硫酸盐侵蚀混凝土过程的数值模拟

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1、学校代码：10286分类号：TB12密级：公开UDC：531学号：150890硫酸盐侵蚀混凝土过程的数值模拟研究生姓名：吴莎莎导师姓名：郭力教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称力学论文答辩日期2018年06月05日二级学科名称工程力学学位授予日期2018年月日答辩委员会主席李兆霞教授评阅人SOO5309-1SOO5309-22018年06月06日硕士学位论文硫酸盐侵蚀混凝土过程的数值模拟专业名称：工程力学研究生姓名：吴莎莎导师姓名：郭力教授2018年06月06日*本文受到国家科学基金项目资助（批准号：51578142）NUMERICALSIMUL

2、ATIONOFTHEPROCESSOFSULFATEATTACKONCONCRETEAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWUSha-shaSupervisedbyProf.GUOLiSchoolofCivilEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宂成果。尽我所知，论文中不包含其他人已经发表或撰写过，除了

3、文中特别加以标注和致谢的地方外。与我的研宂成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一同工作的同志对本研宂所做的任何贡献均己在论文中作／明确的说明并表示了谢意。？－研宂生签名■巧巧曰期：＾７：炎东南大学学位论文使用授权声明（东南大学、国家图书馆、《中国学术期刊光盘版）》电子杂、中围科学技术信息研宂所、万方数据股份有限公４有权保留本人所送交学位志社有限公司万方数据电子出版社、北京印。、缩印或其他复制手段保存论文本人电子文梢的论文的复印件和电子文挡．可以采用影一，致，可以内容和纸质论文的内容相。除在保密期内的保

4、密论文外允许论文被杳阅和借阅公布、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）论义的全部内容或中（包括以电子信息形式刊登。）授权东南大学研究生院办理７．研究生签名：及龙艿导师签名々日期：６７摘要摘要硫酸盐在我国分布广泛，海水、盐湖、地下水及盐碱地等环境中大多有硫酸盐存在，硫酸盐侵蚀是导致混凝土劣化最重要的原因之一。硫酸根离子经过多种途径传输到混凝土结构内部，引起混凝土材料膨胀、开裂，最终导致混凝土结构破坏，其长期作用下会导致大量的经济损失和能源浪费。因此，开展硫酸盐侵蚀下混凝土的破坏过程与力学性能劣化机制研究，对延长钢筋混凝土结构的使用年

5、限，提高工程结构的使用效率和经济效益具有重要的意义。本文主要针对外部硫酸根离子侵蚀混凝土所导致的性能劣化机制进行研究，并对该侵蚀破坏过程进行了数值模拟。主要工作包括：1.总结了硫酸盐侵蚀混凝土的基本理论介绍了国内外混凝土耐久性及硫酸盐侵蚀问题的研究现状，在此基础上总结了硫酸根离子在混凝土中传输的基本理论及硫酸盐对混凝土的侵蚀破坏机理，给出了引起混凝土破坏的膨胀产物钙矾石的生成过程及膨胀变形的计算模型。2.提出了“等效温度法”来模拟硫酸盐侵蚀导致混凝土发生体积膨胀的过程针对硫酸盐侵蚀导致混凝土发生体积膨胀的过程进行数值模拟，提出了“等效温度法”，用“温度”作为连接化学

6、反应和力学计算的桥梁，将复杂的化学反应统一化，并将反应物浓度等效为温度改变，用转换的思维来实现化学反应过程的力学模拟。介绍了“等效温度法”的基本原理和前提假设，阐述了浓度和等效温度之间的转换方法。通过具体算例，建立了浓度和等效温度之间的定量对应关系，根据相关文献，验证了该方法的有效性。3.建立了硫酸根离子扩散-混凝土损伤耦合分析方法结合混凝土损伤理论，对外部硫酸根离子侵入混凝土内部后所产生的劣化机制进行了研究。硫酸根离子侵入混凝土内部后，与混凝土中的水泥水化产物发生化学反应，生成具有膨胀性的钙矾石，钙矾石的生长会造成混凝土的膨胀开裂，进而增加硫酸根离子在混凝土中的输

7、运通道，导致更多的硫酸根离子侵入混凝土内部，进一步促进膨胀产物的生成。因此，硫酸根离子侵蚀与混凝土损伤开裂是一个相互加强的非线性耦合过程，针对该耦合过程建立了硫酸根离子扩散-混凝土损伤耦合分析方法。4.模拟了耦合作用下混凝土的损伤演化过程基于ABAQUS软件平台，通过二次开发，实现了这一非线性耦合过程的模拟。利用文献中的相关实验数据，验证了所建立方法的有效性。通过对耦合过程进行数值模拟，得出了以下重要结论：（1）是否考虑硫酸根离子扩散与混凝土损伤开裂之间的耦合作用，对混凝土结构使用状态的评估结果具有显著的影响，且耦合分析的预测结果更为合理。（2）硫酸根离子在混凝