基于扩散路径映射的混凝土碳化细观模拟方法
作者:
作者单位:

1.同济大学 土木工程学院,上海 200092;2.上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司,上海 200092

作者简介:

李 越(1993—),男,博士生,主要研究方向为桥梁混凝土多尺度建模与耐久性模拟。 E-mail:yueli@tongji.edu.cn

通讯作者:

阮 欣(1977—),男,教授,博士生导师,工学博士,主要研究方向为桥梁耐久性与风险评估。 E-mail:ruanxin@tongji.edu.cn

中图分类号:

TU528

基金项目:

国家重点研发计划(2018YFB1600100);国家自然科学基金(51878495,52078367);上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司科研项目(科CK2019058A)


Mesoscopic Concrete Carbonation Simulation Method Based on Diffusion Path Dependent Mapping
Author:
Affiliation:

1.College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;2.Shanghai Urban Construction Design and Research Institute(Group) Co., Ltd., Shanghai 200125, China

Fund Project:

  • 摘要
  • |
  • 图/表
  • |
  • 访问统计
  • |
  • 参考文献
  • |
  • 相似文献
  • |
  • 引证文献
  • |
  • 资源附件
  • |
  • 文章评论
    摘要:

    对碳化作用细观求解方法进行梳理改进,利用传输和反应过程状态变化的路径依赖特点,规避了传统方法大规模矩阵求解,提出了基于扩散路径映射的碳化细观模拟方法。方法基于Dijkstra路径算法对界面层影响进行修正,建立水泥浆体扩散路径算法,得到环境表面到水泥浆体的最短路径网络;通过水泥浆体代理模型,模拟水化反应、碳化反应以及材料孔隙率变化的耦合碳化过程,得到关键指标(氢氧化钙浓度)沿扩散路径的时变分布;最终依据相同的扩散路径长度进行结果映射,实现碳化作用中关键物质浓度随时间空间分布的高效精准预测。通过材料试验对比校验,扩散路径映射方法模拟结果能够准确反应混凝土碳化深度范围;与传统偏微分求解方法对比,扩散路径映射方法能够在细观尺度精准模拟关键物质空间分布情况,且求解效率提升20倍以上,存储空间需求降低为偏微分求解的2%以内。

    Abstract:

    The solution foundation of mesoscopic carbonation is summarized and improved. According to the path dependent feature of transport and reaction, the solution of huge-size matrix in traditional methods is avoided, and a diffusion path dependence mapping (DPDM) method is proposed. Based on the Dijkstra shortest path calculation algorithm, the paths from environmental boundary to any nodes in cement mortar are calculated with the modification of the influence of the interfacial transition zone. With the agent model of cement mortar, the complex coupling process of the hydration reaction, the carbonation reaction, and the change of material properties(concentration of Ca(OH)2)can be solved. Finally, the solution results of the agent model are mapped on the mesoscopic model with the same length of diffusion path, and the temporal-spatial distribution of critical substance concentration can be accurately and efficiently predicted. The comparison and verification with material test indicate that the simulation results of diffusion path dependence mapping method can accurately simulate the carbonation depth in concrete. Compared with the traditional solution based on partial difference equation, the proposed method can precisely reflect the mesoscopic distribution of critical components, where the solution efficiency can be improved by more than 20 times, and the storage requirement can be reduced to less than 2%.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李越,阮欣,尹志逸.基于扩散路径映射的混凝土碳化细观模拟方法[J].同济大学学报(自然科学版),2023,51(1):58~66

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:
  • 下载次数:
  • HTML阅读次数:
  • 引用次数:
历史
  • 收稿日期:2021-09-02
  • 最后修改日期:
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2023-02-02
  • 出版日期:
文章二维码