بررسي شاخص كاهش پخش كلرايد در بتن از روشهاي تجربي و تحليلي

عليرضا آذريون1*، محسن تدين2 ، غلامرضا قهرماني3

– عضو هيات علمي دانشكده فني دانشگاه ملاير
– استاديار دانشكده فني دانشگاه بوعلي سينا
– عضو هيات علمي دانشكده فني دانشگاه ملاير

چكيده از جمله پارامترهايي كه ميتواند ميزان انتشار يون كلرايد به درون بتن را توصيف كند، ضريب انتشار يون كلرايد مي باشد كه ميتوان آنرا با كمك پروفيل يون كلر بدست آورد. با معلوم بودن اين عامل ميتوان پيش بيني نمود كه پس از چه زماني غلظت يون كلرايد در سطح آرماتور به آستانه بحراني ميرسد. همچنين ميتوان مقدار پوشش بتني مورد نياز روي آرماتور را تعيين نمود ،بطوري كه آرماتور در طول عمر مفيد سازه دچار خوردگي نگردد. وابستگي زماني و مكاني ضريب انتشار يون كلرايد امري است كه توسط محققين به اثبات رسيده ولي معادله دقيق اين وابستگي در هاله اي از ابهام قرار دارد. در اين نوشتار سعي شده است نظرات گوناگون در مورد نحوه وابستگي زماني ضريب انتشار يون كلرايد به درون بتن را بيان كرده و در پايان به مقايسه برخي از روشهاي تجربي با يك روش جديد تحليلي محاسبه شاخص كاهش پخش بتن پرداخته شود.
كلمات كليدي: شاخص كاهش پخش، قانون فيك، ضريب انتشار

Investigation of the Chloride Diffusion Decay Index in Concrete by Experimental and Analytical Methods

A. Azarioon1, M. Tadayon2, G. Ghahremani3

Assistant Professor of civil Eng, Bu-Ali Sina University
Lecturer of Civil Eng, Malayer University
Lecturer of Civil Eng, Malayer University

Abstract
Diffusion coefficient is one of the parameters which can describe the rate of chloride ion diffusion in concrete. This can be obtained by the chloride ion profile. By determining this factor,one can predict when the chloride ion concentration on the reinforcement surface reaches a critical value,and the cover tickness which is needed for preventing corrosion. Time and distance dependency of chloride ion diffusion coefficient has been proved by researchers,but the exact equation of dependency is ambiguous. In this paper,Researchers try to collect the various opinions about the quality of chloride ion diffusion time-dependency and then compare the experimental approaches with a new analytical approach to calculate diffusion decay index. Keywords:Diffusion decay index ,Fick’s law, Diffusion coefficient

[email protected] نويسنده مسوول مقاله *

14782979999

نشريه مهنــدسـي دريــا

1- مقدمه
انتشار كلرايد در بتن، يك انتقال جرم توسط حركت تصادفي يونهاي كلرايد آزاد در محلول منفذي است كه نتيجه آن جرياني از مناطق با تمركز يون بيشتر به مناطق با غلظت يون كمتر است. با توجه به وضعيت فضاهاي خالي داخل جسم، اين پديده داراي چند نوع مكانيزم مي باشد. بطور كلي، دو روش براي مدلسازي نفوذ يون كلرايد در بتن وجود دارد [3،2،1]:
مدلهاي مبتني بر خصوصيات ماكروسكوپيك
مدلهاي بر مبناي خصوصيات ميكروسكوپيك
(الكتروشيميايي)
در هركدام از اين روشها، چند مكانيزم مي توان در نظر گرفت كه در جدول 1 خلاصه شده اند.

جدول 1- مدلسازي نفوذ يون كلرايد در بتن[3]

مكانيزم روش مدلسازي
1 انتشار ماكروسكوپيك
3 2
همرفتجذب مويينه (انتقال يون گراديان همراه رطوبت) هيدروليكي انتشار ميكروسكوپيك
مهاجرت4 (انتقال يون براثر گراديان پتانسيل الكتريكي) جذب مويينه همرفت گراديان

هيدروليكي
در مدلهاي بر مبناي ماكروسكوپيك، بجز لايهججهاي سطحي(حداكثر عمق 20 ميليمتر) كه در معرض چرخه تر و خشك شدن قرار دارد و باعث اهميت يافتن فرآيند جذب مويينه مي گردد، در غالب موارد فرآيند انتشار حاكم است. گراديان هيدروليكي بندرت در جاده هاي بتني بررسي شده و كمترين اثر را دارد [3]. در
مدلهاي ميكروسكوپيك، اخيرا يك فرآيند عمومي تر
انتقال يون در بتن شامل تمام مكانيزمهاي مورد اشاره مورد بررسي قرار گرفته است [4]. پيشنهاداتي كه توسط نيلسن [5] بمنظور پيش بيني صحيح ميزان نفوذ يون كلرايد در بتن ارائه گرديده اند عبارتند از:
1- استفاده از شرايط مرزي مناسبتر
انجمن مهندسي دريايي ايران
استفاده از فاكتور سن5 مناسب براي محاسبه ضريب انتشار.
در نظر گرفتن بيش از يك مكانيزم.
در مدلهاي برپايه فرآيند انتشار نيز روشهاي مختلفي استفاده شده است. در برخي از آنها، مواردي چون اثر پيوندي كلرايد6 منظور مي گردد [6]. تفاوتهاي اصلي روشهاي مذكور در مرجع [7] آورده شده است.
برپايه مكانيزم انتشار، مشتق غلظت يون كلرايد نفوذي نسبت به زمان متناسب با گراديان غلظت و ضريب انتشار بتن مي باشد. قانون دوم فيك7 كه براي محاسبه غلظت يون كلرايد در جريان يك بعدي بكار مي رود بصورت زير نوشته مي شود [1]:

∂C∂  ∂C 
17373771639

=D (1)
∂t ∂ x ∂ x 

در اين رابطه، D ضريب انتشار است كه برحسب مترمربع بر ثانيه بوده و تابع غلظت مي باشد.
( , )C x t نيز غلظت يون كلرايد است كه برحسب درصد وزني سيمان يا بتن معرفي مي گردد.
با فرض مقدار اوليه غلظت يون كلرايدCi و غلظت يون كلرايد در سطح بتن در زمان نفوذ Cs، شرايط اوليه و مرزي بصورت زير خواهند بود:

C = C ti : = 0,0 < <x ∞
C = Cs :0 ≤ <∞ =t, x0

حل كرانك8 معادله 1() بصورت زير خواهد بود:

17373736389

C x t( , )−Ci22 xD ta2 s −Ci = −1 π∫ 0exp(−λ λ)d
C

يا بصورت بي بعد:

Cs −C x t( , )x
17373772491

= erf 
12603554297

Cs −Ci 2 D ta  (2)

در رابطه فوق ،( , )C x t غلظت يون كلرايد(برحسب درصد وزني سيمان) در عمقx بعد از گذشت زمان در
معرض بودنt مي باشد. Da ضريب انتشار ظاهري9
90
ناميده مي شود .تغيير ضريب انتشار در هر زمان، اثر قابل ملاحظه اي بر ميزان نفوذ يون كلرايد در بتن دارد [8].
erf تابع بدون بعد موسوم به تابع خطا10 است.

2
2
0
2
exp(
)
2
a
x
Dt
a
x
d
erf
Dt
λλ
π



=






تر

ساده

بصورت

يا
)
با

تغيير

متغير
2
a
x
u
Dt
=
🙁

()
2
0
2
)
exp(
u
erfu
d
λλ
π
=

2

2

0

2

exp(

)

2

a

x

Dt

a

x



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید