混凝土结构孔隙侵蚀数值模拟
葛金金 ，詹美礼 ，吴金萍 ，盛金昌 ，张 羽。
(1．河海大学水利水电学院，南京210098；2．长江水利委员会水文局长江下游水文水资源勘测局，
南京210011；3．广东省水利电力勘测设计研究院，广州510635)
摘要：混凝土材料所具有的多孔隙结构是由其本身的物理、化学性质所决定的，而孔隙结构又决定了混凝土整体的
强度和渗透性。将混凝土复杂的孔隙结构简化为单根毛细管，根据Fick定律和质量守恒原理推导出混凝土孔隙溶
解控制方程，并运用Bear理论中关于多孔介质毛细孔渗透率的研究理论及饱和溶质运移扩散方程建立侵蚀模型。
模拟结果表明，该模型能够有效地反映混凝土孔隙中固相钙离子溶解、浓度变化和孔隙边壁侵蚀厚度变化过程。
关键词：混凝土；孔隙结构；侵蚀模型；数值模拟
中图分类号：TU375 文献标志码：A 文章编号：1672—1683(2014)05—0032—04
Num erical sim ulation of pore erosion in concrete structure
GE Jin-jin ，ZHAN Mei—li ，WU Jin-ping ，SHENG Jin-chang ，ZHANG Yu。
(1．College of Water Conservancy and Hydropower Engineering，Hohai University，Na ing 210098，China；2．Lower
Reaches oJ’the ChangJiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Changjiang Water Resources Commission
Bureau，Na ing 210011，China；3．Cmangdong Hydropowe r Planning and Design Institute，Guangzhou 510635，China)
Abstract：The concrete material has a porous structure due tO its own physical and chemical properties，and the pore structure
determines the strength and permeability of concrete．In this paper，the complex porous structure of concrete was simplified tO
the single capillary．According to the Fick's law and mass conservation principle，the dissolution equation of concrete pores was
obtained，and the erosion model was established based on the research of capillary permeability of porous medium in Be ar theory
and saturated solute transport diffusion equations．The simulation results showed that the model can reflect the variations of dis—
solution and concentration of solid phase calcium ions and erosion thickness of side wall in pores．
Key words：concrete；porous structure；erosion model；numerical simulation
混凝土结构的侵蚀是指在流动的软水或具有侵蚀性的
溶液作用下，混凝土孔隙边壁固相水化物钙离子自动剥落或
与侵蚀性水溶液中的其它离子发生交换、扩散、迁移，从而造
成了钙离子从混凝土结构中缓慢流失的现象，这是坝体、坝
基破坏的重要原因之一l1。]。因此研究混凝土侵蚀机理，建
立混凝土孔隙侵蚀溶解模型，预测混凝土侵蚀程度，具有重
要的理论和实际意义。
目前，模拟混凝土侵蚀过程的数值模型比较少。其中，
G6rard模型L4]是由热力学理论发展而来的，其基本原理如
下：混凝土内部孔隙固相与液相之间存在的浓度梯度，在液
相石灰浓度未能达到各自水化物的极限浓度的情况下，该浓
度梯度促使混凝土固相水化物(氢氧化钙、水化硅酸钙等)中
钙离子溶解并向外扩散，因此根据溶出液中钙离子的浓度变
化就可以判断混凝土受侵蚀的程度。G6rard模型的缺点是
未能考虑混凝土孔隙液相中钙离子浓度的动态平衡。De—
tldE 等人针对混凝土水泥基质是不均匀混合体的性质，发
展了一种关于骨架孔隙溶液中的钙离子浓度平滑函数，用于
模拟对孔隙框架内基质扩散率、孔隙率以及表面扩散率等控
制性参数，其局限性是没有考虑到对流项的传递，而是只考
虑孔隙中的扩散问题。
本文在分析混凝土渗流侵蚀机理的基础上，避开以往对
混凝土表面侵蚀的研究方式¨6 ，分别建立孔

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