骨料形状对混凝土水渗透性影响的初步研究

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1、第48卷第1期甘肃水利水电技术Vo1．48，No．12012年1月GANSUWATERRESOURCESANDH啊)l【0P0WI阻T1陇舶0I．0GYJan．，2012·设计与研究·骨料形状对混凝土水渗透性影响的初步研究r胡浩，郑建军，周欣竹(浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州310014)摘要：基于流体力学的基本方程，取一元胞单元，通过人工压缩算法求解流体速度场和压力场，提出了混凝土水渗透系数预测的数值方法。数值结果表明：正方形、正八边形和圆形骨料混凝土。相对水渗透系数均随着面积百分数的增大而减小。当骨料面积百分数

2、小于4o％时，圆形骨料的相对水渗透系数最大；而当骨料面积百分数大于4O％时，正方形骨料的相对水渗透系数反而大于圆形骨料的相对水渗透系数。对于椭圆形骨料混凝土，对于给定的骨料面积百分数，当夹角为0o时，相对水渗透系数随着长细比的增大而增大，但是当夹角为90o时，相对水渗透系数反而随着长细比的增大而减小。关键词：混凝土；水渗透系数；骨料形状；人工压缩算法中图分类号：TU528．O1文献标志码：A文章编号：2095—0144(2012)Ol一0024—031前言火山灰反应和不同水化程度对水渗透性的影响[8]。混凝土是一种多孔

3、介质材料，水可以通过混凝从上面的文献综述可以看出，骨料形状对混凝土内部的连通孔隙和裂缝以渗透、扩散或层流的形土水渗透性的影响研究还不充分，因此，本文基于流式传输，混凝土水渗透系数是衡量混凝土结构耐久体力学问题求解的数值计算方法在此方面作一些初性的关键参数，为此。国内外学者在实验研究和理论步的探索。分析方面均做了大量工作。在实验方面，Cristiana等人2基本方法的试验结果表明，粗骨料混凝土比细骨料混凝土具2．1控制方程有更强的真空吸水能力和更高的气渗透性。增加粗在笛卡尔坐标系下，二维不可压缩黏性流动的骨料导致毛细孔增

4、多和孔隙连通性增强[1]。Basheer纳维尔一斯托克斯方程组[9]为：等人的研究显示，当粗骨料尺寸较大、含量较高时，Ot()，，+=口V(1a)混凝土气密性较差，细骨料含量越高，混凝土内部孔P隙路径曲折性增大。混凝土气密性越好[2]。在理论预·u=O(1b)测方面，Nokken等人和Neithalath等人基于Katz—这里，、p49和t分别为流体速度矢量、压力、密Thompson渗透理论建立了混凝土水渗透系数与临界度和时间。引入特征长度、特征速度和流体动力孔径和总空隙率之间的定量关系[3I4]，但Tumidajsk

5、i黏度系数，将上述各物理量进行无量纲化：等人却认为用Katz—Thompson渗透理论来描述混=，p，=(2)凝土有其局限性，预测结果有时比试验结果高出两个数量级C5]。Cui等人基于一般有效介质理论，把水这里，e为雷诺数。将式(2)代入式(1a)和(1b)泥石看成两相复合材料。提出了普通水泥石水渗透有：系数的预测方法，合理地考虑了凝胶孔和毛细孔在争)ReV(3a)水渗透过程中所起的不同作用[6]。周欣竹等人对有V·=0(3b)效介质理论进行了修正，提出了硬化水泥石水渗透对于二维不可压缩黏性流体的定常问题．上述系数的解

6、析解，与试验结果良好吻合[7】。Song等人应方程简化为：用一般有效介质理论和混凝土微观结构模型，提出了硅粉混凝土水渗透系数的解析解，考虑了硅粉的(·V)+=÷V(4a)收稿日期：2012—01—06基金项目：国家自然科学基金项目(50878196)作者简介：胡浩(1987一)，男，浙江金华人，硕士研究生，研究方向：混凝土材料耐久性。·24·第1期胡浩，等：骨料形状对混凝土水渗透性影响的初步研究第48卷V·=O(4b)左右两边的压力差p：一-，由达西定律可求得混凝与方程(3a)和(3b)相对应的初始条件和边界条土水渗透

7、系数k：件为：JI}=p、一p=Vo，l=。(5)J厂=，(6)这里，厂为所考虑问题的边界。2．2数值方法水在混凝土孔隙和裂缝中传输非常缓慢，经过一段时间后成为定常流动。ChorinE0]提出了人工压缩算法，在定常不可压缩黏性流体方程中添加一项压力的时间导数项，将不可压缩流场随时间的变化图1元胞单元阶段当成可压缩流处理[们，这样，方程(3a)和(3b)转化为：3计算结果和分析先考虑正方形、正八边形和圆形3种骨料。其面雾+(+=1(7a)积百分数从1O％变化到60％，计算结果如图2所示。可以看出，无论是那一种骨料，混凝土

8、相对水渗透系+cv．=0(7b)数均随着骨料面积百分数的增大而减小．这是因为当~->oo时。该方法能保证压力对时间的导数项骨料面积越大，元胞单元左右两端的压力差也越大。等于零，这样就能满足流体的连续性方程，非定常可当骨料面积百分数在10％一40％之间时．相对水渗透压缩黏性流动逼近定常不可压缩黏性流动。系数迅速下降，而且对于给定的骨