文档介绍：基于COMSOL模拟开裂混凝土中的***离子扩散行为
摘 要:建立开裂混凝土中的***离子扩散模型,运用COMSOL软件进行裂缝模拟,同时将模拟结果与开裂混凝土试验值比较,证明了文章开裂混凝土***离子扩散模型的正确性。研究发现:当裂缝chloride ion
引言
COMSOL Multiphysics是一款有限元仿真軟件,源于MATLAB中的FEMLAB,2003年更名为COMSOL Multiphysics(以下简称COMSOL)。COMSOL提供了一个有限元仿真模拟平台,对于多物理场耦合问题,可进行数值分析,同时还提供了开放式平台,允许使用者自定义模型控制方程和相关参数。此外,软件可以自行进行网格划分与求解,省去了大量的编写相关求解程序的时间,这点优于同类软件。
本文采用COMSOL软件中的稀物质传递模块建立了裂缝模型,研究了裂缝混凝土内***离子扩散规律的研究,证明了COMSOL有限元软件在***离子侵蚀研究方面的适用性。
1 裂缝处***离子传输模型
文献[1]提出裂缝的阈值范围,该文献给出了裂缝中***离子扩散系数:
根据文献[1-3]可知D0=×10-9m2/s,Dm=×10-11m2/s;w为水灰比。本文所使用的COMSOL软件考虑了混凝土的对流效应,结合反应等过程。计算时,在给定的时间步内,某一位置的总***浓度是自由***化物和结合***化物的总和。
2 裂缝中***离子的扩散模拟
为研究裂缝中***离子的扩散规律,本文采用文献[5]中3种裂缝进行模拟,它们的尺寸及拟合的扩散系数见表1。COMSOL数值模型计算区域取100mm×100mm,采用自由三角形网格,,其余网格为1mm,顶部***%,其余边界为无通量,混凝土内部***离子初始浓度C0=0,设置时间为30d,步长1d,计算结果如图1:
从图1可以看出,当裂缝宽度小于下阈值时,***离子扩散与完好混凝土中无异,当裂缝宽度大于下阈值后,随着裂缝宽度的增加,裂缝处的***离子侵蚀深度较大,同一深度的***浓度相对更大。由此可见,裂缝对***离子扩散的影响是显著的。
图2显示出***离子在开裂混凝土的扩散速率是逐渐减小的,距离扩散表面较近处的浓度增长速率较大,反之较小。此外,COMSOL模拟曲线与实验值的拟合较好,两者之间存在的误差一是由于实验值的离散性,二是由于实验测定时所采用的钻芯取样法所取的芯样是一个范围,根据扩散曲线的非线性可知,靠近外部的浓度比内部更大,以芯样平均值代替圆心处的浓度是稍微偏大的,所以COMSOL模拟曲线与真实***离子扩散规律是相吻合的。因此, COMSOL模拟开裂混凝土中***离子的扩散是准确合理的。
3 结束语
(1)COMSOL软件在***离子扩散方面适用性较好。
(2)本文开裂混凝土中***离子扩散模型与实际情况相符,可应用于工程实践。
(3)当裂缝宽度小于下阈值时,裂缝尺寸对***离子扩散无影响,当裂缝宽度大于下阈值后,随着裂缝宽度的增加,裂缝处的***离子侵蚀深度较大,同一深度的***浓度相对更大。
参考文献:
[1]张红光,王曙光,刘伟庆,***离子扩散机理及数值模拟研究[J].混凝土,2014(9):19-25.
[2]Ben