干湿循环环境下混凝土中氯离子侵蚀过程研究

摘要

氯离子侵蚀钢筋混凝土结构导致其耐久性降低，在干湿循环环境下这一问题更为突出，在国内外引起了长期和广泛的关注。因此，研究干湿循环环境下氯离子在混凝土中的传输机理，建立合理的理论模型，实现氯离子在混凝土中分布规律的计算，对于延长基础设施的服役年限、提高基础设施的经济效益具有重要意义。本文对干湿循环下混凝土结构中湿度扩散过程和氯离子传输过程建立数值计算方法，并进行了模拟，主要工作如下:
　　1.总结了干湿循环下氯离子传输模型的基本理论
　　介绍了氯离子侵蚀混凝土的机理，对氯离子传输问题的国内外研究现状进行了综述。根据特定条件下氯离子的传输方式，提出了干湿循环下氯离子传输问题的两个计算模型:仅考虑毛细吸收的氯离子传输模型，以及考虑毛细吸收和扩散耦合作用的氯离子传输模型。介绍了模型中的相关参数，为数值计算方法的建立奠定基础。
　　2.建立了饱和混凝土中氯离子传输问题的径向基无网格法
　　首先简要介绍了径向基无网格法，分别概述了径向基函数和配点法。其次介绍了区域分解算法，对所研究问题在时间域上进行了区域分解。最后结合径向基函数无网格法和区域分解算法，对饱和混凝土中氯离子传输问题进行了研究，编制了相应的Matlab程序。分别研究了一维均质问题，一维非均质问题和二维均质问题，并将数值解与解析解进行了比较，结果表明所建立方法计算精度较高。
　　3.模拟了干湿循环下混凝土中湿度场变化向题
　　结合径向基函数无网格法和区域分解算法，对干湿循环下混凝土中湿度场变化过程进行了模拟。首先，研究了均质扩散问题，模拟了三次干湿循环过程，给出了不同时刻研究区域中湿度场分布情况，以及不同位置处湿度变化时程曲线，总结了干湿循环规律。其次，分别延长了干湿循环时间和模型的扩散深度，进一步研究了干湿循环下混凝土中的湿度变化规律。结果表明，延长干湿循环时间后，湿度变化将逐渐趋于一个稳定值。再次，研究了湿度扩散系数随相对湿度变化的非线性扩散过程，对常系数模型和非线性模型下的计算结果进行了比较，结果表明湿度变化对水分传输过程的影响显著。
　　4.模拟了干湿循环下氯离子侵蚀混凝土过程
　　结合径向基函数无网格法和区域分解法，对干湿循环下混凝土中氯离子输运过程进行了模拟。分别对干湿循环下氯离子传输的两个模型进行了研究:毛细作用模型，以及毛细与扩散耦合作用模型。对于毛细吸收作用下的模型，研究了均质扩散问题，对三次干湿循环过程进行了模拟。同时研究了相对湿度的变化对氯离子传输过程的影响，通过比较常系数模型和变系数模型下氯离子浓度分布情况，发现湿度变化对氯离子传输具有促进作用。对于毛细与扩散耦合作用下的模型，研究了毛细作用对氯离子传输的影响，计算结果表明，毛细吸收因子越大，对氯离子传输的加强作用越显著。最后研究了时变系数下氯离子传输过程，结果表明，考虑氯离子扩散系数随时间变化的影响后，氯离子在混凝土中的传输速率有所降低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 氯离子传输模型的国内外研究现状

1．2．1 扩散

1．2．2 毛细吸收

1．2．3 渗透

1．2．4 离子迁移

1．2．5 小结

1．3 数值方法的国内外研究现状

1．4 本文研究目的和主要研究内容

第二章 干湿循环下氯离子传输模型的基本理论

2．1 毛细吸收作用下的氯离子传输模型

2．1．1 干湿循环下湿度场计算模型

2．1．2 初始条件和边界条件

2．1．3 模型参数

2．2 毛细吸收和扩散耦合作用下的氯离子传输模型

2．2．1 毛细吸收与扩散耦合的非线性模型

2．2．2 初始条件和边界条件

2．2．3 模型参数

2．3 本章小结

第三章 氯离子传输问题的径向基无网格法研究

3．1 引言

3．2 径向基无网格法概述

3．2．1 径向基函数简介

3．2．2 配点法简介

3．3 区域分解算法概述

3．4 求解方案

3．4．1 一维问题的求解方案

3．4．2 高维问题的求解方案

3．5 饱和混凝土中氯离子传输问题的算例

3．5．1 计算流程

3．5．2 一维均质扩散问题

3．5．3 一维非均质扩散问题

3．5．4 二维均质扩散问题

3．6 本章小结

第四章 干湿循环下混凝土中湿度场研究

4．1 计算流程

4．2 一维问题的算例

4．2．1 一维均质扩散问题

4．2．2 湿度对水分传输的影响

4．3 二维问题的算例

4．4 本章小结

第五章 干湿循环下混凝土中氯离子浓度场研究

5．1 毛细吸收作用下氯离子传输的算例

5．1．1 计算流程

5．1．2 一维均质问题

5．1．3 湿度对氯离子传输的影响

5．1．4 二维均质问题

5．2 毛细吸收和扩散耦合作用下氯离子传输的算例

5．2．1 计算流程

5．2．2 一维均质问题

5．2．3 毛细吸收影响因子对氯离子传输的影响

5．2．4 时间依赖性模型

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

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