开裂混凝土中水分传输过程的细观模型.pdf

第 1 7 卷第 6 期 2 0 1 4年 1 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S Vo1 1 7。 NO 6 De c ， 2 01 4 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 9 7 2 0 7 开裂混凝土 中水分传输 过程的细观模型 王 立 成 ， 鲍 玖 文 ( 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室 ， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 ) 摘 要 ：将 混凝 土看作 由粗 骨料 、 硬化 水 泥砂 浆 及二 者界 面过 渡 区组成 的三相 复 合材 料 ， 提 出了适 用 于水分传输分析的混凝土细观格构网络模型 根据非饱和流体理论和基 于平行板模型的单条裂缝 水流 立方 定律 ， 建立 了开裂混 凝土 裂 缝 处 水 分传 输 系数 的 计 算模 型 ， 并对 开 裂 混 凝 土 裂缝 处 相 对 含水量进行数值分析 与 已有的试验结果对比表 明， 所 建立的水分传输 系数计算模型能够较 准确 地预 测开 裂混凝 土裂缝 处的相 对含 水量 ， 从 而能 够较 准确地 模拟 水分 在 开裂 混凝土 中的传 输过 程 关键 词 ： 混 凝土 ； 水 分传 输 ；裂缝 ；细观 ； 毛 细吸 水 中 图分类 号 ： TU5 2 8 0 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 4 0 6 0 0 6 M e s o s c a l e M o d e l f o r W a t e r Tr a n s p o r t i n Cr a c k e d Co nc r e t e W ANG Li c he n g ， ( St a t e Ke y La b o r a t o r y o f Co a s t a l a nd Of f s ho r e Eng i n e e r i n g， BA0 J i u we n Da l i a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Da l i a n 1 1 6 0 2 4 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：M e s os c a l e 1 a t t i c e ne t wo r k mod e l ，i n whi c h c on c r e t e wa s t r e a t e d a s a t h r e e ph as e c o m p o s i t e ma t e r i a l c o n s i s t i n g o f c o a r s e a g g r e g a t e ，h a r d e n e d c e me n t mo r t a r a n d i n t e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o n e ( I TZ)b e t we e n t he a gg r e g a t e a n d t he mor t a r ma t r i x，wa s de v e l o p e d t o a n a l yz e wa t e r t r a ns po r t pr o c e s s i n c o nc r e t e Ba s e d o n t he u ns a t u r a t e d f l o w t he or y a nd t h e c ub i c l a w o f wa t e r t r a ns po r t i n a s i n gl e c r a c k，t he m o de l o f wa t e r t r a ns p o r t c o e f f i c i e n t i n c r a c ks w a s b ui l t u p t o nume r i c a l l y s i m ul a t e t h e r e l a t i v e wa t e r c on t e n t di s t r i b ut i on i n c r a c ke d c o nc r e t e By c o mpa r i s o n wi t h e xp e r i me n t a l r e s u l t s i t i s s ho wn t ha t t h e mo de l p r o p os e d i s f e a s i b l e t o p r e d i c t t h e r e l a t i v e wa t e r c on t e n t o f c on c r e t e a nd t h e m e s o s c a l e m o d e l i n g on wa t e r t r a ns po r t i n c r a c ke d c o nc r e t e i S a c c ur a t e Ke y wo r d s ：c o nc r e t e；wa t e r t r a ns p or t ；c r a c k；me s os c a l e；c a p i l l a r y a bs o r p t i o n 对 于 多孔建 筑材 料 ， 如砂 浆或混 凝 土 ， 水 的 侵入 是 造成 材 料 性 能 退 化 及 结 构 耐 久 性 失 效 的 重 要 因 素 一 方面 ， 由于材料 自身 的孔 隙结 构 或者各 种 因 素 ( i n 混凝土的收缩、 冻融循环、 外部荷载等) 产生的微 裂缝为水的侵入提供传输通道 ， 以及水分与水 泥浆 体 的物理 化 学 作 用 ， 造 成 材 料 性 能 的退 化 ； 另 一 方 面 ， 水 也是 造成 钢 筋 锈蚀 侵 蚀 性 介 质 ( 如 氯 离 子 ) 进 入混 凝土 内部 的重 要载 体I 】 混 凝 土 中裂缝 及 微 裂 缝的存在 ， 相当于增加了混凝土的孑 L 隙率 ， 加快 了水 分的传输速率及钢筋锈蚀的速度 因此 ， 研究水分在 开裂混 凝 土 中的传 输 过 程 具 有 重要 意 义 ， 是 开 展 氯 离子 等 侵 蚀 性 介 质 在 开 裂 混 凝 土 中 渗 透 分 析 的 基础 根据混凝土孔隙结构中含水状态 ， 可将混凝土 分为饱 和 混凝 土和 非饱 和混凝 土 在饱 和混 凝 土 中 ， 由于孔 隙结构 中毛 细作 用 力 的消 失 ， 水 分 的 传输 主 要 由孔 隙 内部 的压 力 梯 度或 重 力 作 用 牵 引 在 非饱 和开裂混凝土中， 水分的传输机理相对复杂 ， 目前人 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 6 1 3 ；修订 日期 ： 2 0 1 3 0 9 2 7 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 3 7 8 0 9 0 ) ； 水文水资源与水利工程科 学国家重 点实验室开放研究基金资助项 目( 2 O 1 3 4 9 1 7 1 1 ) ； 中 央高校基本科研业务费专项 资金资助项 目( DUT1 4 L K2 3 ) 第一作者 ： 王立成( 1 9 7 5 一) ， 男 ， 山东安丘人， 大连理 工大学副教授 ， 博 士生导师 ， 博士 主要从事混 凝土强 度理论 和钢 筋混凝 土耐久性研 究 E ma i l ： wa n g I i c h e n g 2 0 0 0 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 刘 燕 ， 等 ： 缺 陷混凝土抗氯 离子渗透性能试验研究 9 8 3 ( 上接第 9 7 7页 ) 5 B OUL F I Z A MP r e d i c t i o n o f c h l o r i d e i o n s in g r e s s i n u n c r a c k e d a n d c r a c k e d c o n c r e t e J A CI Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 0 3， 1 O 0 ( 1 )： 3 8 48 6 WANG L C， UE D A T Me s o s c a l e mo d e l i n g o f t h e c h l o r i d e d i f f u s i o n i n c r a c k s a n d c r a c k e d c o n c r e t e J J o u r n a l o f Ad v a n c e d Co n c r e t e Te c h n o l o g y， 2 01 l ， 9( 3) ： 2 41 2 4 9 7 I s MAI L M， TO UMI A A， F RANC OI S R， e t a 1 Ef f e c t o f c r a c k o pe n i n g on t he 1 o c a l d i f f u s i o n o f c h l o r ide i n i n e r t ma t e r i a l s E J C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 4 ) ： 7 1 1 - 7 1 6 8 AL D E A c M， S HAH S P， KARR A Ef f e c t o f c r a c k i n g o n wa t e r a n d c h l o r i d e p e r me a b il i t y o f c o n c r e t e J J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n Ci v i l En g i n e e r ing， 1 9 9 9， 1 1 ( 3 )： 1 8 1 1 87 9 R0D RI GuE Z 0 G， HO OTON R D I n f l u e n c e o f c r a c k s o n c h l o r i d e i n g r e s s i n t o e o n e r e t e E J ACI Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 0 3， 1 0 0( 2)： 1 2 O 一 1 2 6 1 O WANG K， J ANs EN D C， S HAH S P P e r me a b i l i t y s t u d y o f c r a c k e d c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 3 )： 3 8卜3 9 3 1 1 RE I NHAR DT H W ， J OOs s M P e r me a b i l i t y a n d s e l f - h e a l i n g o f c r a c ke d c o n c r e t e a s a f u n c t i o n o f t e mpe r a t ur e a n d c r a c k wi d t h J Ce me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 3 。3 3( 7) ： 9 8 1 9 8 5 1 2 3 Z HAN G P， WI TTMANN F H， Z HAO T J ， e t a 1 Ne u t r o n i m a g i n g o f wa t e r p e n e t r a t i o n i n t o c r a c k e d s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e J P h y s i c a B： C o n d e n s e d Ma t t e r ， 2 0 1 0 ， 4 0 5( 7 ) ： 1 8 6 6 1 8 7 1 1 3 B OL AND E R J E， S AI TO S F r a c t u r e a n a l y s e s u s i n g s p r i n g n e t wo r k s wi t h r a n d o m g e o me t r y J E n g i n e e r i n g F r a c t u r e M e c h a n i c s， 1 9 9 8， 6 1 ( 5 )： 56 9 5 9 1 1 4 NAKAMuRA H， S RI S O ROS W ， Y AS HI R O R， e t a 1 Ti me d e p e n d e n t s t r uc t u r a 1 a na l y s i s c o n s i d e r i ng ma s s t r a n s f e r t o e v a l u a t e d e t e r i o r a t i o n p r o c e s s o f R C s t r u c t u r e s J J o u r n a l o f Ad v a n c e d Co n c r e t e Te c h n ol o g y， 2 0 06， 4( 1 )： 1 47 1 5 8 1 5 HALL C Wa t e r s o r p t i v i t y o f mo r t a r s a n d c o n c r e t e s ： A r e v i e w 口 Ma g a z i n e o f C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 8 9 ， 4 1 ( 1 4 7 ) ： 5 1 6 1 1 6 3 周志芳 裂 隙介质水动力学原理 M 北京 ： 高等 教育出版社 ， 2 0 07 ： 3 2 - 3 7 Z H 0U Zh i f a n g The o r y on d y na mi c s o f f l u i d i n f r a c t u r e d m e d i u m M B e ij i n g ： Hi g h e r E d u c a t i o n P r e s s ， 2 0 0 7 ： 3 2 3 7 ( i n Ch i n e s e ) 1 7 ME S C HKE G， GR As B ER GE R S Nu me r i c a l mo d e l i n g o f C O U p l e d h y g r o m e c h a n i c a l d e g r a d a t i o n o f c e m e n t i t i o u s ma t e r i a l s J J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s ，2 0 0 3 ，1 2 9( 4) ： 3 8 3 3 9 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m