荷載與硫酸鹽侵蝕耦合作用下硫酸根離子在混凝土中擴(kuò)散反應(yīng)規(guī)律的數(shù)值模擬研究.pdf

1、混凝土耐久性損傷不僅導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命縮短,而且影響到工程結(jié)構(gòu)服役的安全性和可靠性。硫酸鹽侵蝕是引起服役混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性損傷和退化的重要因素之一,開展荷載與硫酸鹽侵蝕耦合作用下混凝土耐久性損傷研究對提高混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性與預(yù)測其服役壽命的合理性具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。本文針對混凝土在服役條件下的耐久性退化問題,開展了荷載及硫酸鹽侵蝕耦合作用下硫酸根離子在混凝土內(nèi)擴(kuò)散反應(yīng)規(guī)律的數(shù)值分析研究,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:<

2、br>　　 首先,簡要介紹了國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的現(xiàn)狀及硫酸鹽侵蝕混凝土的損傷機(jī)理。其次,根據(jù)幾何方法建立水泥基材料內(nèi)傳輸路徑的三維曲折度模型,利用唯象方法建立應(yīng)力條件下混凝土內(nèi)傳輸路徑曲折度模型,獲得應(yīng)力條件下混凝土內(nèi)離子的擴(kuò)散系數(shù)模型,并對所得到的擴(kuò)散系數(shù)模型進(jìn)行簡化;混凝土骨料顆粒的圓形度是曲折度模型的重要影響參數(shù),采用Matlab圖像處理技術(shù)結(jié)合8鏈碼法,建立了砂、石等骨料顆粒的幾何形貌的表征方法。最后,通過Fick定律

3、和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程,建立荷載和硫酸鹽耦合作用下硫酸根離子在混凝土中的一維非線性非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)方程,運(yùn)用有限差分方法,獲得了微分方程的數(shù)值求解迭代格式,并通過數(shù)值模擬,分析了荷載和硫酸鹽耦合作用下離子的一維擴(kuò)散反應(yīng)規(guī)律。
　　 結(jié)果表明:在受硫酸鹽侵蝕的混凝土內(nèi)部,硫酸根離子的濃度和經(jīng)化學(xué)反應(yīng)消耗的離子濃度均呈梯度分布。在初始階段,經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入到混凝土內(nèi)部的硫酸根離子濃度增加較快,隨著侵蝕時間的增加,混凝土中的硫酸根離子濃度分布逐