一种预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，方法包括：根据混凝土结构的扩散系数、混凝土表面硫酸盐浓度、混凝土内部初始硫酸盐浓度、化学反应计量数、铝酸钙在所述混凝土结构中的含量，并结合时间参数及扩散系数衰变指数建立硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型；根据第一时刻及第二时刻及其对应的侵蚀深度获取待预测时刻侵蚀深度数学模型，并根据所述待预测时刻侵蚀深度数学模型获取待预测时刻的侵蚀深度。通过本发明专利技术建立的硫酸盐侵蚀深度预测模型，在实际工程应用上无需获取环境中硫酸盐溶液的浓度、温度和侵蚀方式以及水泥中铝酸三钙含量等参数的具体值即可预测侵蚀深度，使得预测混凝土的硫酸盐侵蚀深度模型更具有工程实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混凝土
，尤其涉及的是一种预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法。
技术介绍
Atkinson将C3A含量为8％的混凝土试件完全浸泡在0.19mol/L硫酸钠与硫酸镁混合溶液中，试件经过5年腐蚀后测得腐蚀深度为42mm，通过对系列数据的回归分析提出了一个侵蚀深度预测的经验模型：X=4.25·CC3A8·(Mg2++SO42-)0.19·t=0.55CC3A(Mg2++SO42-)·t---(1)]]>式(1)中X为侵蚀深度，其单位为cm；为铝酸三钙在水泥中含量；Mg2+、分别为腐蚀溶液中镁离子及硫酸根离子的浓度，单位都为mol/L；t为时间，其单位为年。Shuman在Atkinson模型基础上引入了扩散系数D，对模型进行了修正：X=1.86×106CC3A(Mg2++SO42-)D·t---(2)]]>式(2)中D为硫酸盐在混凝土中的扩散系数，单位为cm2/s。Jambor通过对不同C3A含量(9％-13％)的混凝土在不同的硫酸钠溶液(500-33800g/L)中的侵蚀试验研究，基于4年的试验数据提出了如下侵蚀深度预测模型：X=[0.11S0.45]·[0.143t0.33]·[0.204e0.145C3A]---(3)]]>式(3)中S为硫酸盐腐蚀溶液浓度，其单位为g/L；t为浸泡时间，其单位为天；为铝酸三钙在水泥中含量。李士伟基于Fick第一定律通过理论推导得出了一个侵蚀深度预测理论模型：X=2DCstn---(4)]]>式(4)中D为硫酸盐在混凝土中的扩散系数；Cs为混凝土表面硫酸盐浓度；t为腐蚀时间；n为混凝土吸收硫酸盐的能力。Lee基于Fick第一定律考虑扩散反应问题推导出与李士伟相类似的模型：X=2DCtCC3A---(5)]]>式(5)中C为硫酸盐溶液浓度。由以上模型可以看出，混凝土硫酸盐侵蚀深度受外界硫酸盐环境及混凝土的组成成分，如硫酸盐溶液的浓度、温度和侵蚀方式以及水泥中铝酸三钙含量等的显著影响，因此为了研究混凝土硫酸盐侵蚀深度的时变模型，通常要将以上环境因素考虑进去，而实际工程中很难确定环境参数，这就给模型的工程实用性带来了局限，并且每个模型并不具有通用性。因此现有技术有待于进一步的改进。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于为用户提供一种预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，旨在解决现有技术中模型相关参数的不易确定性，使得建立的模型具有工程实用性和通用性。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其中，所述方法包括步骤：A、根据混凝土结构的扩散系数、混凝土表面硫酸盐浓度、混凝土内部初始硫酸盐浓度、化学反应计量数、铝酸钙在所述混凝土结构中的含量，并结合时间参数及扩散系数衰变指数建立硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型；B、根据第一时刻对应的第一硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型与第二时刻对应的第二硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型的比值，获取待预测时刻侵蚀深度数学模型，并根据所述待预测时刻侵蚀深度数学模型获取待预测时刻的侵蚀深度。所述预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其中，所述步骤A中所述硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型为其中D0为混凝土结构的扩散系数，Cs为混凝土表面硫酸盐浓度、C0为混凝土内部初始硫酸盐浓度、q为化学反应计量数、CCA为铝酸钙在所述混凝土结构中的含量，η为第一模型参数，κ为第二模型参数，t是时间参数，m为扩散系数衰变指数。所述预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其中，所述步骤B具体包括：B1、根据第一时刻t1、第二时刻t2及所述硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型，获取第一时刻t1相应的第一侵蚀深度X1及第二时刻t2相应的第二侵蚀深度X2，其中X1=η2D0(Cs-C0)·q2κ·CCA2·t11-m,X2=η2D0(Cs-C0)·q2κ·CCA2·t21-m;]]>B2、根据所述第一侵蚀深度X1及所述第二侵蚀深度X2的比值获取所述扩散系数衰变指数m，其中B3、根据所述第一时刻t1、所述第一侵蚀深度X1、所述扩散系数衰变指数m及待预测时刻t获取待预测时刻的侵蚀深度Xt，或根据所述第二时刻t2、所述第二侵蚀深度X2、所述扩散系数衰变指数m及待预测时刻t获取待预测时刻的侵蚀深度Xt，其中Xt＝(t/t1)(1-m)/2X1或Xt＝(t/t2)(1-m)/2X2。所述预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其中，所述混凝土结构的扩散系数D0＝DeTexp[U(1/T0-1/T)]，其中DeT是在参考点温度T0下测定的有效扩散系数，U是气体常数平分后的活化能，T是当前反应温度。所述预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其中，所述第二模型参数κ＝A exp(-Ea/RT)，其中A为指前因子，Ea是活化能，R是气体摩尔常数，T是当前反应温度。本专利技术所提供的一种预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，方法包括：根据混凝土结构的扩散系数、混凝土表面硫酸盐浓度、混凝土内部初始硫酸盐浓度、化学反应计量数、铝酸钙在所述混凝土结构中的含量，并结合时间参数及扩散系数衰变指数建立硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型；根据第一时刻对应的第一硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型与第二时刻对应的第二硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型的比值，获取待预测时刻侵蚀深度数学模型，并根据所述待预测时刻侵蚀深度数学模型获取待预测时刻的侵蚀深度。通过本专利技术建立的硫酸盐侵蚀深度预测模型，在实际工程应用上无需获取环境中硫酸盐溶液的浓度、温度和侵蚀方式以及水泥中铝酸三钙含量等参数的具体值即可预测侵蚀深度，使得预测混凝土的硫酸盐侵蚀深度模型更具有工程实用性。附图说明图1是本专利技术所述预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法较佳实施例的流程图。图2是本专利技术的步骤S100中所述硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型中侵蚀深度试验值和模型预测值曲线。图3是本专利技术所述预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法中获取待预测时刻的侵蚀深度的具体流程图。图4是本专利技术的第一次验证试验中侵蚀深度预测值预测曲线。图5是本专利技术的第二次验证试验中侵蚀深度预测值预测曲线。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：A、根据混凝土结构的扩散系数、混凝土表面硫酸盐浓度、混凝土内部初始硫酸盐浓度、化学反应计量数、铝酸钙在所述混凝土结构中的含量，并结合时间参数及扩散系数衰变指数建立硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型；B、根据第一时刻对应的第一硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型与第二时刻对应的第二硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型的比值，获取待预测时刻侵蚀深度数学模型，并根据所述待预测时刻侵蚀深度数学模型获取待预测时刻的侵蚀深度。

【技术特征摘要】
1.一种预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其特征在于，所述方法包
括步骤：
A、根据混凝土结构的扩散系数、混凝土表面硫酸盐浓度、混凝土内部
初始硫酸盐浓度、化学反应计量数、铝酸钙在所述混凝土结构中的含量，
并结合时间参数及扩散系数衰变指数建立硫酸盐侵蚀深度多参数数学模
型；
B、根据第一时刻对应的第一硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型与第二时
刻对应的第二硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型的比值，获取待预测时刻侵
蚀深度数学模型，并根据所述待预测时刻侵蚀深度数学模型获取待预测时
刻的侵蚀深度。
2.根据权利要求1所述预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其特征在
于，所述步骤A中所述硫酸盐侵蚀深度多参数数学模型为
其中D0为混凝土结构的扩散系数，Cs为混凝
土表面硫酸盐浓度、C0为混凝土内部初始硫酸盐浓度、q为化学反应计量
数、CCA为铝酸钙在所述混凝土结构中的含量，η为第一模型参数，κ为第
二模型参数，t是时间参数，m为扩散系数衰变指数。
3.根据权利要求2所述预测混凝土硫酸盐侵蚀深度的方法，其特征在
于，所述步骤B具体包括：
B1、根据第一时刻t1、第二时刻t2及所述硫酸盐侵蚀深度多参数数学
模型，获取第一时刻t1相应的第一侵蚀深度X1及第二时刻t2相应的第二侵
蚀深度X2，其中X1=&...

【专利技术属性】
技术研发人员：周英武，田浩，隋莉莉，邢峰，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44