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硫酸盐侵蚀混凝土过程的有限元格式
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  • 发布时间:2021-10-08
资料介绍

要 。假设混凝 土内部各点硫酸盐 的浓度为空间域和时间域 的函数 ,采用加权余量法和部分离散法 ,推导 出瞬态浓度场 的硫酸盐
扩散微分方程 ,建立 了三维瞬态有限元格式 ,为侵 蚀过程 的数值模拟奠定 了较好 的基础。
关键词: 混凝土 ;瞬态 ;硫酸盐侵蚀 ;有限元格式
中图分类号 : TU528.01 文献标志码 : A 文章编号 : 1002—3550(2011)03—0009—02
Finite elem ent form at of the sulfate eroding process in concrete
WEIXiao-feng,JIAO Chu4ie,GAOLe
(School ofCivil Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510006,China)
Abstract: The sulfate eroding process can be regarded as a transient process,and can be simulated by the multidimension and transient—diffu—
sion mode1.Establishing an appropriate finite element format of SO~diffusion is very crucial to simulate the eroding process.A hypothesis is made
in this paper that the concentration of each point in concrete is a function concerning spatial dom ain and tim e dom ain.The weighted—residual and
part—discrete method are used,and the sulfate diffusion differential equation was obtained,and the 3-D transient finite element format was built,
which may be usefu l for the numerical simulation ofthe eroding process.
Key words: concrete;transient;S0:diffusion;element format
0 引 言
在酸雨 、盐碱性土壤 、工业污水等硫酸盐侵蚀环境下 ,混凝土
结构 的老化病害现象 Et益严 重。许多地方如 内蒙古盐 湖卤水中
s0j球 度最高达到 36 445 rng/L,博斯腾湖地区的地下水 中s0j呻农
度高达 12 728 mg/L[q。资料显示 :从 1975年到 1985年,美 国由于
腐蚀引起的损失从 700亿美元上升到 l 680亿美元;在 1989年的
腐蚀调查中,英国英格兰岛 1 1座混凝土高架桥的维修费用耗资 4
500万英镑 ,是最初造价的 1.6倍[21。德 国学者 GerdZirnmermann
和 WilfriedMack(1999)P]在第四届 国际腐蚀控制大会 上 ,指出腐
蚀破坏造成的维修费用已构成全部国民生产中的重要部分。
硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的重要 因素之一 。美国普
渡大学的 Tian和 Cohen(2000)tsj以及 Raphael Tixier将砂浆试块
在 Na SO 溶液浸泡后,发现侵蚀过程 中形成的大量石膏是试块膨
胀破坏的主要来源。印度土木工程研究所 的 Santhanam(2002)[6]将
水泥砂浆试块浸泡于硫酸钠和硫酸镁溶液中,研究了溶液浓度对
膨胀速度的影响,结果表明:在硫酸钠和硫酸镁溶液中的膨胀都可
分为两个阶段,在硫酸钠溶液 中,浓度的增加不改变第一阶段 的膨
胀速率,却显著的增加第二阶段的膨胀速率,在硫酸镁溶液中,浓
度的增加能增加普通水泥砂浆 的膨胀速率。中国矿业大学梁咏宁
和袁迎曙(2004)通过用超声波法检测受硫酸盐侵蚀t昆凝土的表面
损伤层厚度 的研究 ,发现水灰 比对混凝土的抗硫酸盐侵蚀影响
很大 。随着水灰 比的增加 ,混凝土的损伤程度显著增加 。
国内外每年关于硫酸盐侵蚀 的研究有大量文献发表 ,但通
过试 验数据对 硫酸盐侵蚀 过程进 行数值模 拟l 8I的研究暂不 多
见。为了能够数值模拟硫酸盐侵蚀的整个过程,建立相应的有限元
格式就显得至关重要 1。本文针对硫酸钠溶液侵蚀混凝土试块
的过程 ,分析并建立有限元格式。其 中硫酸钠溶液浓度为 5%和
10%,试块尺寸 为 40 mmx40 mmxl60 mm,侵蚀龄期 为 15、30、
45、60、75、90 d,采用浸烘循环方式。
1 瞬态三维so 扩散微 分方程
本文 假定混凝土为各向同性材料 ,并选用正六面体八节点
单元 ,混凝 土微元六 面体见图 1。在S04:-侵蚀的过程 中,混凝土
内部各点 的浓度随着各点的位置不同和时间的经过 而变化 ,浓

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