数值研究扩散二维氯和诱导钢筋腐蚀的多尺度方法

文摘

介观模型建模方法的具体描述交通和物理化学反应非常重要,因为有越来越多的对数值模拟的精度和计算效率的需求。细观数值模拟考虑粘结剂、聚合和界面过渡区(ITZ)通常会产生大量的自由度,这是完全不适用的结构。在这篇文章中,一个二维多尺度方法描述三相结构讨论了混凝土的数值。一种有效的方法产生随机骨料多边形根据检查质心距离和线段的交点。此外,ITZ元素由平行扩大总量内一侧的边缘。通过结合介观模型包括full-graded骨料和宏观模型、案例与扩散系数和宽度ITZ的体积分数和等级的聚合进行了研究多尺度补偿的考虑。结果清楚地表明,更大的分析模型在多尺度模型中氯离子的扩散空间扩大,降低氯含量在钢筋的面前。最后,本文提出了一些值得注意的结论氯分布和钢筋腐蚀的配置钢筋直径、混凝土保护层,曝光时间。

1。介绍

钢筋腐蚀引起的氯离子可以显著恶化的可服务性混凝土结构(1]。钢筋的保护膜是depassivated从混凝土表面氯离子渗透,从而腐蚀钢筋发起一次钢筋表面的氯含量达到一定阈值的值,定义为关键的氯化物含量。后来,腐蚀钢筋不断传播,引发进一步的开裂和剥落由于扩张生锈。因此,重要的是要准确地评估混凝土中氯离子的扩散过程,这是有意义的进一步评估钢筋混凝土结构的耐久性。

混凝土在细观数值模拟的角度,被认为是异类组合的三个阶段,包括水泥浆、骨料、界面过渡区(ITZ) [2]。ITZ被认定为细水泥浆区封闭聚合和钢筋,提供高水灰比、高孔隙度、和低水泥含量与正常相比散装水泥粘贴区域。作为一个个体阶段(因此ITZ通常被认为3- - - - - -5]。虽然ITZ的孔隙度减少骨料表面距离的增加(6),ITZ被简化为均匀薄层在大多数研究。重大影响的整体行为具体属性ITZ由于粘贴总额的一部分,如扩散系数和强度(4,6- - - - - -8]。

视图中的细观数值模拟,由于大量的节点和元素,一种优化方法是三相复合混凝土简化成两相复合包括水泥浆和均质相当于总(4,7,9- - - - - -13]。ITZ的扩散系数被转移通过推导通用有效的氯离子扩散系数的解析解,这意味着ITZ的建模是不必要的。

一般来说,建模和分析对水泥基材料在微观尺度分类、介观尺度和宏观尺度(14,15]。最近大量的理论研究和建模工作一直致力于研究多尺度建模。多尺度建模通常被定义为综合数值之间的转移机械和化学反应过程更低的规模和更高的规模(16,17]。多尺度建模的一个重要优势是优化计算加载和提高精度。根据现有文献,研究者普遍关注材料的转移过程响应之间的尺度。

多尺度建模的主要目的为了减少计算负荷,异构模型总是模仿转移伤害和交通的关键区域宏观尺度的中尺度耦合提供的子域(18]。平衡精度和效率是主要考虑的多尺度建模数值模拟。通过宏观模型代替的一部分介观模型,多尺度建模能够提供相对规模较小的介观模型并生成相同的聚合和填充率更少数量的聚合,这无疑有利于提高成功率的啮合19]。

介观结构的混凝土、骨料的大小和形状都是生成给定的设计。关于二维空间,一般过程分为两个步骤,包括几何模型的建模和啮合。角聚合生成基于凸多边形的内长椭圆(20.]。王等人提出了一个程序用于生成随机骨料结构角骨料通过蒙特卡罗抽样,这对于凹多边形(是兼容的21]。不可避免的凸多边形算法交叉检查,这是通过检测空间独立两个多边形的22,23]。啮合,砂浆+小骨料嵌入粗骨料是由自由网格离散成有限元素(20.,24)或统一的背景网格(25- - - - - -27]。

钢筋混凝土结构耐久性的另一个主要因素是钢筋的腐蚀。研究人员致力于努力通过自然实验(实验的研究28- - - - - -32)和加速试验(33- - - - - -38对氯离子扩散的过程和腐蚀。另一方面,某些类型的简化近似法腐蚀。Biondini引入合理的线性损伤模型下的钢筋腐蚀侵蚀剂,氯化评估腐蚀速率根据实时内容围绕钢筋(39- - - - - -42]。尽管复杂的腐蚀原理,基于自然腐蚀破坏模式,这个线性损伤模型能够提供可接受的破坏过程的描述。

本文讨论的两个重要方面对多尺度建模在混凝土中氯离子扩散的数值模拟。首先,综合建模方法具体考虑两种多尺度建模包括界面过渡层(ITL)和三相中尺度结构包括ITZ。其次,通过多尺度数值模拟工具,ITZ的影响在混凝土氯离子扩散,详细研究了中尺度ITZ被建模为一个单独的阶段有限元模型在混凝土氯离子扩散。此外,连续钢筋的腐蚀混凝土氯离子扩散引起的边缘也计算研究腐蚀的时间演化过程。

2。多尺度建模和讨论

2.1。多尺度建模理论

在介观对氯离子扩散数值模拟,通常100∼200毫米大小的标本被认为是在方形或长方形。在这个典型的大小分析空间,足够数量的总量和各种大小包括进行深入的研究。在分析空间有限,氯离子能够穿透和浸透整个空间在评估期内,表明整个空间不足进一步模拟。然而,它是不可能增加分析空间的大小,由于两个原因。首先,几次原始大小的空间将会产生更多的节点和元素分析,特别是对于三维问题。第二,控制加载计算,改变颗粒级配曲线和忽视细骨料会导致不准确的数值模拟。

本文介绍了多尺度建模方案的平衡节点和元素的数量和计算精度(图1)。在多尺度建模的角度,基于原有的介观模型包括多相组件定义为核心部分,宏观补偿模型,定义为补偿部分,建模。引入补偿部分的目的是创造除了空间内吸收氯核心部分和调整氯化物含量的分布在核心部分,这意味着氯在较大空间的再分配。

由于不同定义的节点氯化物含量和扩散系数在介观模型和宏观模型,这两种类型的模型不能直接结合起来,同时分析。摘要界面过渡层(ITL)介绍了连接两个模型的接口由一组节点和元素,如图1。ITL被设计为一个带状的形状过渡区允许从核心部分氯离子扩散进入赔偿部分。在每个时间步内,核心部分和补偿部分分析了顺序和氯化物含量接口传输的两个部分是基于ITL的功能。

值得注意的是,最重要的前提是对氯离子运输ITL的机制,而产生等效模型中的氯离子的扩散和分布在相同的规模。ITL可能由一排普通节点的介观模型和宏观模型,以及一个元素的数量与某些厚度卡两种模型。

转移的过程中氯离子在一维ITL见图2。为初始状态,分析空间的三个阶段,包括核心部分,补偿部分,分别和ITL建模。边界条件设置在混凝土表面,这是核心部分,如图2。

这种混合模型行为序列多尺度的过程。大小写混合的核心部分是在宏观尺度中尺度和补偿部分,相当于ITL将氯含量计算和转移。氯含量的定义是不同的两个部分。在混凝土宏观模型中氯化物含量测定,并以水泥介观模型的价值。因此,一个必要的过程包括氯化物含量的价值ITL应计算为每个阶段。模拟氯离子扩散混合模型中被分为两个阶段的扩散和转换的两个步骤。(1)扩散的第一阶段:核心部分和ITL连接的公共接口,而ITL和补偿部分被断开连接。一个时间步,氯离子渗透到核心部分边界条件。在当前阶段,氯离子扩散限制内,ITL核心部分。核心部分的氯化物含量和ITL起来从之前的内容,同时补偿部分保持不变。

找出所有的元素与质心位于从补偿模型的元素。

计算所有这些元素的加权平均数的内容核心模型。这个内容是代表补偿模型中元素的内容。(2)转换从中尺度到宏观尺度内ITL:模拟导致核心部分地区由ITL从中尺度转换到宏观尺度在这一步。中心的具体实例的边界,补偿是建模为简单的一维模型。在核心部分,包括元素与它们的重心在界面传输层被确定(红色虚线包围的区域图3)。加权平均值计算这些涉及元素的氯化物含量在宏观尺度ITL的节点值。(3)第二阶段的扩散:插入一个新的障碍在共同边界的核心部分和ITL等于减少这部分的连接。现存的障碍在共同边界补偿部分,ITL移除。在这个阶段,氯重新分配区域内包括ITL和补偿的部分。(4)从宏观尺度转换到中尺度ITL:第二步的逆过程,节点介观的核心内容部分从宏观插值补偿部分的形式定期矩形元素。就像图中所示4,外矩形代表统一四边形模型补偿部分和目标节点表示节点包括在核心部分。逆时针方向的四节点四边形的编号。

2.2。分析研究有限空间和暴露时间边界

在以下部分中,本文讨论了多尺度模型的分析方法的可行性。由于钢筋在混凝土构件的截面设计,一些研究氯扩散在二维空间等价转换。案件的中心的底部混凝土部分,混凝土和外层大气被分成两半空间无限边界的飞机把三维空间。在数值模拟方面,相同配置的边界条件和混凝土的扩散系数,所有点在同一深度混凝土边界扩散的行为相同的特征。在简化,氯离子扩散三维及二维空间相当于一维。因此,问题简化为一维宏观模型和有限空间的解析解与暴露和密封边界进行了讨论。通常扩散中氯的解决方案是表达的线性菲克第二定律: 在哪里混凝土的扩散系数。表示氯化物含量。考虑的边界条件和 。就像广为人知,根据拉普拉斯变换,上面部分微分方程的解析解 在哪里是高斯误差函数。上述解决方案的局限性是无限空间边界条件的前提下,适用于混凝土构件和大厚度和混凝土保护层厚度相比,但是对于典型的梁和板不准确的。有限空间的三维解析解讨论了通过分离变量,推导出由Li et al。43]。一维空间,假设扩散空间的总长度 。 轴的纵向方向一维模型。初始条件为扩散空间,和边界条件,接触边界 ,和密封边界都是考虑。示意图说明如图4。

氯化物含量的简化功能包括变量的时间和深度在一维空间中根据李的解决方案表示如下:

如果氯化物含量为零初始条件, ,被认为是,方程(3)简化为下面:

以下部分的目的是演绎的解析解表达式氯化物含量与接触边界和时间边界根据李的演绎过程,证明发展核心模型使用预定义的时间全部边界条件是一样的模型。氯扩散补偿的考虑,一个完整的模型的一部分被提取并称为核心模型。核心模型的示意图说明如图5。核心模型的长度而假设完整模型的长度 。

与众不同的前提与李的解决方案(43),边界条件核心模型被修改成时间的函数的边界严格定义的方程(4)设置 ,用方程(5)。其他参数和定义是相同的。为简化、氯化物含量为零初始条件 ,被认为是。

考虑一个临时变量 ,

除了初始条件和边界条件,按时间的边界被表示为

通过分离变量,被表示为

通过引入边界条件的接触表面 ,的通解被简化为

为时间界限 ,结合方程(7)和(9),我们获得的表达 :

因此,特定的解决方案是

的特解被解决了

因此,一般的解决方案是 在哪里是未知的表达和秩序 。考虑初始条件 ,我们得到以下方程(13):

由于以下函数系列的正交性,

结合方程(14)和(15),我们得到:

结合方程(6),(13)和(16),最后,我们得到:

因此,即使考虑到时间边界,开发核心内的扩散模型与原始模型完全相同的,这证明了氯离子扩散补偿的可行性。

3所示。介观模拟方法

3.1。代的二维随机骨料

在二维空间中,生成的主要考虑介观模型要求的混凝土骨料的级配及其体积分数。一般来说,总体的介观结构是由分散粒子随机生成给定的形状和大小的正方形或长方形的空间有限。这个过程由两个基本步骤,完成了包括建设合格的聚集和分散聚合。一个适用的方法介绍了描述如下。(1)建设总在一定的形状和大小对混凝土等级:适用的凸多边形骨料被连接在一个随机生成的椭圆曲线上的点,满足设计要求的区域粒子大小。然后,初步内接多边形放大设计椭圆匹配同一地区。

另外两个点,保证合理的形状总应该注意。在实际混凝土工程,细长骨料(与维度比2:1)应避免考虑其结构表现不佳。因此,在聚合生成程序,所有顶点的多边形都分布在椭圆的定义的夹角连接线多边形的顶点及其重心(数字6(一)和6(b))。另一个测量是控制多边形的面积占用在设计椭圆(数字6(c)和6(d))。详细的最小夹角值和最小面积占用为骨料由国内设计规范。(2)分散聚合的重叠骨料的审判:在二维空间中,一个新分散聚合,检查分析给定的矩形区域内的关联和重叠与所有现有的总量是必需的。第一个条件可以通过检查多边形的最大和最小坐标是否覆盖的矩形。凸多边形的重叠的详细判断是描述如下。术语引用图所示7。(我)对于每一对骨料,判断外半径之和大于质心的距离 。在这里,外半径的定义是最大的激进的任何顶点重心的距离。如果没有( ),没有重叠的聚合和新分散聚合被接受。如果是( ),可能无法避免重叠,继续下一步作进一步检查。(2)判断内半径之和小于质心的距离 。这里,内半径的定义是最低激进质心距离的一面。如果没有( ),固体出现重叠和再分散的新聚合是必需的。如果相等( ),一种罕见的案例代表平行聚合是不合适也不承担的。如果是( ),分割的双方无法避免继续下一步作进一步检查。(3)判断多边形的顶点代表总包含现有的聚合(图8)。如果是的,重叠的证明和再分散的新聚合是必需的。如果没有,一个复杂重叠的情况下,没有任何交点多边形顶点位于每个多边形仍不能保证,并继续下一步。(iv)最后一步是判断是否有任何共享的背景网格的网格节点多边形(图9)。如果是的,重叠的证明和再分散的新聚合是必需的。如果没有,新分散聚合被接受。

上述过程见图10。两种典型的模型与细长骨料在图所示11。

额外的过程建模是啮合几何空间包括明显不规则分布的聚集。采用传统的商业软件对啮合过程。然而,精炼的低成功率的啮合四边形元素无法避免对大多数商业软件由于复杂的模型。因此,本文采用一种优化的方式在三角形网格的空间元素,并把一个三角形分割成四个小四边形,这被证明是高啮合的成功率和效率高。

3.2。建模基于网状ITZ的空间

ITZ的建模方法是由ITZ内模拟氯离子扩散的机制。ITZ被认为是一个不确定的区域周围聚集和散装,在线性减少孔隙度增加骨料表面的距离。现有方法描述ITZ作为个体层或补偿等效扩散系数的聚合(44- - - - - -46]。在随机骨料多边形,ITZ的元素构建实际的方法是采用。因此,引入更多的自由度,大大增加装配的时间消耗全球扩散矩阵和解决它。

自ITZ被认定为个人包围聚合阶段,额外的元素遵循统一的宽度边缘的总量可能会引起不必要的重叠ITZ元素在某些情况下,对总太接近对方。为了避免上面的情况,ITZ元素分配内部一侧边缘的聚合,而不是外的一面。据ITZ的小面积比例,这是可接受的稍微降低总体的大小。这个过程完全有三个步骤。(我)第一步,对于任何聚合,其边缘上的线平行抵消内部的设计宽度,h,显示为虚线图12(一个)。(2)第二步,所有的十字路口抵消线路被发现,总数相当于聚合的顶点,黑色点,如图所示12 (b)。此外,一个特殊的子程序称为“func_L2L”开发识别一条线段之间的关系。其输出结果提供两个线段是否相交,交点的坐标。(3)第三步,结合前面的可用节点的聚合和新生成的节点(十字路口),一群四边形元素建于逆时针顺序,这ITZ表示。他们的物理性质分别设置不同于现有水泥粘贴。

上述整个过程涉及ITZ的混凝土建模有限元模型如图13。

4所示。评估方法的基础上

4.1。氯离子的扩散模型

运输的氯离子在多孔介质如胶结材料主要是由于浓度梯度(扩散现象47]。混凝土中氯离子的扩散组件被承认为一个复杂的过程,受到很多因素包括水/水泥比率,孔隙度的水泥、添加剂、聚合、温度、湿度、环境氯化物含量、粘合剂的约束力,水泥的水化。上述过程可以通过数值模拟方法基于可用环境攻击条件和材料特性。菲克第二定律被广泛采用的表达原理的微分方程(48]: 在哪里是免费的氯化物含量(公斤/米³解决方案);是绑定氯化物含量(公斤/米³混凝土的);总氯含量(公斤/米³混凝土的);有效扩散系数;和是易挥发的含水量(混凝土体积的百分比)。考虑横截面桥墩的复杂性,处理适当的初步划分和网格网格通过啮合一些工具或商业有限元软件。实验数据表明,由于水泥水化和氯化物含量、氯离子扩散系数强烈依赖于具体的曝光时间49]。

4.2。钢筋腐蚀模型

腐蚀钢筋的形式启动电之间的反应和氧亚铁加速了活跃的自由氯离子的存在,一旦保护高pH值(> 12.5)是depassivated水化产品。腐蚀继续的循环电流在阴极和阳极之间,由高氯浓度影响的水平钢筋,环境温度,混凝土电阻率和水化的水泥。退化的腐蚀模型刘和Weyers [34)基于实验数据包括氯化物含量的影响,温度、混凝土保护层的阻力,和时间的水泥水化,表示为 在哪里是腐蚀电流强度 ; 是氯化物含量 ,从数值模拟结果得到的氯离子扩散;温度在钢铁表面的深度(开尔文);是覆盖混凝土的电阻(欧姆);和腐蚀时间(年)。与数值模拟得到的数据氯化物含量和其他参数假设以前,实时电流腐蚀率在每个时间步数值模拟计算的方程(19)。因此,钢筋表面腐蚀深度的计算(50] 在哪里剩余的钢筋直径(毫米)吗年,这里采用20毫米;降低钢筋直径(毫米)年;和是减少钢筋直径(毫米)期间传播时间的年。

5。氯化扩散的数值模拟包括补偿

5.1。关于赔偿ITZ属性的影响

ITZ的考虑到特征显著影响扩散氯离子在混凝土中,ITZ的关键属性在本节中,详细研究了包括ITZ的扩散系数和宽度、聚合的聚合体积分数和等级。此外,在钢筋表面氯内容也是研究关于ITZ的存在。

本文的另一个主要考虑在多尺度建模补偿的影响。一个100×100毫米的二维方格是介观核心部分的建模,和另一个100×200毫米矩形空间是宏观建模补偿部分(图14)。ITL的宽度被设定为10毫米,这意味着10%的核心部分和5%地区的补偿一部分是重叠的。另一方面,无偿的情况下,宏观补偿部分被删除和氯离子只能分散在较小的介观核心部分。

其他参数,氯离子的运输机制之间的两个部分是本文的前一节中描述。为简化情况下在本节中,学习分析明显表面的氯化物含量0.71 ( )和明显的混凝土扩散系数为1.84×10⁻¹²米²/ s采用宏观模型,基于赵退化的数据(51]。与此同时,总被认为是不透水和相应的有限元建模被忽视了。边界条件和水泥浆扩散系数的计算是通过这些结果。关于生成的随机骨料介观模型,采用富勒的曲线作为骨料级配。这两种类型的情况下与补偿,没有补偿进行了研究。

大量随机分布的总氯离子扩散的主要因素的不确定性。因此,完全,每种情况下生成100样本的总体模型和分析考虑合理准确的和可接受的时间消耗。毕竟标本进行分析,意味着这些情况下计算的结果进行进一步的比较。

5.1.1。ITZ的扩散系数

首先,ITZ的扩散系数进行了研究,这是由的比值表示D_ITZ/D_CP。在这里,D_ITZ和D_CP分别表示ITZ的扩散系数和水泥浆。就像讨论郑et al。4),D_ITZ/D_CP将在1∼5考虑不同的配置不同的w / c,总规模、水化时间、总分数理论,讨论了通过本文介绍的方法。50μm ITZ宽度的建模通过扩大聚合和钢筋的边缘。被认为是最大骨料大小在20毫米。

图15显示典型的关于不同的扩散系数在ITZ的氯化物含量分布。轮廓线观察的主要区别是略高氯含量由于存在ITZ千分尺规模的宽度。这意味着较高的扩散率与水泥浆相比,ITZ加速氯离子在混凝土的扩散。

细观数值模拟,骨料分布的主要影响因素被认为是发展氯(52]。氯含量对钢筋表面明显随不同的安排和骨料级配。因此,平均和最大的氯离子分布的随机骨料模型成为了主要的考虑因素。数据16和17总结内容和平均最大相对深度对扩散系数ITZ的50年和100年,分别。这显然是指出,氯化物含量增加ITZ的扩散系数增加。一个有趣的现象观察,补偿更大更高的氯化物含量的影响。归因于一个更大的扩散空间释放在混合模型包括薪酬部分。从数值模拟的结果,另一点应该注意的是,在边界层内宽10毫米的混凝土表面,意味着氯化和最大的内容都是封闭边界条件,这被认为是较低的集料体积分数和较小的粒度在这个地区。

5.1.2中。ITZ宽度

第二个氯离子扩散的主要因素是ITZ宽度。薄薄的一层组成的四边形元素的宽度5μ10米,μ米,20μ米,35μ50米,μ米坚持总量是建模(图的边缘18)。其他参数,ITZ的扩散系数D_ITZ/D_CP= 5。粗骨料的最大粒径是有限的D_马克斯= 20毫米。图18显示ITZ元素橙色ITZ的有限元模型在不同的宽度。

数据19和20.显示的平均和最大宽度与深度有关内容ITZ 50年和100年,分别。一个明确的结论是,厚ITZ宽度ITZ的诱导更高的体积分数和增强氯离子的扩散。

5.1.3。集料体积分数

集料体积分数确定骨料的总量在给定的空间和相应的总长度的周长也决定,这是ITZ的具体比例的关键因素。在本节中,集料体积分数在20%的情况下,30%,40%,50%,60%,70%的人通过讨论的方式介绍了。ITZ的扩散系数D_ITZ/D_CP= 5到50μm ITZ的宽度。最大总大小在20毫米和富勒采用分级。这两种类型的情况下与补偿,没有补偿进行了研究。图21显示与集料体积分数从20%提高到70%,氯化物含量和聚合的典型分布分析广场空间。

图22意思是描述内容和最大相对深度对集料体积分数在100年。根据结果,ITZ的存在提供了更大的影响总体积分数更高,从而减少了氯化物含量剖面的差异与不同的集料体积分数的情况下。

5.1.4。等级的总

年级的情况下总以最大的总大小D_马克斯= 5毫米,10毫米,15毫米,20毫米,25毫米,30毫米进行了讨论。这两种情况下有或没有ITZ都包括在内。全面采用分级。ITZ的情况,ITZ的扩散系数D_ITZ/D_CP= 5。50μm ITZ宽度的建模通过扩大聚合和钢筋的边缘。这两种类型的情况下与补偿,没有补偿进行了研究。图23显示的最大总大小5毫米到30毫米,氯化物含量和聚合的典型分布分析广场空间。图24显示内容和最大相对深度对年级总在100年。

图24总结了均值和最大氯化物含量与深度从混凝土表面。一个有趣的问题应该注意的是,较低的集料体积分数和较小的粒径在该地区封闭边界不显著的情况下最大粒径小。此外,ITZ的存在确实增强氯离子扩散尤其是最大粒径较小的情况下。

5.2。氯化物含量和钢筋的腐蚀

在本节中,氯化物含量在前面的钢筋配置之前介绍的多尺度数值模拟进行了研究。根据总体工程设计、混凝土保护层厚度和钢筋直径被设计为氯离子扩散和钢筋腐蚀的详细比较,见表1。为了比较,钢筋直径16毫米被选中的情况下在不同的覆盖厚度和50毫米保护层厚度对钢筋直径的比较。通过随机骨料生成方法,考虑合理的加载计算,100份二维样本的每个组合混凝土保护层厚度和钢筋直径建模考虑骨料随机分布。

考虑三相复合混凝土,ITZ的节点和元素建模不仅周边聚集,而且钢筋表面。也在一定程度上合理,在钢筋表面形成ITZ的光聚合的相同的机制。因此ITZ的相同的宽度和扩散系数对钢表面采用。氯化物含量对钢筋前提取边缘的新创建的节点ITZ元素的整洁的钢筋表面。

钢筋的位置连续的中心被认为是边缘。混凝土钢筋放置在底部的中心部分(图25(一)表中列出1进行了测试。术语d表示覆盖厚度和直径;D圆是指直径的钢筋。一个二维细观的核心模型的大小创建100×100毫米。为了保证补偿的影响,100×200毫米总大小的补偿模型设计作为核心模型的两倍。10毫米厚度ITL被认为是赔偿的过程。除了ITZ元素周围聚集,新元素相邻钢筋也通过扩大轮廓建模。因此,氯化物含量对钢筋表面提取ITZ的新建的节点。这两种类型的情况下与补偿,没有补偿进行了研究。ITZ的扩散系数D_ITZ/D_CP= 5。50μm ITZ宽度的建模通过扩大聚合和钢筋的边缘。在20毫米被认为是最大总大小,富勒评分。

图25(b)显示典型的氯化物含量分布在核心介观模型和补偿宏观模型在100年曝光时间的情况下钢筋放置在底部的中心。描述的轮廓清晰地声音过渡ITL附近的氯化物含量在两种情况下,证明了补偿的影响。

钢筋是网状的圆曲线为一系列节点,节点氯化物含量是得到有限元分析的结果。对所有100个样本的研究案例中,氯化物含量的平均值在每个节点钢筋在极坐标计算和绘制。图26显示的极性分布意味着氯化物含量截面钢筋的20年(固体)和100年(虚线)的曝光时间。根据补偿模型或ITZ是否考虑,氯化物含量在不同颜色绘制,传说在底部所示。分布开发的氯化物含量对中下,匹配边界条件的配置。结果表明高氯含量得到长时间的曝光。此外,观察低价值补偿的情况下。

意味着氯化物含量与封面厚度16毫米钢筋和平均氯化物含量与直径为50毫米封面图进行了总结27。一个明显的结果显示低氯化物含量在补偿情况下自实线都在相应的数据,虚线在赔偿案件将更大的扩散空间。

另一个观察是微不足道的区别的实线“ITZ”和“ITZ +补偿”(20年)。由于氯扩散没有超过核心部分的边界和补偿部分,没有清晰的差异对扩散空间“ITZ”和“ITZ +补偿,”这是主要原因。

退化的腐蚀模型刘和Weyers [34)基于实验数据包括氯化物含量的影响,温度、混凝土保护层的阻力,和时间的水泥水化,表示为 在哪里是腐蚀电流强度 ; 是氯化物含量 ,从数值模拟结果得到的氯离子扩散;温度在钢铁表面的深度(开尔文);是覆盖混凝土的电阻(欧姆);和腐蚀时间(年)。计算在下面的讨论中,腐蚀环境温度293 K。一般采用混凝土采用1500Ω电阻的价值。此外,使钢筋被忽视。与数值模拟得到的氯化物含量的数据,实时的腐蚀电流速率数值模拟计算的每个时间步。钢筋表面腐蚀深度的计算(50] 在哪里剩余的钢筋直径(毫米)吗多年来,这里采用和20毫米降低钢筋直径(毫米)年。

单一的意思是氯化物含量为每个时间步长计算的攻击氯化物含量钢筋,钢筋和平均腐蚀深度计算基于方程(19)。图(28日)(覆盖厚度)和图28 (b)(钢筋直径)显示钢筋的腐蚀过程和特征基于获得的氯化物含量分布钢筋。纵坐标在这些数字表明腐蚀钢筋直径比初始值。

获得图显示不腐蚀钢筋的情况下补偿由于对氯离子扩散更大的空间和更低的分布式氯化物含量。更明显的差异比较结果从无偿补偿模型(固体)和例(虚线)由于观察更长的曝光时间。

此外,需要注意的是,增加混凝土保护层提供轻微的对防止钢筋腐蚀的影响。较高的扩散率在ITZ秉承钢筋提供了一个等价的表达渠道扩散的氯离子在钢筋。因此,ITZ实际上平衡不同深度的表面混凝土的这些病例和微不足道的观察不同情况下不同的封面。类似的现象发现薪酬减少氯含量对钢筋表面以及其腐蚀程度。

6。结论

本文提出了一种多尺度建模的研究方法包括ITZ扩散混凝土内的氯离子。两阶段综合模型介绍了包括核心部分和补偿部分,这两个阶段是通过一个名为界面过渡层的重叠区域连接。节点和元素ITZ的有限元模型是由扩展轮廓的骨料随机生成的。情况下考虑多尺度和ITZ研究氯化获取内容概要。此外,讨论了腐蚀钢筋的直边的多尺度方法。总结了本研究的结论如下:(1)多尺度方法基于介观补偿的理论数值模拟混凝土中氯离子扩散的应用介绍了通过数值模拟的手段。提出工作显示补偿模型对氯化物含量分布的影响,为未来的大型结构耐久性分析提供了基础的优化尺寸,数量的自由度,和时间消耗。(2)关于ITZ的扩散系数和宽度、体积分数和等级的聚合,ITZ对氯分布的影响比较的工作。结果显示显著差异分布的氯化物含量的不同配置之间ITZ和补偿。(3)根据钢筋的腐蚀模型周围的氯化物含量而言,ITZ和多尺度数值模拟讨论了补偿。配置的结果与钢筋直径、混凝土保护层,曝光时间。这显然是认为考虑ITZ和薪酬显著改变氯化物含量的分布以及钢筋的腐蚀过程。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家重点研发项目(2016 yfc0701202)。本研究也支持由中国国家自然科学基金(51508053)、国家自然科学基金(51808069)和中央大学的基础研究基金(106112014 cdjzr200016),由作者大大赞赏。

引用

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