为研究混凝土排污管道在硫酸盐侵蚀下腐蚀破坏全过程，考虑管道内水位随时间的周期性变化 规律 ，将 污水管管壁分为水位循环 区和水下区 ，建 立循 环函数以考虑水位循 环区循环性 边界条 件。以 COMSOL软 件为基础开发数值模拟程序，通过算例分析对 比不同侵蚀时刻水位循环区与水下区的硫酸根离子分布与应力发 展情况。结果表明：对于混凝土排污管道，在侵蚀初期其水位循环区受硫酸盐侵蚀下硫酸根离子的扩散及膨胀应 力 的发展 与水下区相差不多 ，但随着侵蚀时 间的发展两 者的侵蚀 程度相差越来越大 。 【关键词】 硫酸盐侵蚀；混凝土 ；排污管道；循环边界；数值分析 【中图分类号】 TU823 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2015)07—0003—03 城市污水 管道 系统作 为一 种重要 的基 础设 施 ，在 维持城市正 常运 营 ，保护 城市 生态环境 以及人 们 的身 体健康等方 面都起 着举足轻重 的作用 。但是作为运用 广泛 的混凝 土排污管 道 ，其腐 蚀现象 十分 严重 ，因 此研究 污水 管 道 的腐蚀 规 律对 于 混凝 土 污水 管 道 系 统的腐蚀状态预测和维修措施 的选取 以及使用寿命 的估计具有 重要意义 。文 中通 过数值 分 析 ，重点 研究 混凝 土污水 管道静态 下受硫 酸盐侵蚀 状 态 ，并 考虑水 位循 环变化情况分水 下 区和水位循 环 区 ，研 究硫 酸根 离子 的扩散过程 、由于钙矾石 的生成 引发 的膨 胀应变 发展 过程和相应 的应 力发展 过程 ，对 混凝 土污 水管道 的施 工和耐久性设计提供重要 的理论 指导 。 1 混凝土污水 管道硫 酸盐腐蚀机理简述 混凝土在硫 酸钠 (Na：SO )溶 液 中的生成 物 水化 硫铝 酸钙(CAsH。)，俗称钙 矾石 。钙 矾石溶解度 非 常小 ，并结合 了大量结 晶水使体 积显著增大 ，对应化 学反 应及体积变化系数 o见表 1 。混凝 土 内部 的固 有孔 隙随着混凝土孔 隙被钙 矾石填 满 ，钙 矾石 互相 挤 压将 产生极大 内应力 ，从而致使混 凝土结构受到破坏 。 表 1 体积变化 系数 化学反应 C4A SH l2+2C SH2+16H-+C6A S3H32 C3A +3C SH2+26H_ C6A S3H32 C4AHl3+2CH +3C SH2+17H— C6A S3H32 O．55 1．31 0．48 2 数学模型 2．1 扩散 一反应方程 混凝 土遭受 硫 酸盐 溶 液侵 蚀 时 的动态 扩 散 一反 应方程 可表示如下 ： [基金项 目] 山东省 自然科学基金 (ZR2012EEL23) OU = 0 ＼D ) ～ 一 0Ceq ： 一 k ． (1) Ot q 式 中 ，U为硫 酸根离子浓度 ；t为侵 蚀龄期 ； 为到 侵蚀 面距离 ；D．．为扩散 系数 ；k为 化学反 应速 率常数 ， c 为 反 应 过 程 中铝 酸 钙类 物 质 等 效 总浓 度 ；C = C4ASH2+y2c3A+ CAHl3；q为化学方程统一后 CSH2的加权平均系数 ，q=23,。+3y：+3y。；定 义系数 y为每个铝 酸钙类 物质成 分 占总铝酸钙类 物质 含量 的 比例 。初始条件为 T=0， ∈(0，L)：U=0，C。。=Ca0； 边 界条件为 ：T>0， =0， = ：U= 。C。，C。=0。其 中 ， 为侵蚀方 向厚 度 ；C 为初 始铝 酸钙类 物 质等 效 总浓度 ；。为初始孔隙度 ；Co为硫 酸钠 溶液浓 度。 2．2 硫酸根离子 的扩散系数 扩散系数 D 是 与孑L隙度相关 的函数 ： Du= ( +D(C，t))·D (2) 式 中，D 为 s0 一在混凝 土孔 隙液 中的初 始扩 散 系数 ； 为受水泥水化影响 的混凝土材料 的孔 隙度 ；D (C，t)为混凝土材料 的损伤 函数 。 = · (w／c一0．39h )／(w／c+0．32) (3) 式 中 为水泥体积分数 ；w／c为水灰 比，h =1— 0．5x[(1+1．67~)。。 +(1+0．29~)_。·]为水泥水化 程度 ，其 中 为水 泥水 化 时间 ，当 w／c≤o．39h 时

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