开裂混凝土中氯离子传输的数值模拟_张士萍

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1、2012年第9期（总第275期）混凝土理论研究Number9in2012（TotalNo.275）ConcreteTHEORETICALRESEARCHdoi：10.3969/j.issn.1002-3550.2012.09.004开裂混凝土中氯离子传输的数值模拟张士萍1，刘加平2，朱春银3，朱洪俊3，高春生3，赵宇3（1.南京工程学院建筑工程学院，江苏南京211167；2.江苏省建筑科学研究院有限公司，江苏南京210008；3.江苏双龙集团有限公司，江苏南京210034）摘要：通过施加劈裂荷载方式诱导裂缝，然后采用图像分析技术对裂缝进行表征。采用多项式

2、拟合推导出裂缝宽度、深度和氯离子浓度三者之间的关系，借助有限元方法推导出预测开裂混凝土中氯离子浓度分布的二维数值模拟方法。通过与试验分析结果相比较，验证了该模拟方法的有效性。关键词：裂缝；有限元；氯离子传输中图分类号：TU528.01文献标志码：A文章编号：1002-3550（2012）09-0009-03PredictionofchlorideiontransportincrackedconcreteZHANGShi-ping1，LIUJia-ping2，ZHUChun-yin3，ZHUHong-jun3，GAOChun-sheng3，ZHAOYu3（

3、1.DepartmentofArchitectureCivilEngineering，NanjingInstituteofTechnology，Nanjing211167，China；2.JiangsuInstituteofBuildingScienceCo.，Ltd.，Nanjing210008，China；3.JiangsuShuanglongGroupCo.，Ltd.，Nanjing210034，China）Abstract:Crackingwasintroducedbysplittingloading，andcrackingwidthwasmea

4、suredthroughimageanalysistechnology.Relationshipa-mongcrackingwidth，depthandchlorideionconcentrationhasbeendeducedthroughpolynomialfitting，andatheoreticmodelwhichcouldpre-dictchlorideionconcentrationofcrackedconcrete，wasputforwardbasedonfiniteelementmethods（FEM）.Themodelwasverifi

5、edaccordingtothecomparisonwithnumericalresultsandexperimentalresults.Keywords:crack；FEM；chlorideiontransport0引言1试验原材料与方法裂缝对水泥基材料的耐久性有着重要影响，裂缝是导致1.1原材料混凝土结构耐久性和使用寿命降低的主要因素[1]。由于化学收试验采用小野田水泥厂生产的P·II52.5级水泥，其化学组缩、干燥收缩、自收缩及荷载等作用，混凝土会产生裂缝，侵蚀成见表1。细集料为细度模数为2.3的中砂。粗集料为5~20mm连续级配的玄武岩碎石。采用

6、直径d=0.2mm，长度l=13mm的介质通过裂缝和孔隙网络侵入混凝土内部，加速混凝土性能[2]钢纤维。外加剂为江苏博特新材料有限公司研制生产的聚羧酸劣化。目前，国内外对混凝土中氯离子渗透的研究，基本上都系超塑化剂JM-PCA（固含量20%）。以无裂缝混凝土为研究对象。然而在工程实际中，由于普通钢表1水泥的化学组成%筋混凝土结构本身带裂缝工作等原因，结构将产生裂缝。开裂化学组成CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3Na2Oeq混凝土中氯离子渗透的数值模拟，有着重要的实用价值。随着水泥66.621.745.063.561.600.810.50有限元

7、数值分析方法的不断深入发展以及计算机硬件和软件1.2试验方法技术的飞速发展，人们已经可以对混凝土结构作比较准确的采用施加劈裂荷载方式诱导微裂缝。考虑到素混凝土试件非线性有限元分析了。混凝土中的氯离子传输与热传导无论的韧性较差，所以掺加钢纤维改善混凝土的韧性。成型100mm×从原理还是方程的形式上，都有极大的相似性。热分析遵循的100mm×100mm钢纤维混凝土试件，配合比见表2。试件脱模是能量守恒，扩散遵循的是质量守恒；热分析服从傅立叶定后养护28d，然后采用施加劈裂荷载的方法诱导裂缝。荷载诱导的律；扩散服从Fick定律；混凝土中氯离子非稳态扩散也相似于

8、裂缝宽度采用图像分析法计算裂缝，具体方法参考文献[3]。由热分析中的瞬态传热。研