[发明专利]预应力混凝土氯离子扩散系数多尺度预测模型的构建方法

权利要求书

1.一种预应力混凝土氯离子扩散系数多尺度预测模型的构建方法，其特征在于将混凝土视为由不同尺度材料构成的水泥基复合材料，从小尺度的硬化水泥浆体开始，逐步过渡到大尺度的混凝土，依次建立起不同尺度水泥基材料的氯离子扩散系数预测模型，然后考虑预应力混凝土内部预应力对其氯离子扩散的影响，最终建立预应力混凝土的氯离子扩散系数多尺度预测模型；该法包括以下步骤：

1建立水泥净浆氯离子扩散系数预测模型；

2建立新砂浆氯离子扩散系数预测模型；

3建立普通混凝土氯离子扩散系数多尺度预测模型；

4建立预应力混凝土的氯离子扩散系数预测模型；

步骤1按以下操作进行：

结合广义自洽法和Moil-Tanaka法，建立硬化水泥净浆氯离子扩散系数预测模型为：

式(1)中，φ，的表达式为：

式(2)中，D_hCSH为水泥中高密度C-S-H凝胶层的扩散系数；D_lCSH为水泥中低密度C-S-H凝胶层的扩散系数；V_α为硬化水泥浆体中高密度C-S-H凝胶层占总水泥体积的体积分数；V_β为硬化水泥浆体中未水化水泥颗粒与高密度C-S-H凝胶层的体积分数之和；

根据基体-夹杂模型有D_hCSH的表达式为：

其中：

式(3)～(5)中，为通过试验和数值计算得到的氯离子在高密度C-S-H凝胶层中的扩散系数；V_hCSH分别是CH、AF、高密度的C-S-H凝胶层基体在高密度C-S-H凝胶层中的体积分数；α_h、β_h为中间变量；

根据多相材料夹杂的Mori-Tanaka法有D_lCSH的表达式为：

其中：

ζ＝V_cap(D_cap-D′_lCSH) (11)

式(6)～(11)中D′_lCSH为水泥水化产物和低密度C-S-H凝胶层基体均匀夹杂后的等效介质层的有效扩散系数；为通过试验和数值计算得到的氯离子在低密度C-S-H凝胶层中的扩散系数；V_cap、V_lCSH分别是CH、AF、毛细孔、低密度的C-S-H凝胶层基体在低密度C-S-H凝胶层中的体积分数；D_cap为毛细孔的有效扩散系数；α_l、β_l、ξ、ζ为中间变量；

硬化水泥浆体各种水化产物的体积分数分别为V_CH、V_AF、V_CSH、未水化的水泥颗粒的体积分数为V_U，毛细孔的体积分数为V_cap，则有：

V_CH+V_AF+V_lCSH+V_hCSH+V_U+V_cap＝1 (12)

且有：

式(2)中V_α、V_β的表达式分别为：

综合式(1)～(15)，得到以各体积参数为变量的水泥净浆氯离子扩散系数预测模型为：

式(16)中，假定饱和水泥浆体的质量为1g，根据普通硅酸盐水泥化学反应方程式，得到净浆中各体积分数的预测模型为：

式(17)～(22)中，n—水泥浆体的初始水灰比；t—龄期；ρ_c、ρ_lCSH、ρ_hCSH—水泥的密度、低密度C-S-H凝胶的密度、高密度C-S-H凝胶的密度；p₁、p₂、p₃、p₄—C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF在水泥熟料中的质量分数。