴(kuò)散系數(shù)；余蔚[54]等采用電子探針研究了細(xì)觀尺度下圓柱狀骨料界面效應(yīng)對(duì)氯離子二維傳輸?shù)挠绊懀l(fā)現(xiàn)ITZ擴(kuò)散系數(shù)是砂漿的40倍；Dehghanpoor等[55]建立三維球體和橢圓體骨料有限元模型，研究了ITZ寬度對(duì)氯離子在混凝土中傳輸?shù)挠绊?，結(jié)果表明ITZ寬度對(duì)氯離子傳輸擴(kuò)散影響較小，這與其他學(xué)者的結(jié)論有所不同；吳靜新[56]從細(xì)觀尺度上研究了ITZ寬度、ITZ擴(kuò)散性能對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散滲透的影響，發(fā)現(xiàn)ITZ寬度和擴(kuò)散系數(shù)增加都會(huì)提高氯離子在混凝土中的傳輸性；李寧等[57]將掃描得到的真實(shí)混凝土斷面圖導(dǎo)入有限元模擬軟件，研究了ITZ寬度、侵蝕時(shí)間等對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊懀l(fā)現(xiàn)距離表面<10 mm處，骨料界面過渡區(qū)厚度對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊戄^小，當(dāng)距離>10 mm，界面區(qū)寬度的增加會(huì)促使氯離子傳輸速率的加快；鄭建軍等[58]建立了混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)預(yù)測(cè)的格構(gòu)模型，并分析了最大骨料直徑、骨料級(jí)配和界面區(qū)氯離子擴(kuò)散系數(shù)對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著最大骨料粒徑增大，混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)減小；但I(xiàn)TZ擴(kuò)散系數(shù)的增大，會(huì)使混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大；劉清風(fēng)等[59]認(rèn)為ITZ能加速離子輸運(yùn)，導(dǎo)致氯離子傳輸速率增大，穿透前沿明顯加深。

通過對(duì)隨機(jī)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分可更方便的模擬研究界面效應(yīng)對(duì)氯離子傳輸特性的影響，但對(duì)ITZ寬度及ITZ擴(kuò)散系數(shù)的選擇具有一定隨機(jī)性，導(dǎo)致有些選取的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際不符，研究還有待完善。

3 結(jié) 語(yǔ)

由于混凝土的多孔性以及復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，骨料對(duì)氯離子在混凝土中的傳輸研究是個(gè)持續(xù)性的問題。由于骨料在混凝土中的非均勻分布，骨料的4大效應(yīng)(稀釋效應(yīng)、曲折效應(yīng)、界面效應(yīng)和逾滲效應(yīng))對(duì)混凝土抗氯離子性能有著不同的影響。宏觀尺度下：(1)骨料種類不同，對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊懸膊煌?2)骨料的邊界條件越復(fù)雜，氯離子的傳輸路徑越長(zhǎng)，可有效的阻礙氯離子在混凝土中的傳輸；(3)骨料體積比越大，雖然會(huì)一定程度的增加界面效應(yīng)，但此時(shí)稀釋效應(yīng)和曲折效應(yīng)占主導(dǎo)地位，總體而言可有效抵擋氯離子侵蝕。細(xì)觀尺度下：(1)骨料的粒形與分布對(duì)氯離子的傳輸影響較小，有時(shí)可以忽略；(2)骨料體積比，以Ditz/Dcp=2.7為界，<2.7時(shí)，與宏觀規(guī)律一致，而≥2.7時(shí)，則加速了氯離子在其中的擴(kuò)散；(3)在模擬分析時(shí)，設(shè)置的參數(shù)要準(zhǔn)確，否則會(huì)與實(shí)際存在一定的誤差。

目前，骨料對(duì)氯離子在混凝土中的傳輸?shù)挠绊懸讶〉靡欢ǖ某晒?，但由于在進(jìn)行細(xì)觀研究時(shí)的取值不同等原因，導(dǎo)致研究結(jié)果存在一定的爭(zhēng)議。今后可從以下三方面進(jìn)行骨料對(duì)氯離子在混凝凝土中傳輸機(jī)理影響的研究：(1)目前關(guān)于混凝土中氯離子傳輸性能的研究多為普通混凝土，需對(duì)高性能混凝土、超高性能混凝土這些具有較好發(fā)展前景的材料進(jìn)行研究，尤其需要關(guān)注這些混凝土在動(dòng)力效應(yīng)作用下的氯離子傳輸特性；(2)仿生模擬逐漸運(yùn)用于探討混凝土的相關(guān)性能，需進(jìn)一步關(guān)注細(xì)觀尺度下氯離子在混凝土中傳輸過程，且在設(shè)定邊界條件時(shí)需更為準(zhǔn)確；(3)目前的模擬研究多屬于瞬態(tài)研究，對(duì)氯離子在混凝土中傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)模擬也值得深入研究。