Chloride Diffusivity Analysis of Existing Concrete Based on Fick's Second Law

According to the existing concrete core samples obtained in site, chloride concentration and porosity of existing normal hydraulic concrete were measured, and chloride diffusivity in existing hydraulic concrete was studied. By Fick’s second law, the chloride diffusion coefficients in the steady diffusion area were calculated. The chloride diffusion of different mix proportion concrete was tested, and chloride diffusion coefficients and porosities of freshly concrete were measured, moreover, the relationship between diffusion coefficient and porosity was analyzed. The results show that the varying law of chloride diffusion coefficient with exposure time of existing concrete can be predicted in a better way by Fick’s second law and water-cement ratios or porosity of concrete and chloride concentration in existing concrete.

用Fick第二定律描述混凝土中氯离子浓度分布的适用性

结合室内试验及现场试验所测得的氯离子浓度分布,与Fick第二定律给出的氯离子浓度分布曲线进行比较,分析了不同侵蚀环境下氯离子浓度分布的特点并计算了其与Fick分布两者间的相关性。结果表明,Fick第二定律适用于室内试验环境、现场盐雾作用环境和海水浸泡环境,经适当修正后,还可适用于有碳化或硫酸根影响的环境,但不适用于海水反复淋溅作用下的环境。

玄武岩纤维混凝土力学性能及氯盐侵蚀行为

为探究氯盐侵蚀对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响及氯盐在混凝土中的侵蚀行为,以抗压强度、劈裂抗拉强度、氯离子沉积量为表征手段进行盐雾侵蚀试验,并根据Fick第二定律计算得到不同侵蚀龄期下氯离子扩散系数。结果表明:混凝土强度在氯盐侵蚀过程中呈现先上升后下降的趋势;通过氯盐侵蚀的玄武岩纤维与普通混凝土相比,能有效提高混凝土的抗压及劈裂抗拉强度,降低混凝土劣化速率;在相同深度及侵蚀龄期下玄武岩纤维混凝土氯离子含量均低于普通混凝土;此外,氯离子扩散系数随着侵蚀龄期的增加而降低,且相同龄期下玄武岩纤维混凝土氯离子扩散系数均低于普通混凝土。

基于VTK的Fick第二定律动态扩散过程模拟

Fick第二定律是固体物理学中关于非稳态条件下的扩散宏观理论基础,动态扩散过程的可视化模拟将有助于研究人员直观快捷地了解和掌握物质扩散对周围物质和环境的影响.使用VTK实现了Fick第二定律在一维条件下动态扩散过程的可视化模拟,为研究人员应用Fick第二定律以及迅速地直观了解扩散结果提供了有益的参考和方法.

Fick第二定律的应用研究现状与展望

Fick第二定律通常被用来描述氯离子在混凝土中的扩散性质,对于Fick第二定律在钢筋混凝土结构寿命预测的应用,已经有许多学者对其进行了研究。本文总结了他们的研究成果,分别从Fick第二定律公式中的各个影响参数出发,对公式进行讨论,并且根据公式中各个参数的不确定性,提出了Fick第二定律应用发展方向,即应用随机微分方程理论建立随机模型。

冻融-干湿作用下装配式结构节点部位的氯离子传输特性

目的 研究冻融-干湿循环作用下装配式混凝土结构节点部位的氯离子传输特性,为北方寒区装配式结构的发展提供理论基础。方法 在Fick第二定律的基础上推导氯离子在扩散和冻融作用下的偏微分方程,建立数值模型模拟冻融与氯盐干湿侵蚀交替作用下氯离子在装配式混凝土结构节点部位的传输过程。结果 在冻融-干湿循环作用下氯离子逐渐向混凝土内部扩散,随着侵蚀深度的增加,氯离子质量分数逐渐降低;在侵蚀深度10 mm处,冻融-干湿循环50次后的氯离子质量分数为0.246%,可以发现经历100次、150次、200次、250次、300次循环后,节点部位氯离子质量分数分别较经历50次循环增加了66.3%、99.2%、134.6%、164.2%、173.6%。结论 节点与其他部位相比受到氯离子的侵蚀作用更强;随着冻融-干湿循环次数的增加,氯离子质量分数增速放缓,各部位冻融破坏程度均增加。

基于菲克第二定律的再生沥青中新旧沥青扩散融合研究

为了研究不同扩散时间、温度下新旧沥青扩散融合程度,制备了直径为25 mm,厚度为2 mm的老化沥青与新沥青双层沥青试样进行动态剪切流变试验;采用复数剪切模量G*作为双层沥青试样性能的表征参数,基于菲克第二定律理论计算了具有不同融合程度双层试样的G*理论值,从而采用迭代法并根据G*实测值计算出双层沥青试样中新旧沥青的融合程度;利用双因素方差分析评价了时间、温度对扩散融合程度的显著性。结果表明:复数剪切模量可以描述再生沥青中新旧沥青扩散融合且与新沥青掺量具有很好的线性关系,可作为性能变化的表征参数;70#基质沥青与90#基质沥青具有相同量级的扩散速率,均为10^(-7)左右,两种再生沥青的扩散速率随温度变化均呈指数增长;由双因素方差分析看出,扩散时间及温度对新旧沥青扩散融合程度都具有显著影响。

早龄期受硫酸盐侵蚀下的混凝土分层腐蚀模型

为研究早龄期受硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤劣化规律,采用压汞法(mercury intrusion porosimetry, MIP)测定了清水环境和硫酸盐环境下不同腐蚀龄期混凝土试样的孔隙率,利用分光光度法测定了混凝土中硫酸根离子的分布,并测试了不同腐蚀龄期混凝土的超声波声速值。结果表明:清水组中混凝土的孔隙率先降低后逐渐趋于一个定值,硫酸钠溶液中混凝土的孔隙率则先降低后增加;混凝土超声波声速值的变化规律与孔隙率的变化规律呈负相关性。最后,结合硫酸根离子的分布规律和Fick第二定律,建立了腐蚀混凝土分层理论计算模型,并利用混凝土密实速率系数评估了混凝土的损伤劣化进程。

TA15合金富氧α层扩散分析及厚度预测

在钛合金产品高温成形过程中,表面会吸附大气氛围中的氧、氮、氢,形成包括富氧α层、氧化层以及防护涂料在内的污染层。污染层会降低材料的抗拉强度、断后伸长率等力学性能,缩短产品的使用寿命。本文利用菲克第二定律对TA15合金在860~950℃下的富氧α层厚度进行研究,并利用恒定温度下求解方法,解得氧元素在TA15合金内扩散的激活能Q为211897.4J/mol,并求得其扩散曲线。最后,提出利用面积求解TA15合金在工艺状态下富氧α层厚度的方法,为后续研究提供思路。

盐雾环境下氯离子在混凝土中的扩散

通过模拟滨海盐雾环境,采用不同配合比的混凝土试样,进行盐雾环境下的腐蚀试验,研究盐雾氯离子在混凝土中的扩散模型.研究发现,盐雾氯离子在混凝土中的扩散与Fick第二定律的解析解存在一定差距.实验引入环境系数概念,提出经修正的Fick第二定律,推导出修正后的解析解.实验结果显示,实测数据和修正的Fick第二定律符合很好.在实际滨海环境下,选取两处有代表性的钢筋混凝土结构,在典型部位抽取芯样,考察了实际盐雾氯离子对混凝土结构的作用,结合当地环境特征,通过拟合数据点,确定环境系数,验证了环境系数在实际混凝土结构中的应用及其评价意义.

油纸绝缘微水扩散的暂态分布模型

用费克(Fick)第二扩散定律推导油纸绝缘中微水扩散的方程,通过分析边界条件并用数值分析法求解该偏微分方程,得到不同时刻绝缘纸中微水浓度随厚度变化的分布曲线,通过对这些分布曲线的积分计算获得绝缘纸中平均微水浓度随时间的变化曲线,数学分析和实验结果都表明该曲线符合指数函数,但该指数函数的平衡时间受温度、油纸绝缘中微水的稳态浓度、绝缘纸的厚度和透水方式等因素的影响,计算机仿真表明这几种因素对平衡时间的影响是互相独立的。最后通过求取所有单个因素下的平衡时间计算式,综合得到多个因素下的平衡时间的计算方程式。

植物油纸绝缘的微水扩散特性

植物油纸绝缘的微水扩散特性研究,是采用植物绝缘油作为绝缘材料的高压电气设备内部微水质量分数监测与危险性评估的基础。为此,采用费克第二扩散定律一维模型,推导出菜籽绝缘油浸纸微水扩散方程;设计了菜籽绝缘油浸纸微水扩散实验系统及实验方法,根据实验结果拟合出菜籽绝缘油浸纸中微水扩散系数;根据定解条件并采用分离变量法求解,得出菜籽绝缘油浸纸中微水质量分数分布计算公式,并对菜籽绝缘油浸纸微水质量分数动态分布进行了仿真计算,并与矿物绝缘油浸纸微水质量分数分布计算结果进行对比分析。研究结果表明,由于菜籽绝缘油能通过界面粘滞力、亲水性和氢键作用等方式,对微水从菜籽绝缘油向绝缘纸中的扩散具有明显的抑制作用。

微电铸器件铸层均匀性的研究

理论分析了负脉冲电流对铸层的修饰作用,采用正负间断脉冲电流和正间断负连续脉冲电流进行了相应的微电铸的实验研究。实验采用的微电铸器件是特征宽度为90μm的微流控芯片的金属模具。微电铸实验主要包括三个步骤:制作SU-8胶胶模,微电铸和去除SU-8胶。为了对实验结果进行对比分析,两组实验的工作时间和电流强度均采用240min和2.5 A/dm2。将正负脉冲电流微电铸与正脉冲电流微电铸的实验结果进行了对比分析。研究结果表明,正负间断脉冲电流能够获得较好的器件铸层均匀性。由于在负向脉冲的间断时间内,铸层表面附近的浓度极差得以改变,因此正负间断脉冲电流微电铸的铸层均匀性优于正间断负连续脉冲电流微电铸。实验结果与理论分析结果相一致。

甲烷及二氧化碳在不同煤阶煤内部的吸附扩散行为

采用容量法确定吸附量的方法,基于Fick第二定律,在吸附平衡压力约为1.4 MPa,温度为35～65℃的实验条件下,研究了甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)在不同煤阶煤内部的吸附扩散行为。研究结果表明:Fick第二定律能够很好地描述CH4及CO2在不同煤阶煤内部的扩散行为;CH4和CO2有效扩散系数随着吸附温度的升高而增大,同时有效扩散系数和煤阶(利用镜质组最大反射率Ro,max表征)之间呈现"U"形关系;相同条件下,同种煤样的CO2有效扩散系数高于CH4;CH4和CO2在不同煤阶煤内部的扩散主要受微孔内部的表面扩散控制。

弯曲荷载作用对混凝土中氯离子扩散的影响

为研究弯曲荷载对混凝土中氯离子扩散速度的影响,测试了在持续弯曲荷载作用下的混凝土于NaCl溶液中浸泡30,70,120,200 d后的自由氯离子含量.结果表明,持续弯曲荷载作用增加了氯离子在混凝土中的含量,氯离子扩散系数与荷载作用有一定的关系.

中药提取过程的动力学

目的 为中药提取工艺设计提供理论依据。方法 基于Fick扩散第二定律 ,建立中药提取过程的动力学方程 ,并以实验对其进行检验。结果 中药提取过程的动力学服从一级动力学方程 ,甘草、五味子、麦冬中有效成分以及丹参中丹参酮的提取等实验结果与动力学方程能较好地吻合 ,乙醇提取丹参酮的过程为内扩散控制的 ,其提取表观活化能为 2 0 2 6kJ·mol- 1 。结论 建立的中药提取过程的动力学方程是可靠的。

烘干失重法肉类水分检测预估融合方法

烘干失重法测量准确,是肉类水分检测标准方法,但测量时间长、耗能大、工作效率低。分析肉类干燥失水规律,以Fick第二定律为基础建立肉类薄层红外干燥模型,在此基础上提出烘干失重法肉类水分检测预估方法,通过干燥速率计算确定预估起点,利用干基含水率与烘干时间t、有效扩散系数Deff的相关性进行融合处理,建立融合模型,详细给出基于最小二乘法的融合模型系数确定算法。这种水分检测预估融合模型稳健性好、计算量小,便于嵌入式系统实现,可在肉类试样未完全烘干状态的准确预估干基含水率,以生鲜猪肉为实验样本对提出算法进行验证,预估值与实际测量值相对误差为2.192×10^-3-1.935×10^-2,节省测定时间25.53%-48.27%。

综合机制下氯离子扩散迁移模型及敏感性研究

缩短钢筋混凝土结构使用寿命的主要原因之一是氯离子对混凝土的扩散侵蚀。研究各种因素对氯离子扩散的影响,准确预测氯离子侵蚀程度是修复和加固钢筋混凝土结构的重要依据。作者基于Fick第二定律,推导出混凝土氯离子综合机制扩散迁移模型,确定了温度、时间、混凝土结合作用以及结构劣化效应与氯离子扩散系数之间的关系,并对各种影响机制的内在相关性和重要性进行了敏感性分析。经过工程实验验证,证明了改进后的氯离子扩散迁移模型的正确性和合理性。

持续荷载下混凝土的氯离子扩散性能研究

基于实际海洋环境暴露条件,研究了力学荷载作用下混凝土中的氯离子扩散性能。以Fick第二定律理论为基础,用误差函数对混凝土中随深度变化的氯离子含量分布进行了曲线拟合,从而得到氯离子表观扩散系数,并以此表征氯离子在混凝土中的传输性。分析了氯离子的扩散系数与原材料、配合比、暴露环境以及力学荷载间的关系。结果表明,力学荷载对海洋环境下混凝土中的氯离子传输性能有显著影响,在利用氯离子扩散模型预测暴露海洋环境下混凝土结构的使用寿命时,需要考虑荷载因素的影响。

典型油纸绝缘微水扩散特性仿真分析及试验研究

绝缘纸受潮将严重影响变压器的内绝缘特性,变压器油纸绝缘体系中微水含量及微水分布状况是评估变压器绝缘状态的重要依据。基于菲克第二定律建立了油纸绝缘微水扩散的3种典型模型,并采用分离变量法和有限元方法对模型进行了仿真模拟。模拟了有化学反应参与的微水扩散过程,更符合绝缘纸长时间老化的微水扩散过程。搭建了微水随绝缘纸厚度梯度分布时测试实验平台,采用微水测试传感器测量微水含量。结合实验测量数据和微水扩散的有限元模型以及广泛采用的微水扩散系数经验公式,采用遗传算法寻优,获得了优化的微水扩散分布曲面。