[发明专利]一种损伤水泥基复合材料的离子扩散系数预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种损伤水泥基复合材料的离子扩散系数预测方法，属于水泥基复合材料领域。

背景技术

水泥基复合材料的传输性能是关系到土木工程材料耐久性和服役寿命的关键因素。当材料受到外荷载、冻融循环、干燥收缩等因素影响后，材料内部产生缺陷或已有缺陷尺度增大和数量增多，表现为微裂缝的产生与发展或孔隙率的变化，使得材料的扩散、渗透、电迁移等传输性能增大，从而导致材料的耐久性降低和服役寿命缩短。因此，损伤水泥基复合材料传输性能变化的准确预测至关重要。

通过快速氯离子迁移试验、渗透试验、碳化试验或扩散试验等可以得到带裂缝的损伤水泥基复合材料的传输性能变化规律，但这些试验结果往往受制于试验条件和试验手段，试验结果离散度大。水泥基复合材料传输性能的预测模型大都是针对无损水泥基复合材料，有经验模型、解析模型和数值模型，而面向带裂缝的损伤水泥基复合材料传输性能预测模型的研究较少，仅见基于微观力学均匀化方法的解析模型。这种解析模型计算简便，但基本假设过于理想化，很难实现考虑冻融、荷载和干缩等单因素或多因素耦合作用下水泥基复合材料的传输性能变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有损伤水泥基复合材料传输性能预测技术的不足，基于带微裂缝的损伤水泥基复合材料的微观结构演化，提供一种损伤水泥基复合材料的离子扩散系数预测方法，可以实现各类损伤水泥基复合材料离子扩散性能的准确快速预测。

本发明具体采用以下技术方案：

一种损伤水泥基复合材料的离子扩散系数预测方法，包括以下步骤：

步骤1、对于被离散化为一系列大小相等的正方体三维空间网格的损伤水泥基复合材料微观/细观结构，将每一对相互之间具有离子扩散能力的相邻正方体三维空间网格作为一个格构扩散单元，所有格构扩散单元一起组成一个三维格构离子传输网络，其中的每一个正方体三维空间网格作为该三维格构离子传输网络的一个扩散节点；所述三维格构离子传输网络中，任意两个相邻扩散节点i、j之间的扩散矩阵方程为：

-DijAl1-1-11cicj=qijqji]]>

其中，A表示正方体三维空间网格其中一个面的面积；l表示正方体三维空间网格的一条边的边长；c_i和c_j分别表示扩散节点i、j的离子浓度；q_ij、q_ji分别表示从扩散节点i流向j和从扩散节点j流向i的离子流量密度；D_ij表示扩散节点i、j之间的离子扩散系数，按照下式确定：

式中，D_i和D_j分别表示扩散节点i和扩散节点j的物相的离子扩散系数；其中损伤裂缝相与孔相的离子扩散系数相同；