[发明专利]一种基于细观模型的混凝土中氯离子扩散分析的方法

说明书

本发明公开了一种基于细观模型的混凝土中氯离子扩散分析的方法，该方法包括如下的步骤：首先产生随机圆基骨料模型，在随机圆基骨料模型的基础上产生随机圆基凸多边形骨料，然后计算得出随机圆基凸多边形骨料的平均圆度，利用修正的有效扩散系数公式计算得到针对随机圆基凸多边形骨料模型的扩散系数，依据菲克第二定律对混凝土中氯离子扩散进行细观分析；本发明方法能够更加准确的对混凝土中氯离子扩散行为进行分析和评估，据此可为混凝土结构耐久性的预示和评估提供新的分析方法，给设计者带来便利。

技术领域

本发明涉及混凝土结构耐久性的设计、预测与评估，具体涉及一种基于细观模型的混凝土中氯离子扩散行为的分析方法。

背景技术

混凝土结构是当前工程领域的主要结构形式，但混凝土结构的耐久性问题一直是影响其发展的主要因素。在诸多混凝土结构耐久性的影响因素中，氯离子扩散是影响其耐久性和结构寿命的重要因素之一。因此，对混凝土中氯离子扩散行为的分析与研究对于混凝土结构耐久性的评估和预测是十分必要的。

为了进一步深入了解混凝土中各组分对其宏观性能的影响，对混凝土结构进行细观分析是十分必要的。常用的细观模型是随机圆基骨料模型，并且现使用的有效扩散系数也是基于随机圆基骨料模型推导得出的，但现实工程中常用的粗骨料模型大多数是凸多边形的；因此，需要提出一种新的、更加符合工程实际工况的扩散系数公式用以对混凝土中氯离子扩散行为进行分析，进而使得分析和研究结果更加真实和准确。

发明内容

为解决上述现有方法中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于细观模型的混凝土中氯离子扩散分析的方法，通过基于随机圆基凸多边形骨料模型的扩散系数的修正公式，该公式能更好的应用于随机圆基凸多边形骨料模型中，用于分析混凝土中氯离子扩散行为。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于细观模型的混凝土中氯离子扩散分析的方法，包括如下步骤：

(1)基于随机圆基骨料模型建立随机圆基凸多边形骨料模型：即在随机圆基骨料模型中随机的生成凸多边形的顶点数N，并在随机圆基骨料模型中产生对应的点，然后顺次连接这些点就形成了随机圆基的内接凸多边形，生成的骨料模型就是随机圆基凸多边形骨料模型；

(2)对于两相混凝土细观模型中的有效氯离子扩散系数D_eff表达为：

式中D_cp表示为混凝土中水泥砂浆的扩散系数，D_a为骨料的扩散系数，f_a为骨料体积比，k_a是与骨料形状相关的常数；如果采用球形颗粒且D_a<<D_cp，通常k_a＝2，所以上式简化为：

以上公式的推导是基于随机圆基骨料模型，在随机圆基凸多边形骨料模型中，骨料颗粒本身并不是圆形的，需要对其扩散系数公式进行修正；

(3)根据随机圆基凸多边形骨料模型生成的特点，设骨料颗粒的自然体积为V_a，而它的圆基颗粒体积为V_s，则颗粒的自然体积V_a与圆基颗粒体积V_s之比称之为骨料颗粒的圆度ω；骨料颗粒的圆度ω表达为：

当0<ω<1时，ω值越大，则骨料颗粒越接近球形，反之骨料颗粒接近针片状；针对生成的随机圆基凸多边形骨料模型，引入一个平均圆度的概念；将平均圆度代入(b)式对混凝土细观模型中的有效扩散系数进行修正得到随机圆基凸多边形骨料模型的有效扩散系数公式如下式：