骨料形状对混凝土水渗透性影响的初步研究

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发布时间：2021-09-16

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骨料形状对混凝土水渗透性影响的初步研究
r 胡浩，郑建军，周欣竹
(浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州 310014)
摘要：基于流体力学的基本方程，取一元胞单元，通过人工压缩算法求解流体速度场和压力场，提出了混凝土水渗透
系数预测的数值方法。数值结果表明：正方形、正八边形和圆形骨料混凝土。相对水渗透系数均随着面积百分数的增
大而减小。当骨料面积百分数小于4o％时，圆形骨料的相对水渗透系数最大；而当骨料面积百分数大于4O％时，正方
形骨料的相对水渗透系数反而大于圆形骨料的相对水渗透系数。对于椭圆形骨料混凝土，对于给定的骨料面积百分
数，当夹角为0o时，相对水渗透系数随着长细比的增大而增大，但是当夹角为90o时，相对水渗透系数反而随着长细
比的增大而减小。
关键词：混凝土；水渗透系数；骨料形状；人工压缩算法
中图分类号：TU528．O1 文献标志码：A 文章编号：2095—0144(2012)Ol一0024—03
1 前言
混凝土是一种多孔介质材料，水可以通过混凝
土内部的连通孔隙和裂缝以渗透、扩散或层流的形
式传输，混凝土水渗透系数是衡量混凝土结构耐久
性的关键参数，为此。国内外学者在实验研究和理论
分析方面均做了大量工作。在实验方面，Cristiana等人
的试验结果表明，粗骨料混凝土比细骨料混凝土具
有更强的真空吸水能力和更高的气渗透性。增加粗
骨料导致毛细孔增多和孔隙连通性增强[1]。Basheer
等人的研究显示，当粗骨料尺寸较大、含量较高时，
混凝土气密性较差，细骨料含量越高，混凝土内部孔
隙路径曲折性增大。混凝土气密性越好[2]。在理论预
测方面，Nokken等人和Neithalath等人基于Katz—
Thompson渗透理论建立了混凝土水渗透系数与临界
孔径和总空隙率之间的定量关系[3I4]，但Tumidajski
等人却认为用Katz—Thompson渗透理论来描述混
凝土有其局限性，预测结果有时比试验结果高出两
个数量级C5]。Cui等人基于一般有效介质理论，把水
泥石看成两相复合材料。提出了普通水泥石水渗透
系数的预测方法，合理地考虑了凝胶孔和毛细孔在
水渗透过程中所起的不同作用[6]。周欣竹等人对有
效介质理论进行了修正，提出了硬化水泥石水渗透
系数的解析解，与试验结果良好吻合[7】。Song等人应
用一般有效介质理论和混凝土微观结构模型，提出
了硅粉混凝土水渗透系数的解析解，考虑了硅粉的
火山灰反应和不同水化程度对水渗透性的影响[8]。
从上面的文献综述可以看出，骨料形状对混凝
土水渗透性的影响研究还不充分，因此，本文基于流
体力学问题求解的数值计算方法在此方面作一些初
步的探索。
2 基本方法
2．1 控制方程
在笛卡尔坐标系下，二维不可压缩黏性流动的
纳维尔一斯托克斯方程组[9]为：
Ot ( )，，+ = V (1a
P
口 )
·u=O (1b)
这里，、p49和t分别为流体速度矢量、压力、密
度和时间。引入特征长度、特征速度和流体动力
黏度系数，将上述各物理量进行无量纲化：