混凝土氯离子扩散系数预测的三维数值模拟法

摘要

由于骨料与水泥石之间存在着孔隙率较大的界面，在预测混凝土氯离子扩散系数时，可以将混凝土看成是一种由骨料、水泥石和界面所组成的三相复合材料。这样，混凝土氯离子扩散系数在很大程度上取决于这三相组分的体积百分数、各自的氯离子扩散系数和它们之间的相互作用。因此，研究混凝土氯离子扩散系数与细观结构之间的定量关系为混凝土的优化设计提供理论依据。
　　 本文基于氯离子扩散与热传导之间的相似性，提出了混凝土氯离子扩散系数预测的三维数值模拟法，该方法的有效性得到了两组独立试验结果的证实。基于数值结果，定量评价了最大骨料直径、界面厚度、骨料级配和界面氯离子扩散系数对混凝土氯离子扩散系数的影响，发现混凝土氯离子扩散系数随着界面厚度和氯离子扩散系数的增大而增大，但随着最大骨料直径的增大而减小，也发现骨料级配对混凝土氯离子扩散系数有较大的影响。分析了含界面裂缝混凝土的氯离扩散系数，定量评价了裂缝张开角、界面厚度和最大骨料直径对含界面裂缝混凝土氯离子扩散系数的影响。本文所得结论为氯盐环境中钢筋混凝土结构的耐久性评估和设计提供了一定的参考依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 氯离子扩散系数的研究现状

1.2.1 实验测定

1.2.2 理论分析方面

1.2.3 其他代表性的研究成果

1.3 本文的主要工作

1.4 本章小结

第二章 三相复合球模型和热传导分析的有限单元法

2.1 氯离子传输基本理论

2.2 界面体积百分数和单元细胞模型

2.3 热传导基本理论和有限单元分析

2.3.1 热传导基本方程

2.3.2 三维有限元计算

2.3.3 关于收敛性要求

2.3.4 有限元计算步骤

2.4 数值算例

2.5 结论

第三章 混凝土氯离子扩散系数的预测与试验验证

3.1 ANSYS有限元软件

3.2 三相复合球的热传导分析

3.3 氯离子扩散分析过程

3.3.1 建模步骤

3.3.2 边界条件和计算

3.3.3 结果分析

3.3.4 氯离子扩散系数计算

3.4 数值结果的试验验证

3.5 本章小结

第四章 混凝土氯离子扩散系数的影响因素分析

4.1 界面特性对混凝土氯离子扩散系数的影响

4.2 骨料特性对混凝土氯离子扩散系数的影响

4.3 本章小结

第五章 界面裂缝对混凝土氯离子扩散系数的影响

5.1 单元细胞模型中的裂缝表示

5.2 数值计算的结果

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致 谢