基于扩散路径映射的混凝土碳化细观模拟方法

作     者：李越 阮欣 尹志逸 LI Yue;RUAN Xin;YIN Zhiyi

作者机构：同济大学土木工程学院上海200092 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200092 

出 版 物：《同济大学学报（自然科学版）》 (Journal of Tongji University:Natural Science)

年 卷 期：2023年第51卷第1期

页      面：58-66页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

基　　金：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) 

主　　题：混凝土 碳化作用 细观数值模拟 扩散路径映射 

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。