基于二维混凝土随机细观模型氯离子扩散数值模拟

发布时间：2021-07-27 11:02

　　混凝土形成过程具有一定的随机性,这导致混凝土各部分氯离子扩散性能具有随机性。研究假定氯离子在混凝土中的扩散性能服从正态分布的基础上,建立了氯离子扩散随机分布模型。通过考虑界面过渡区（ITZ）厚度的随机性,发展了混凝土细观骨料模型。利用有限元模拟,研究了界面过渡区厚度、砂浆和界面过渡区的渗透性能对混凝土内部氯离子浓度分布的影响。 

【文章来源】：材料科学与工程学报. 2020,38(04)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

氯离子在砂浆中扩散系数随机分布图（时间=0d,D(x,y))

二维混凝土随机细观模型中的骨料形状主要分为圆形、规则多边形、随机多边形等。现有的模型多把混凝土分为砂浆和骨料两相材料却甚少考虑骨料与砂浆之间一层很薄的界面过渡区。本研究在高国政等[12]研究的基础上，发展了二维混凝土随机骨料，随机生成混凝土细观模型不仅包含骨料、砂浆、界面过渡区，而且界面过渡区厚度随机产生。具体方法如下：首先，根据骨料级配调用单骨料程序生成单一骨料；其次，进行骨料投放，检查骨料之间是否碰撞；最后，在每个骨料的顶点处向内随机收缩一定距离，各点进行相连形成界面过渡区，随机收缩的距离按正态分布随机数进行取值，二维混凝土细观模型生成流程图，如图2所示。2.3 有限元模型

氯离子在混凝土中扩散是一个十分复杂的物理-化学过程，其控制方程具有高度非线性，二维混凝土随机骨料细观模型加剧几何非线性；所以采用数值求解氯离子扩散本构方程。首先，在有限元软件中建立氯离子扩散控制方程；其次，根据2.2节描述的二维混凝土随机细观模型生成的方法，采用MATLAB编程生成的随机骨料模型区域作为氯离子扩散求解域；最后进行网格划分。由于界面区为平均厚度在30～50μm的狭长区域，在界面过渡区区域采用粗化的自由三角形划分，砂浆区域采用常规的自由三角形进行划分，图3给出混凝土细观模型网格划分图，从图可见，在靠近界面过渡区网格较密集；图4给出了图3方框内局部放大网格划分图；最后，进行求解、数据后处理。图4 局部细节网格划分

【参考文献】：
期刊论文
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[6]混凝土中钢筋锈蚀研究现状与热点问题分析[J]. 施锦杰,孙伟.  硅酸盐学报. 2010(09)
[7]二维混凝土随机骨料模型研究[J]. 高政国,刘光廷.  清华大学学报(自然科学版). 2003(05)
[8]基于BP网络响应面的海水侵蚀混凝土强度可靠性分析和耐久性评价[J]. 张玉敏,王铁成.  工业建筑. 2002(02)

博士论文
[1]混凝土中氯盐的传输机理及钢筋锈胀模型[D]. 付传清.浙江大学 2012



本文编号：3305655