[发明专利]混凝土粗骨料、界面过渡区及孔隙率的数值模型构建方法

说明书

本发明提供一种混凝土粗骨料、界面过渡区及孔隙率的数值模型构建方法，先依据“快速生成卵石碎石夹杂的混凝土二维随机骨料模型的方法”，在混凝土随机骨料模型中输入混凝土配合比、粗骨料级配、骨料类型和粗骨料含量信息，生成二维混凝土骨料随机分布图。设定混凝土界面过渡区的厚度和孔隙率取值，将生成的每个骨料边界向外法向移动混凝土界面过渡区厚度的距离，新生成的几何图形边界与原骨料边界之间的区域即为混凝土界面过渡区，进而实现混凝土界面过渡区几何模型的构建。在考虑界面过渡区的混凝土随机骨料模型中导入水泥砂浆孔隙率随机分布模型并设定界面过渡区的孔隙率，最终实现含粗骨料、界面过渡区及孔隙率分布的混凝土数值模型的构建。

技术领域

本发明属于混凝土耐久性多尺度研究技术领域，涉及一种混凝土粗骨料、界面过渡区及孔隙率的数值模型构建方法。

背景技术

混凝土是工程领域应用最广泛的材料之一，人们采用理论、试验、数值模拟的手段对混凝土在不同环境和服役状态下的性能进行了大量的研究，其中数值模拟方法以其研究成本低廉、研究周期较短受到了越来越多的关注。

针对“湖北省自然科学基金青年项目”资助，项目编号“2020CFB272”，旨在研究界面过渡区对混凝土超临界碳化深度分布的影响机制，进行数值模拟研究，需要构建混凝土数值模型，在构建模型的过程中研究者通常将混凝土等效为均质材料，但实际上混凝土是一种含粗骨料的多孔介质材料，这种非均匀性会对混凝土性能产生影响，且混凝土的均质化处理不能揭示混凝土劣化与失效机理。为此，相关学者将混凝土等效成三相复合材料，即水泥砂浆、粗骨料与界面过渡区，提出了混凝土细观模型，但这些数值模型存在计算耗时长和对计算机配置要求高的缺点且无法更加真实的同时表征混凝土粗骨料、界面过渡区及孔隙率的分布情况。为了解决上述问题，本发明将在前期发明专利(快速生成卵石碎石夹杂的混凝土二维随机骨料模型的方法，专利号：201710086411.0)的基础上，通过将随机骨料模型生成的混凝土粗骨料边界向外移动界面过渡区厚度的距离，生成粗骨料和水泥砂浆间的界面过渡区；通过建立孔隙率随机分布模型，表征水泥砂浆孔隙率的随机分布；通过将随机生成的骨料及对应的界面过渡区及孔隙率的结合，最终实现考虑粗骨料、界面过渡区及孔隙率分布的混凝土数值模型构建方法。本发明旨在为混凝土在不同环境和服役状态下的材料劣化数值模拟研究提供分析方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混凝土粗骨料、界面过渡区及孔隙率的数值模型构建方法,实现方便、使用效果好，且本发明提出的混凝土数值模型构建方法具有基础性的特点，能够较好的应用于不同环境和服役状态下混凝土的性能变化细观数值模拟与分析中。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种混凝土粗骨料、界面过渡区及孔隙率的数值模型构建方法，包括如下步骤：

步骤1：根据混凝土配合比、骨料级配、骨料类型和粗骨料含量信息，生成混凝土随机骨料模型；

步骤2，设定生成的混凝土界面过渡区的厚度和孔隙率值；

步骤3，建立混凝土界面过渡区模型；

步骤3-1，当所有骨料均为圆形时，首先获取每个圆形骨料的圆心坐标(x_i,y_i)和半径r_i，并以此圆心为中心将圆心骨料边界向外扩展混凝土界面过渡区厚度的距离Δr_i，得到圆心坐标为(x_i,y_i)和半径为r_i+Δr_i的圆形，扩展后的圆形边界和圆形骨料边界之间的区域即为圆形随机骨料对应的混凝土界面过渡区；