本發(fā)明屬于混凝土，尤其涉及一種混凝土氯離子擴散系數(shù)模型的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，港口建筑物建造速度加快，同時作為濱海建筑物最主要的材料-混凝土，其耐久性問題逐漸突出。為保證大體積混凝土建造期不產(chǎn)生裂縫，常用做法為增加骨料粒徑，降低膠凝材料用量，因此，混凝土所用骨料也從二級配發(fā)展到三級配甚至四級配，隨著混凝土骨料級配增加，骨料粒徑隨之增加，二級配混凝土骨料最大粒徑達到40mm、三級配混凝土骨料最大粒徑達到80mm、四級配混凝土骨料最大粒徑達到120mm，隨著骨料粒徑的增加，一些測試方法不在適應(yīng)，原因在于，成型試件時，要求混凝土拌合物骨料最大粒徑不應(yīng)超過試模最小邊長的1/3，常用做法為采用濕篩法，經(jīng)大粒徑骨料去除，然后測試其相關(guān)性能，這一點在《水工混凝土試驗規(guī)程》(dl/t?5150-2017)規(guī)范中有所提及。

2、雖規(guī)范中提及可采用濕篩二級配混凝土制備全級配混凝土氯離子擴散系數(shù)試件，但濕篩二級配為將全級配混凝土中大粒徑骨料篩出，只留小粒徑骨料，該做法改變了混凝土中漿骨比例，使得所成型試件的漿體相比于全級配混凝土漿體增多，界面過渡區(qū)(itz)減少，這一做法嚴重影響了混凝土氯離子擴散系數(shù)，所測出氯離子擴散系數(shù)小于全級配混凝土的氯離子擴散系數(shù)。

3、現(xiàn)有快速氯離子遷移測定方法的rcm法和電通量法均要求骨料粒徑不應(yīng)大于25mm，因此，若采用這兩種方法測試全級配混凝土氯離子擴散系數(shù)，只能使用濕篩二級配混凝土，這一做法所測出的氯離子擴散系數(shù)偏大，往往工程為達到設(shè)計指標，需增加水泥或者摻合料用量，這與全級配混凝土設(shè)計初衷相背，對于解決濕篩二級配帶來的弊端，現(xiàn)有也有通過建模的方式來獲取三級配等配合比混凝土的氯離子擴散系數(shù)，然而現(xiàn)有模型都未考慮大骨料影響，因此精準、快速建立大粒徑骨料混凝土的氯離子擴散系數(shù)模型是目前工程技術(shù)人員所面臨的主要難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土氯離子擴散系數(shù)模型的構(gòu)建方法，考慮大骨料分布的影響，能更準確地模擬混凝土侵蝕，為大粒徑骨料混凝土工程的耐久性提供了可靠的技術(shù)支撐。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種混凝土氯離子擴散系數(shù)模型的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

4、s1、獲取混凝土的配合比，獲取由配合比制成的混凝土砂漿的氯離子擴散系數(shù)；

5、s2、基于配合比，利用有限元軟件構(gòu)建混凝土的二維三相幾何模型；

6、s3、基于構(gòu)建的二維三相幾何模型，建立氯離子擴散系數(shù)模型，具體步驟如下：

7、s31、確定創(chuàng)建仿真環(huán)境；

8、s32、在仿真環(huán)境中導(dǎo)入二維三相幾何模型，建立二維三相幾何模型的三相域，包括：骨料、界面過渡區(qū)和砂漿，并構(gòu)建成為聯(lián)合體，利用布爾算法扣除掉骨料部分；

9、s33、基于獲取的混凝土砂漿的氯離子擴散系數(shù)，設(shè)定模型建立中需要定義的基礎(chǔ)參數(shù)，基礎(chǔ)參數(shù)包括混凝土中的初始氯離子濃度、砂漿的初始氯離子擴散系數(shù)、界面過渡區(qū)的初始氯離子擴散系數(shù)、砂漿氯離子擴散系數(shù)隨齡期的衰減系數(shù)；

10、s34、設(shè)置砂漿擴散系數(shù)時變模型和混凝土表面氯離子濃度時變模型；

11、s35、對二維三相幾何模型的零通量邊界和氯離子流入邊界進行設(shè)置，零通量邊界為不允許氯離子透過或浸入的邊界，氯離子流入邊界為允許氯離子透過或浸入的邊界；

12、s36、設(shè)定二維三相幾何模型中各個組成相的傳遞屬性；

13、s37、采用超細化網(wǎng)格進行網(wǎng)格劃分，完成氯離子擴散系數(shù)模型的建立過程。

14、進一步地，基于配合比，利用有限元軟件構(gòu)建混凝土的二維三相幾何模型的步驟包括：

15、s21、基于配合比，確定二維三相幾何模型的模型區(qū)域，設(shè)定不同粒徑的多邊形骨料的幾何形狀，并利用walraven公式得到的不同粒徑的多邊形骨料的面積分數(shù)，將得到的面積分數(shù)作為目標面積分數(shù)；

16、s22、在模型區(qū)域內(nèi)隨機投放多邊形骨料，判斷投放的多邊形骨料與模型區(qū)域內(nèi)已有的多邊形骨料之間是否有重疊；

17、s23、若是，則刪除新投放的多邊形骨料，并重新在模型區(qū)域內(nèi)隨機投放多邊形骨料；

18、s24、在多邊形骨料骨料的周圍生成與多邊形骨料骨料的外形對應(yīng)的薄膜來模擬多邊形骨料骨料與基體之間的界面過渡區(qū)；

19、s25、重復(fù)步驟22至步驟s24，直至模型區(qū)域內(nèi)不同粒徑多的邊形骨料的面積分數(shù)都達到目標面積分數(shù)，完成混凝土的二維三相幾何模型的構(gòu)建。

20、進一步地，利用walraven公式得到的不同粒徑的多邊形骨料的面積分數(shù)的步驟中，具體公式為：

21、

22、式中，pc為二維截面上任意一點具有骨料直徑d<d0的內(nèi)截圓出現(xiàn)的概率，pk為粗骨料占混凝土總體積的百分比，d0為篩孔直徑，dmax為最大骨料粒徑。

23、進一步地，在多邊形骨料骨料的周圍生成與多邊形骨料骨料的外形對應(yīng)的薄膜來模擬多邊形骨料骨料與基體之間的界面過渡區(qū)的步驟包括：

24、s241、設(shè)定界面過渡區(qū)的厚度，計算界面過渡區(qū)各頂點坐標，具體計算公式為：

25、(x′itz，y′itz)＝(x′i+titzcos(θi)，y′i+titzcos(θi))????(2)；

26、式中，(x′itz，y′itz)為界面過渡區(qū)的第i個頂點的坐標，(xi，yi)表示多邊形骨料的第i個頂點的坐標，titz是界面過渡區(qū)的厚度，θi是多邊形骨料第i個頂點相對于多邊形骨料中心的極角；

27、s242、將界面過渡區(qū)各頂點連接。

28、進一步地，設(shè)定界面過渡區(qū)的厚度的步驟包括：

29、s2411、獲取由配合比制成的混凝土板的氯離子擴散系數(shù)；

30、s2412、在預(yù)設(shè)厚度范圍內(nèi)隨機選擇一個厚度作為目標厚度；

31、s2413、將界面過渡區(qū)的厚度設(shè)定為目標厚度，并在界面過渡區(qū)的厚度為目標厚度的條件下，構(gòu)建二維三相幾何模型，基于構(gòu)建的二維三相幾何模型，建立氯離子擴散系數(shù)模型；

32、s2414、通過建立的氯離子擴散系數(shù)模型進行數(shù)值模擬，得到混凝土的氯離子擴散系數(shù)；

33、s2415、判斷模擬得到的混凝土的氯離子擴散系數(shù)與混凝土板的氯離子擴散系數(shù)的誤差是否在預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，若否，則執(zhí)行步驟s2416至步驟s2417，若是，則執(zhí)行步驟s2418；

34、s2416、判斷模擬得到的混凝土的氯離子擴散系數(shù)是否大于混凝土板的氯離子擴散系數(shù)，若大于，則將目標厚度減少，得到新的目標厚度，若小于，則將目標厚度增加，得到新的目標厚度；

35、s2417、重復(fù)步驟s2413至步驟s2415；

36、s2418、將界面過渡區(qū)的厚度設(shè)定為目標厚度。

37、進一步地，獲取由配合比制成的混凝土板的氯離子擴散系數(shù)的步驟包括：

38、根據(jù)混凝土配合比制備混凝土板；

39、在混凝土板上取樣多組混凝土試塊；

40、采用rcm或自然浸泡磨粉法獲取各組混凝土試塊的氯離子擴散系數(shù)；

41、計算多個混凝土試塊的氯離子擴散系數(shù)的平均值，以計算得到平均值作為混凝土板的氯離子擴散系數(shù)。

42、進一步地，設(shè)置砂漿擴散系數(shù)時變模型和混凝土表面氯離子濃度時變模型的步驟中，砂漿擴散系數(shù)時變模型如下：

43、d＝d0f(m)??(3)；

44、

45、式中，d為不同侵蝕時間下砂漿的氯離子擴散系數(shù)，m為砂漿氯離子擴散系數(shù)隨齡期的衰減系數(shù)，t為侵蝕時間，t28為混凝土養(yǎng)護齡期。

46、進一步地，設(shè)置砂漿擴散系數(shù)時變模型和混凝土表面氯離子濃度時變模型的步驟中，混凝土表面氯離子濃度時變模型如下：

47、c＝0.36lnt-0.57??(5)；

48、式中，c為混凝土表面氯離子濃度，t為侵蝕時間。

49、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：基于配合比建立混凝土的二維三相幾何模型，充分考慮了大骨料影響系數(shù)，提升了大骨料混凝土抗氯離子設(shè)計值的準確性，通過建立的氯離子擴散系數(shù)模型能夠得到較為準確的氯離子擴散系數(shù)，為大骨料混凝土耐久性設(shè)計提供了技術(shù)支撐，保障了工程品質(zhì)，彌補了現(xiàn)有測試方法在大骨料混凝土氯離子擴散系數(shù)測定中的不足，方法簡單可行，數(shù)據(jù)準確。