基于Lattice-Boltzmann方法的水泥基材料溶液传输过程模拟

李东遥, 单钰涵, 韩宇栋, 丁小平, 侯东伟,3

(1.上海交通大学 土木工程系, 上海 200240; 2.中冶建筑研究总院有限公司, 北京 100088;3.上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室, 上海 200240)

混凝土结构通常处于气、水、土及其耦合的服役环境中.外界的侵蚀性介质,通过扩散、对流、渗透等输运机制到达材料内部,引发溶蚀、化学腐蚀及电化学作用等物理、化学过程,最终导致材料损伤、破坏,这是引发混凝土材料与结构耐久性问题的主要原因[1-2].在海洋环境中,氯离子侵入钢筋表面,与钢筋钝化膜结合并扩散,使钢筋脱钝[3].脱钝后的钢筋在氧气和水的作用下发生电化学腐蚀,进而引起钢筋锈蚀和结构胀裂.钢筋混凝土结构的寿命一般以氯离子到达钢筋表面并达到临界浓度为判据,因此氯离子随海水在混凝土中的传输过程决定了钢筋混凝土结构的耐久性能.海水在混凝土中的传输,通常采用水分传输系数或氯离子扩散系数来统一描述[4-6].

混凝土中,水蒸气和液态水的传输方式不同.水蒸气在浓度梯度的作用下向混凝土内部扩散,而液态水则在压力梯度下发生渗透[7].对于理想状态下单次干燥或湿润过程,可通过水分扩散方程予以描述[8-11];对于氯离子传输过程,传统方法是使用考虑其与孔隙表面的结合效应建立的改进扩散方程[12]描述.但水分迁移系数和氯离子扩散系数都只是一个唯象的综合性参数,并不能反映其微观作用机理;且现有研究还……