[发明专利]基于GEM方程的混凝土钢筋的脱钝化时间的计算方法

说明书

本发明公开了一种基于GEM方程的混凝土钢筋的脱钝化时间的计算方法，通过Nernst–Einstein方程改进GEM方程的一般式，建立混凝土的两相氯离子有效扩散系数与混凝土孔隙率关系公式，根据养护龄期、矿物掺合料量和纤维掺加量对两相氯离子有效扩散系数与混凝土孔隙率关系公式的扩散指数n的影响对多因素影响下的扩散指数修正，得到修正的有效扩散系数，根据得到的修正的有效扩散系数和综合劣化系数、扩散系数随着时间的衰减系数和氯离子结合能力表征参数计算得到混凝土钢筋的脱钝化时间。本发明提出了多因素影响的氯离子有效扩散系数预测的新方法，对于研究不同孔隙特征的混凝土构件在氯离子腐蚀环境中使用寿命预测提供基础。

技术领域

本发明涉及混凝土中钢筋寿命的预测方法，具体涉及一种基于GEM方程的混凝土钢筋的脱钝化时间的计算方法。

背景技术

在土木工程中，钢筋混凝土结构的耐久性研究是一项重要的课题。耐久性受很多因 素的影响，如冻融循环、干湿循环、混凝土的碳化、氯盐的侵蚀等因素，其中氯盐的侵 蚀占有相当大的比例。水泥基材料本质是多孔介质材料，无论是以水泥基材料为基础制 作成的混凝土或砂浆，富存在当中的孔隙结构是构成材料受荷破坏、有害离子渗透侵蚀 的主要原因，目前钢筋的脱钝化时间的计算中是按照氯离子在混凝土以恒定的扩散速率 发生一维扩散，且在该过程中不与混凝土基体结合来进行计算的，计算结果不准确。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于GEM方程的混凝土钢筋的脱钝化时间的计 算方法，解决没有考虑孔隙特征对有效扩散指数的影响，计算结果不准确的问题。

技术方案：本发明的目的是提供了一种基于GEM方程的混凝土钢筋的脱钝化时间的计算 方法，包括以下步骤：

(1)根据通用有效介质方程确定GEM方程的一般式；

(2)通过Nernst–Einstein方程改进步骤(1)的GEM方程的一般式，建立混凝 土的两相氯离子有效扩散系数与混凝土孔隙率关系公式；

(3)根据养护龄期、矿物掺合料量和纤维掺加量对步骤(2)两相氯离子有效扩散系数与混凝土孔隙率关系公式的扩散指数n的影响对多因素影响下的扩散指数修正，并 通过修正的扩散指数得到修正的两相氯离子有效扩散系数与混凝土孔隙率关系公式，得 到修正的有效扩散系数；

(4)基于Fick第二定律的氯离子扩散方程根据时间依赖性修正、氯离子与基体结合的修正、混凝土劣化的修正和对流区修正后得到修正的氯离子扩散规律，根据修正的 氯离子扩散规律得到综合劣化系数、扩散系数随着时间的衰减系数和氯离子结合能力表 征参数，结合步骤(2)得到的修正的有效扩散系数计算得到混凝土钢筋的脱钝化时间。

其中，所述步骤(1)中GEM方程的一般式为：

其中，σ_h—是复合材料中高电导率相的电导率；σ_l—是复合材料中低电导率相 的电导率；σ_eff—是复合材料的有效电导率；f—是低电导率相的体积分数；f_cri—是复 合材料的临界体积分数，n为参数指数。

所述步骤(2)具体为：

Nernst–Einstein方程为：

其中，D_i—是扩散离子的扩散系数；R—是气体常数；T—是绝对温度K；σ_i—是 混凝土部分电导率，σ_i＝(Q_i/Q)σ，其中Q_i离子i影响的电量，Q是总电量；Z_i—是离子 所带电荷；F—是Faraday常数；C_i—是离子浓度；

对Nernst–Einstein方程进行变形得到：