[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于细观模型的混凝土中氯离子扩散分析的方法，其特征在于：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Deff表达为：式中Dcp表示为混凝土中水泥砂浆的扩散系数，Da为骨料的扩散系数，fa为骨料体积比，ka是与骨料形状相关的一个常数；采用球形颗粒且Da<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Va，而它的圆基颗粒体积为Vs，则颗粒的自然体积Va与圆基颗粒体积Vs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：当随机圆基凸多边形骨料的边数为20时，所生成的随机凸多边形骨料就非常接近随机圆基骨料了，为了尽可能于实际工程中所采用的骨料形状接近，所以采用边数为5～20的随机凸多边形骨料，这时圆度表达为：式中ω5为5边正凸多边形的颗粒圆度，ω20为20边正凸多边形的颗粒圆度；(4)将修正后的公式代入菲克第二定律的扩散公式，即得到不同扩散时间时，不同深度处的氯离子浓度大小，实现对混凝土中氯离子的扩散进行分析。