针对海洋氯化物环境下表面防护钢筋混凝土结构使用年限的预测方法

摘要

本发明涉及混凝土耐久性设计技术，具体涉及一种针对海洋氯化物环境下表面防护钢筋混凝土结构使用年限的预测方法。该方法首先建立氯离子在表面防护层与原混凝土基材层中的扩散模型，然后获取表面防护层与混凝土基材层的氯离子扩散系数，确定钢筋锈蚀的临界浓度与混凝土表面氯离子浓度，最后将参数代入模型，计算出结构的使用年限。本发明建立了氯离子在非均匀介质中扩散的模型，实现了对表面防护钢筋混凝土结构的使用年限的预测。

主权项

1.一种针对海洋氯化物环境下表面防护钢筋混凝土结构使用年限的预测方法，包括如下步骤：（1）建立氯离子在表面防护层与原混凝土基材层中的扩散模型，该模型认为表面防护层与混凝土基材层各自为均匀的材料，且氯离子在各层中的扩散分别服从菲克第二定律，$\frac{{\partial C}_1}{\partial t}=D_1\frac{{\partial }^2{C}_1}{{\partial x}^2}$$\frac{{\partial C}_2}{\partial t}=D_2\frac{{\partial }^2{C}_2}{{\partial x}^2}$其中，C₁为表面防护层中某处的氯离子含量；C₂为混凝土基材层中某一深度处的氯离子含量；D₁表面防护层中的氯离子扩散系数；D₂混凝土基材层中的氯离子扩散系数；x为计算点距交界面的距离；t为扩散时间；在两层材料交接处认为，表面防护层与混凝土基材层的氯离子浓度相同，且通过表面防护层的氯离子扩散通量与进入混凝土基材层的通量相同，C₁=C₂$D_1\frac{{\partial C}_1}{\partial x}=D_2\frac{\partial C_2}{\partial x}$根据所列边界条件对模型进行求解，得到各层内氯离子浓度为：$c_1=C_o\underset{n=0}{\overset{\infty }{\Sigma }}{\alpha }^n\{\mathrm{erfc}\frac{(2n+1)l+x}{2\sqrt{\left(D_{1}t\right)}}-\mathrm{\alpha erfc}\frac{(2n+1)l-x}{2\sqrt{\left(D_{1}t\right)}}\}$$c_2=\frac{{2\mathrm{kC}}_o}{k+1}\underset{n=0}{\overset{\infty }{\Sigma }}{\alpha }^n\mathrm{erfc}\frac{(2n+1)l+\mathrm{kx}}{2\sqrt{\left(D_{1}t\right)}}$其中，k=(D₁/D₂)^1/2，C₀为混凝土表面氯离子浓度，l为表面防护层厚度，n为计算结果中所包含无穷数列的阶数，η为积分求算erfc(x)时的积分变量；（2）获取表面防护层与混凝土基材层的氯离子扩散系数D₁、D₂，确定钢筋锈蚀的临界浓度C_max与混凝土表面氯离子浓度C₀；（3）将参数代入模型，得到混凝土基材层中某一深度处氯离子浓度C₂达到临界浓度C_max时的扩散时间t，即为结构的使用年限；因参数l为表面防护层厚度，故此处C₂即为钢筋表面处氯离子浓度。