二维细观模拟揭示开裂混凝土中氯离子扩散规律

本文主要探讨了"开裂混凝土中氯离子扩散行为的细观数值模拟"这一主题，发表于2015年的《北京工业大学学报》第41卷第4期。研究者杜修力、张仁波和金浏针对混凝土细观结构的非均匀性，构建了一个二维细观有限元模型，用于模拟含有裂纹的混凝土试件中氯离子的扩散特性。模型考虑了四种主要组成成分：砂浆基质、骨料、界面过渡区和裂纹。其中，骨料被假设不具有渗透性，而砂浆基质和界面的氯离子扩散由水灰比决定；裂纹相的氯离子扩散系数则基于实验数据进行了定量关联。 研究的重点在于骨料分布形式对氯离子扩散行为的影响以及不同裂纹宽度下的扩散效应。研究发现，骨料的随机分布模式对混凝土中氯离子的扩散行为影响较小，表明在宏观尺度上，混凝土的结构整体性对氯离子迁移的影响可能大于单一成分的分布。当裂纹宽度小于50微米时，氯离子扩散主要受砂浆基质和界面控制，裂纹的影响相对较小。然而，随着裂纹宽度增加到50至170微米，氯离子扩散显著增强，表现出明显的路径依赖性。当裂纹宽度超过170微米时，氯离子扩散趋于二维扩散模式，表明裂纹已不再局限于局部，而是成为氯离子扩散的主要通道。 这篇论文的重要贡献在于通过数值模拟手段揭示了氯离子在开裂混凝土中的扩散规律，这对于理解和预测混凝土在氯离子环境下长期耐久性具有实际意义。它为设计和维护含有裂缝的混凝土结构提供了理论依据，特别是在环境侵蚀、海水侵蚀等高氯离子环境下，有助于提高混凝土结构的耐久性预测和维护策略。此外，研究还得到了国家“973”计划、北京市自然科学基金和北京工业大学优秀博导基金的共同支持，体现了学术界对该领域研究的重视。