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。

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。

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.

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。

纸质玩具中BPA和BPS化合物的迁移

目的研究纸质玩具中双酚A(BPA)和双酚S(BPS)经口暴露途径下的迁移规律,并考察BPA和BPS迁移的适用性。方法采用间接酶联免疫(IC-ELISA)检测方法和Fick第二定律研究不同温度(4,37,60℃)、盐浓度(0.001,0.01,0.1 mol/L)、pH(4,7,9)条件下双酚类物质经口暴露下的迁移规律,模拟纸质玩具中BPA和BPS的迁移过程。结果双酚类物质迁移量与温度和盐离子浓度呈正相关,且在酸性和碱性条件的模拟液中溶出增加,纸质玩具中BPA和BPS经口暴露途径下的迁移规律符合Fick第二定律。正常迁移模拟条件下(37℃、盐浓度0.01 mol/L、pH=7的唾液模拟液)测得BPA和BPS的迁移系数分别为1.3×10^(-17),6.6×10^(18)cm^(2)/s。结论基于酶免疫检测方法,构建了纸质玩具中BPA和BPS的迁移模型,并成功应用于预测纸质玩具中双酚类化合物的迁移情况,根据纸质玩具中双酚类物质的迁移模拟实验,计算双酚类物质在不同条件下的扩散系数,并拟合迁移模型,预测盲样中BPA和BPS的迁移情况,与实际迁移情况对比,结果表明理论预测值与实际迁移量基本一致,此项工作对于儿童纸质玩具中双酚类物质的风险性评估具有重要意义。

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。

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。

基于贝叶斯理论的氯离子扩散系数计算模型

氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是沿海或者盐湖地区混凝土结构耐久性劣化的主要诱因,现有氯离子侵蚀模型中的扩散系数多基于Fick’s第二定律,由实验室试验或工程测试确定,具有一定的局限性.基于氯离子扩散系数试验数据,采用贝叶斯理论,建立了氯离子扩散系数计算模型.该模型综合考虑了水胶比、侵蚀时间、环境温度、相对湿度等因素对氯离子扩散系数的影响,能较好地反映氯离子扩散系数的变化情况.通过已有试验数据验证表明,该模型的计算结果与试验结果吻合较好,具有一定的理论和应用价值.

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。

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.

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。

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%。

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。

钢筋存在对氯离子扩散阻滞影响的有限元分析

一般认为,氯离子主要通过扩散方式侵入钢筋混凝土结构从而导致其中钢筋发生腐蚀破坏。目前应用广泛的Fick第二定律并没有考虑混凝土结构由于钢筋存在改变了氯离子浓度在时间、空间上的分布,而将混凝土结构/构件当成无加筋的素混凝土对待。事实上,氯离子不能透过钢筋输移,使得距离混凝土表面最近的钢筋周围氯离子集聚速度加快,进而导致氯离子侵蚀混凝土中钢筋开始发生腐蚀的时间大大提前。所以以往没有考虑钢筋存在阻滞影响的Fick第二扩散定律的预测结果偏于危险,本文通过大量有限元计算,分析了钢筋存在对氯离子在混凝土中扩散阻滞影响的规律性。可将改进的Fick第二扩散定律解析解应用于混凝土中钢筋开始发生锈蚀时间的预测。

受侵蚀混凝土本构关系

混凝土腐蚀具有内外不均匀的特点,这使得真正意义上的受侵蚀混凝土本构关系一直都没有得到确定,为此提出了试验与数值模拟相结合的技术思路以解决上述问题.首先,利用Fick第二定律对硫酸钠腐蚀后砂浆和界面过渡区(ITZ)的细观本构关系分层修正,应用CT技术在细观层面模拟受侵蚀混凝土试件的应力-应变曲线;其次,利用力学试验结果,识别给出蚀强率参数;最后,对砂浆和ITZ的"腐蚀程度"进行全截面均匀化,通过数值模拟得到受侵蚀混凝土本构关系.基于此,提出了任一腐蚀介质质量分数下试件内任一位置处单元对应的受侵蚀混凝土本构关系的分析流程.

W-Mo-Y等离子共渗合金层的研究

研究Q235钢表面等离子W-Mo-Y共渗层的组织、成分、结构、显微硬度,计算渗层中不同位置、浓度下的W、Mo原子扩散系数。结果表明:渗层组织为柱状晶,W、Mo元素呈梯度分布,Y的分布不均匀。共渗层主要结构相为钨钼在α-Fe中的固溶体和Fe17Y2,共渗层显微硬度最高256 HV0.05;Y元素降低表面W、Mo的活度,W、Mo合金元素的化学势变小,表面与基体之间的化学梯度减小,W、Mo原子扩散速率减慢;W-Mo-Y共渗层厚度要比W-Mo共渗层厚度薄;通过Fick第二扩散定律计算表明,在W-Mo-Y共渗和W-Mo共渗时,不同渗层中的W、Mo扩散系数有所不同,但属同一数量级即:10-13～10-14之间。

混凝土中氯离子扩散方程的解析解

目前多采用Fick第二定律及其数学模型的解析解对混凝土中的氯离子浓度进行分析,现解析解也仅限于一维和二维扩散条件,难以准确预测混凝土中不同时间、不同位置的氯离子集聚和扩散情况。基于Fick第二定律建立的氯离子扩散方程,假定混凝土试件为规则的长方体,把边界条件分为封闭面和暴露面两种,应用分离变量法推导了不同边界条件下,混凝土试块中氯离子三维扩散方程的解析解。并给出了扩散系数为常数、时变函数、以及氯离子扩散方程降为二维、一维时的解析解,最后通过算例进一步证明了本文解析解的正确性。

HDPE/木粉改性复合材料的制备及其长效吸水性能研究

加入HDPE-g-MAH、CG-8831和KH-550制备HDPE/木粉改性复合材料。研究其长效吸水性,发现吸水率随时间延长先快速增加,浸水35 d后缓慢增至平衡,HDPE-g-MAH改性效果最好,其饱和吸水率仅为1.503%。利用Fick第二扩散定律拟合吸水动力学曲线,得扩散系数D的顺序:HDPE-g-MAH增容HDPE/木粉复合材料>HDPE/木粉复合材料>KH-550改性HDPE/木粉复合材料>CG-8831改性HDPE/木粉复合材料。并证明该吸水过程符合Fick第二扩散定律,相关系数R2值达0.99以上。HDPE/木粉改性复合材料尺寸变化系数CD>CW>CT。

莴笋渗透脱水有效扩散系数研究

以葡萄糖溶液浓度(10%～40%)和温度(35～65℃)为影响因素,研究了莴笋渗透脱水的动力学过程。分别使用Azuara模型和Fick第二扩散定律计算出了平衡时刻的失水率、固形物增加率以及相应的水分和固形物有效扩散系数。设计了均匀实验,通过曲面拟合的方法得到了水分、固形物有效扩散系数与因素的回归方程。结果表明:失水率随着葡萄糖溶液浓度增加而增大,但随着温度的升高而降低;固形物增加率随着溶液浓度和温度的增加而增加。Azuara模型可用来预测失水率和固形物增加率,通过曲面拟合得到的有效扩散系数回归方程拟合性较高。有效扩散系数反映了失水率和固形物增加率达到平衡时刻的快慢程度。