多因素耦合的混凝土结构硫酸盐传输多尺度模拟分析.pdfVIP

第55卷第4期中南大学学报(自然科学版)Vol.55No.4

2024年4月JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology)Apr.2024

DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2024.04.012

引用格式：郭文华,吴彪,陈定市.多因素耦合的混凝土结构硫酸盐传输多尺度模拟分析[J].中南大学学报(自然科学版),2024,

55(4):1374−1387.

Citation:GUOWenhua,WUBiao,CHENDingshi.Multi-scalesimulationanalysisofsulfatetransportinconcretestructurescoupled

withmultiplefactors[J].JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology),2024,55(4):1374−1387.

多因素耦合的混凝土结构硫酸盐传输多尺度模拟分析

郭文华，吴彪，陈定市

(中南大学土木工程学院，湖南长沙，410075)

摘要：提出一种能考虑多因素耦合的混凝土结构硫酸盐传输多尺度模拟分析方法。基于Fick第二定律与化

学反应动力学提出一种同时包括离子浓度梯度作用、考虑离子活性的化学反应消耗、钙溶蚀、钙矾石膨

胀、温度等多因素耦合的硫酸盐传输模型。首先，将混凝土结构等效为一种匀质材料，从宏观尺度研究匀

质混凝土结构硫酸盐传输规律，通过与试验结果对比，验证传输模型的有效性。然后，基于MonteCarlo

方法和Fuller级配曲线，建立能够真实反映混凝土随机性与非均质性的随机骨料混凝土模型，从细观尺度

研究在随机粒径和位置的骨料影响下混凝土结构硫酸盐传输特征。研究结果表明：当外界硫酸根离子质量

分数越大、温度越高、孔隙溶液中钙离子浓度越大时，混凝土中硫酸根离子质量分数显著增大。钙溶蚀固

液平衡转化比其导致的混凝土孔隙率改变对硫酸根离子传输的影响更显著；此外，细观尺度下的硫酸盐传

输模型很好体现了骨料的粒径和位置的随机性导致的硫酸根离子浓度分布呈现的随机性与不均匀性现象，

同时，骨料的存在使得靠近侵蚀边界的骨料外侧硫酸根离子聚集偏多，远离侵蚀边界的骨料外侧硫酸根离

子质量分数偏低。

关键词：硫酸盐传输；随机骨料混凝土；多尺度

中图分类号：TU528；U444文献标志码：A

文章编号：1672-7207（2024）04-1374-14

Multi-scalesimulationanalysisofsulfatetransportinconcrete

structurescoupledwithmultiplefactors

GUOWenhua,WUBiao,CHENDingshi

(SchoolofCivilEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,China)

Abstract:Amultiscalesimulationandanalysismethodforsulfatetransportinconcretestructurescoupledwith

multiplefactorswasproposed.BasedonFickssecondlawandchemicalreactionkinetics,amulti-factorcoupled

sulfatetranspor