微胶囊混凝土传输性能的数值模拟

《微胶囊混凝土传输性能的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号TU学校代码10590UDC624密级公开a刎KfSHENZHENUNIVERSITY硕士学位论文微胶嚢混凝土传输性能的数值模拟申请人姓名陈宇超申请人学号2120150418专业名称土木工程导师姓名及职称王险峰副教授二〇一五年五月六曰深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《微胶囊混凝土传输性能的教倌樽拟》是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。

2、本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：曰期：年午月片日学位论文使用授权说明本学位论文作者完全了解深圳大学关于收集、保存、使用学位论文的规定,即：研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属深圳大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其他机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅。本人授权深圳大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(涉密学位论文在解密后适用本授权书）论文作者签名：曰期：年年月对曰分类号TU学校代码10590UDC624密级公开深圳大学硕士学位论文

3、微胶囊混凝土传输性能的数值模拟学位申请人姓名陈宇超专业名称土木工程学院（系、所）土木工程学院指导教师姓名王险峰微胶囊混凝土传输性能的数值模拟摘要自修复混凝土是近年来针对混凝土耐久性提出的新观点，新技术。自修复混凝土可在环境的劣化过程中实现智能感应，触发修复系统的运转，对增长混凝土的使用寿命有着重大意义。而本文主要着重于微胶囊自修复混凝土在离子传输方面的研究。本文收集了大量前人对氯离子扩散的实验研究数据，利用COMSOLMulti-physics软件针对部分结果进行了数值模拟。模拟计算使用一维模型的Nernst-Planck方程，该方程一般用于描述带电

4、粒子在流体介质中的运动。计算结果表明，通过输入初始实验数据，建立的氯离子扩散模型可以得出与实验数据十分接近的计算结果。微胶囊主要分为囊壁和嚢芯，其中囊壁有化学触发型囊壁，也有物理破坏型囊壁。在模拟前，先对微胶囊囊壁的特性需求进行研究和讨论，筛选出作为模型的囊壁材料。最后决定模拟的是化学触发型囊壁，并以氯离子作为触发剂。为了更好的模拟微胶囊混凝土的修复触发机理，本文在计算Nernst-Planck方程时，考虑了化学反应过程对各离子浓度的影响。本文采用的化学囊壁为PbSO4和载银海藻酸化合物，载银海藻酸是一种高分子化合物，在化学反应机理方面比较复杂，因此

5、主要是作为一种理论化合物的形式进行研讨。本文假设微胶囊以弥散化的形式均匀分布在一维混凝土模型中，并假设混凝土模型的孔隙溶液处于水饱和状态。通过耦合求解Nernst-Planck方程和化学反应，计算氯离子与囊壁材料反应的浓度变化，对比纯扩散模型，确保氯离子在触发微胶囊破损的过程中有一定的消耗。同时计算出囊壁材料的浓度变化，得到囊壁材料是随着氯离子的扩散深入而逐渐反应消耗。在上述模型中增加考虑嚢芯的作用，本文探究的微胶囊嚢芯分为两种类型：物理修复型微胶囊和化学修复型微胶囊。采用的物理修复型嚢芯主要是环氧树脂，该嚢芯在离子传输的修复效果上主要体现在对孔隙的

6、填补和粘合，从而降低氯离子在混凝土中的扩散速度，延缓氯离子的渗透。采用的化学修复型嚢芯则是亚硝酸钙阻锈剂，亚硝酸钙的修复效果主要体现在抑制氯离子对钢筋的锈蚀作用。通过计算钢筋表面OH-浓度变化，可算得PH值变化。通过计算钢筋表面的Cl-/OH-I微胶囊混凝土传输性能的数值模拟比值，可得到该嚢芯对混凝土钢筋的缓蚀效果。通过上述的计算和对比，分析影响修复功能的各种因素，得出优化修复效果的囊壁嚢芯组合。本数值结果基于理论计算模型，在自修复微胶囊设计中起到一定指导作用，而其实际的微胶囊修复效果还尚需进一步实验。关键词：Nernst-Planck方程；化学触发

7、；微胶囊囊壁；微胶囊嚢芯IINumericalsimulationofmicrocapsuleconcretetransmissionperformanceABSTRACTInrecentyears,anewideaandtechnologyofself-healingconcretehasbeenproposedforobtaininggooddurabilityofconcrete.Self-healingconcretecanbeachievedbasedonintelligentsensors,operationofthetriggeroft

8、heselfhealingsystemduringdeteriorationduetoaggressivee