[發明專利]一種確定氯鹽侵蝕下混凝土結構耐久性控制區的方法

有效

• 申請號: 201210435197.2
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102937566A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 楊綠峰;陳正;周明;洪斌;余波;蔣瓊明
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01N33/38
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務所有限責任公司 45104
• 代理人: 黃永校

一、技術領域

本發明涉及海洋、化冰鹽等氯鹽侵蝕環境下混凝土結構耐久性分析技術領域，具體是一種確定氯鹽侵蝕下混凝土結構耐久性控制區的方法。

二、背景技術

暴露于氯鹽環境中的混凝土結構由于氯離子的侵蝕而發生耐久性破壞，大大影響了建筑物的使用壽命。準確獲得混凝土中氯離子的擴散和濃度分布規律是分析和評估氯鹽侵蝕下混凝土結構耐久性和服役壽命的關鍵。

迄今為止，對氯鹽侵蝕環境下混凝土結構的耐久性分析和設計大都采用提高混凝土性能、加大混凝土保護層厚度等技術措施，而對混凝土結構外形和幾何尺寸的影響考慮不足。但是，在實際工程中，混凝土結構不同部位常常具有不同的幾何外形，使得不同部位混凝土中氯離子的擴散維數、分布范圍也互不相同，所以氯離子濃度增加的速度也各不相同，從而導致混凝土結構中某些區域發生氯離子富集現象；如不能及時識別并采取有效的技術措施，該區域的鋼筋將先于其他區域發生腐蝕破壞，嚴重時將導致混凝土結構主體因承載力降低而破壞，造成重大損失。混凝土結構中氯離子顯著富集的部位和區域稱為混凝土結構耐久性控制區。盡管采用常規的有限元等數值方法或商業通用軟件，按照結構原型幾何尺寸建立計算模型，簡稱原尺度模型，也能夠確定氯離子在混凝土結構中的擴散過程和濃度分布規律，并在此基礎上識別出混凝土結構耐久性控制區，但該方法通常需要對時間域和空間域雙重離散，導致計算規模大、耗時久等缺陷，不便于在常規混凝土結構設計中采用。因此，如何建立一種簡便實用方法，確定受氯鹽侵蝕的混凝土結構耐久性控制區，并據此建立相應的幾何尺寸較小的數值分析模型，對開展混凝土結構耐久性分析、設計和維護加固等工作具有重要的現實意義和學術價值。

三、發明內容

本發明的目的在于提供一種確定氯鹽侵蝕下混凝土結構耐久性控制區的方法，該方法通過識別受侵蝕的混凝土結構典型部位、判別氯離子擴散維數和擴散區域，確定混凝土結構耐久性控制區，為計算混凝土結構中氯離子擴散和濃度分布提供規模小、精度和效率較高的計算模型，為氯鹽侵蝕下混凝土結構耐久性分析、設計和加固奠定基礎。

本發明通過以下技術方案實現上述目的：一種確定氯鹽侵蝕下混凝土結構耐久性控制區的方法，包括以下步驟：

1、確定混凝土的氯離子擴散系數：通過常規方法，得到結構所用混凝土材料的氯離子擴散系數，

2、確定混凝土結構中氯離子侵蝕的典型部位：根據待建工程的設計圖紙或在役工程結構的實際幾何外形，選取：1）氯離子一維擴散部位，通常位于僅與一個暴露面相鄰的部位，該部位只受到來自于一個暴露面的氯離子影響，2）氯離子二維擴散部位，通常位于二個暴露面夾角的臨近部位，該部位同時受到來自于兩個暴露面的氯離子影響；3）氯離子三維擴散部位，通常位于三個暴露面相交點的臨近部位，該部位同時受到來自于三個暴露面的氯離子影響，

3、計算氯離子從暴露面侵入混凝土內部的深度：利用氯離子擴散場補償長度計算公式計算氯離子從暴露面進入混凝土內部的深度L_c，單位為mm；式中，t為混凝土結構暴露于氯離子環境的時間，單位為年a；D為混凝土的氯離子擴散系數，單位為mm²/a；k為氯離子擴散場補償系數，取值為3.5~4.5，

4、確定氯鹽侵蝕下混凝土結構耐久性控制區域：根據步驟2確定的氯離子一維、二維和三維擴散區，結合步驟3確定的氯離子擴散深度L_c，形成混凝土結構耐久性控制區域的計算模型。在此基礎上開展計算，容易得到混凝土結構中氯離子濃度分布規律。

所述氯鹽侵蝕環境包括混凝土結構所處的海洋環境、濱海環境、含有氯鹽的地下環境及化冰鹽腐蝕性環境。

所述氯離子擴散場補償長度是指氯離子向混凝土內部擴散的深度，用公式計算。

本發明的突出優點在于：

首次提供一種確定氯鹽侵蝕下混凝土結構耐久性控制區的方法，能夠準確識別氯鹽侵蝕下混凝土結構中氯離子一維、二維和三維擴散典型區域，形成混凝土耐久性控制區，利用該控制區建立混凝土中氯離子擴散和分布的計算模型，有效解決采用混凝土結構原尺度模型導致的計算規模大、耗時久、難以在常規個人計算機和普通服務器上實現的缺陷，具有離散未知量少、計算規模小、精度高、應用方便的優點。

四、附圖說明

圖1是氯離子從工程結構的三個暴露面向混凝土內部擴散示意圖。

圖2是氯離子一維、二維、三維和無擴散區位置及形狀示意圖。

圖3是氯離子一維擴散計算模型。

圖4是氯離子二維擴散計算模型。

圖5是氯離子三維擴散計算模型。