基于损伤模型的硫酸根离子侵蚀混凝土细观数值模拟

摘要

【目的】为探究硫酸盐侵蚀与混凝土损伤之间的相互作用机制，提出了一个描述混凝土中硫酸根离子传输的扩散-反应-损伤耦合模型。【方法】首先，基于改进后的Fick第二定律，提出了混凝土中硫酸根离子传输的理论模型。该模型考虑了混凝土损伤以及离子传输过程中发生的化学反应。随后，结合自编程序构建的混凝土三相细观模型，实现了数值分析。模拟结果与实验数据吻合较好，验证了模型的有效性。【结果】结果表明：随着时间的增加，自由和结合硫酸根离子浓度均逐渐上升，但增长幅度有所减小。在硫酸盐侵蚀环境中，界面过渡区加深了硫酸根离子的扩散深度，使其成为抗硫酸盐侵蚀性能的薄弱环节。同时，水灰比的增加则延缓了混凝土损伤的发展。当水灰比为0.4的混凝土损伤值达到1时，水灰比为0.6和0.7的混凝土损伤值分别仅达到0.77和0.83，表明其仍能继续容纳侵蚀产物的生成。【结论】研究结论能够为混凝土结构在硫酸盐环境中的耐久性及使用寿命的提高提供理论依据。

关键词

混凝土 / 硫酸盐侵蚀 / 损伤演化 / 离子传输模型 / 细观数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目（51509084）; 河南工业大学自科创新基金（2022ZKCJ06）; 河南省重点研发与推广专项（232102320014）