提出 了一个 两相混 凝土 的多 连域边 界元模 型 ，用 来研 究混凝 土 中 的氯离 子 扩散 与分 布 规律 。将 混凝 土 看作 由砂 浆 和粗
骨料组成的两相非均匀材料，并假定氯离子扩散只发生在砂浆浆体中。建立 了混凝土 中氯离子扩散的多连域边界元模型，分析
了粗骨料粒径 、含量和排列方式对混凝土中氯离子扩散和分布规律的影响。通过与有限元模型的对 比证明了提出的两相多连域
边界元模型的合理性和优势 ，说明本研究模型可以用于混凝土中氯离子扩散的分析。研究结果表明，粗骨料的存在会形成阻滞
作用，引发氯离子浓度场的局部梯度变化 ；粗骨料的含量对混凝土中氯离子扩散的阻滞作用影响明显。
关键词：混凝土；氯离子扩散；两相模型；边界元 ；多连域
中图分 类号 ：TU528．01 文 献标 志码 ：A 文章编 号 ：1002—3550(2016)02—0012—05
Two —phase model based on boundary element method for chloride diffusion in concrete
CHSN Zheng ，HUANG Wocheng ，LIANG Weiying ，YANG Lufeng ，JIANG Qiongming
(1．Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety of China Ministry of Education，School of Civil
Engineering and Architecture，Guangxi University，N anning 530004，China；
2．Department of Civil and Environmental Engineering，University of Alberta，Edmonton T6G 2W2，Canada)
Abstract：A two—phase model ofboundary element method(BEM )is proposed to study the diffusion behavior of chloride in concrete．
The concrete is treated as a two —phase heterogeneous material com posed of mortar and coarse aggregate．The chloride diffusion is as—
sumed tO take place only in the mortar．The diffusion problem of chloride in concrete with aggregate is solved by BEM with a multiply
connected dom ain．By m odeling concretes with different coarse aggregate S content，particle size and arrangement，the effect of coarse
aggregate on the chloride diffusion is examined．Contrasted with the finite elem ent model，the two— phase BEM m odel is proved to be
reasonable and of m ore advantage，indicating that the proposed model can be used to analyze the chloride diffusion in concrete．The re—
suits show that coar se aggregate obstructs the diffusion of chloride in concrete，and th e content of coarse aggregate has a significant im —
pact on decreasing the capability of diffusion and changing the concentration distribution of chloride in field．
Key WOrds：concrete；chloride diffusion；two—phase model；boundary element；multiply connected domain
0 引言
海洋环境中的混凝土结构由于氯离子的侵 入 ，引起钢
筋的锈蚀膨胀 ，进而引起结构的耐久 性破坏。通 常认 为氯
离子的侵入方式主要是扩散运输 ，并采用基于 Fick第二定
律的数学模 型描述。国内外研究学者已经对氯离子扩散模
型开展 了大量的研究 ，对基于 Fick第二定律提出了多种氯
离子扩散系数 的修正计算式…。然而在这些计算式 中 ，还
是在宏观层次上将混凝土作为同相 物质对待 ，忽视了混凝
土材料 的非均匀本质。事实上 ，从细观层次看 ，混凝土应看
作 由骨料 、水泥砂浆 和过 渡区组 成 ，实际结构 中还存在 钢
筋。因此 ，氯离子在混凝土结构 中的扩散场是 由多相介 质
组 成 的
田冠飞 和 STANLY 均利用 了有 限元法研究 了钢
筋对氯离子扩散 的阻滞影响 ，但在数值模 拟中仍然把混凝
土看作了一种均匀质的材料。赵艳林 等把混凝土简化为
骨料和砂浆 组成 的两 相复合材 料 ，研 究了单个 骨料 的形
状 、大小和摆放位置 ，以及骨料集合体 的骨料圆度 、平均粒
径和 骨 料 含 量 对 混 凝 土 中 CO 扩 散 的影 响。Yangwei
Zeng 同样采用混凝土的两相模型 ，利用有限元研究 了氯
离子浓度场在其中的分布特点。Long—Yuan Li 根据氯
离子在混凝土 中两相模型 的二维扩散提 出了等 效扩散系
数下 限值的理论模型 ，并用有 限元方法分 析了骨料含量 、
最大骨料粒径 、骨料形状对扩散 系数下 限值 的影 响。王立
成 等将混凝土看成 由砂浆 、粗骨料及二者的界面区组成
的三相复合材料 ，提 出了适用于物质扩散的细观格构 网络

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