【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海工混凝土结构的剩余使用寿命计算和预测的，特别是涉及一种海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法。
技术介绍
1、我国工程建设经过几十年的高速发展，大量海港码头和跨海桥隧在国民经济中发挥这越来越重要的作用。以钢筋混凝土结构为主要结构形式的海港码头和跨海桥隧往往尺寸巨大，而且时刻暴露于富含多种对混凝土腐蚀的物质的恶劣环境，海水中的氯盐在海工混凝土结构表面汇集，并不断向混凝土结构内部扩散渗透，对海工混凝土结构耐久性和造成巨大的困扰。当海工混凝土结构内部钢筋处的cl-上升到临界值时，钢筋因失去了原有的钝化保护而逐渐开始锈蚀，导致钢筋的有效截面不断减小，对海工混凝土结构耐久性和安全性造成巨大的困扰，进而影响结构的正常运营。
2、通过大量现场的实测数据对上述既有海工混凝土结构的剩余使用寿命进行计算和预测，可为使用部门和管理部门在制定维护计划，采取科学、合理和更有效的加固维护措施提升结构的性能起到极为重要的指导意义。基于氯离子扩散和钢筋锈蚀的结构寿命预测模型是目前海工混凝土结构寿命预测的常用数学模型法之一，我国交通部于2019年5月15日起实施的《水运工程水工建筑物检测与评估技术规范》(jts 304-2019)中对钢筋锈蚀期的预测便也是基于该模型。
3、氯离子扩散系数d是表征氯离子向内部扩散速度的参数。不同建筑物，使用环境不同，原材料不同，其氯离子扩散系数亦不同，需要通过实测获得。目前，氯离子扩散系数d的标准理论模型为：式中：
4、c(x，t)为龄期t时距混凝土表面x处的氯离子浓度，可以通过
5、t为扩散时间，也即为建筑物暴露于氯盐环境的时间，单位：s；
6、x为扩散深度，也即为氯离子自混凝土表面向内部扩散渗透的深度，单位：mm；
7、c0为混凝土中原始氯离子浓度，单位：％；海港工程施工规范对原材料中的混凝土中原始氯离子浓度c0做了明确的规定，取值范围为0.003％～0.005％；
8、cs为混凝土表面氯离子浓度，单位：％；
9、为高斯误差函数，
10、影响混凝土表面的氯离子浓度cs的因素较多，cs值与混凝土结构的暴露条件、所处的暴露位置(高程)及时间长短都有关，通常cs值随混凝土暴露于海水环境的时间的增加而增大。《水运工程水工建筑物检测与评估技术规范》(jts 304-2019)规定，当暴露时间小于10年的建筑物，cs值可根据规范取值；当暴露时间大于10年的建筑物，cs值通常采用现场取样测定的方法确定。现场取样是在海工混凝土结构上按不同的深度进行分层取样，带回实验室磨粉并进行实验室滴定，经分析计算得到各层在不同深度的混凝土表面的氯离子浓度cs。
11、因此，氯离子扩散系数d的标准理论模型中，既有结构的t和x都为已知参数，在c(x，t)、c0和cs都能确定的情况下，即可将各组数据代入氯离子扩散系数d的标准理论模型中，利用matlab软件进行非线性回归分析，即可确定氯离子扩散系数d。但是，从事海工混凝土结构检测的工作人员大多不太熟悉matlab软件，使用起来不是很方便；而熟练使用的办公软件(比如excel)中又无法进行高斯误差函数反函数erf-1(x)的计算，进而导致氯离子扩散系数d的计算不便利。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，能够在办公软件excel中较为准确地计算出氯离子扩散系数d。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，依次包括以下步骤：
3、a1、现场对既有海工混凝土结构进行分i层取样，得到该既有海工混凝土结构对应不同取样深度xi的多个样品，i为自然数；
4、a2、通过化学实验测得第i层样品的氯离子浓度c(xi，t)；
5、a3、在excel中生成既有海工混凝土结构的取样深度xi和氯离子浓度c(xi，t)的关系曲线的趋势线，根据趋势线获得既有海工混凝土结构的混凝土表面氯离子浓度cs；
6、a4、在excel中建立氯离子扩散系数的近似计算公式，计算得到第i层样品的初始氯离子扩散系数d1i；
7、a5、在excel中建立氯离子扩散系数的标准计算公式：
8、c0取0.003；
9、代入初始氯离子扩散系数d1i和既有海工混凝土结构暴露于氯盐环境的时间t，在excel中计算各初始氯离子扩散系数d1i对应的第一次反算氯离子浓度c1j(xi，t)，再在excel中计算提取最小值对应的初始氯离子扩散系数d1i为d1min，j为自然数，n为取样层数；
10、a6、第一次迭代计算氯离子扩散系数，包括以下分步骤：
11、a61、提取所有小于d1min的多个初始氯离子扩散系数d1i中的最大值为d1(-min)，提取所有大于d1min的多个初始氯离子扩散系数d1i中的最小值为d1(+min)；
12、a62、在excel中建立一次迭代氯离子扩散系数d2m的计算公式，计算得到既有海工混凝土结构的一次迭代氯离子扩散系数d2m，所述一次迭代氯离子扩散系数d2m的计算公式为：
13、
14、a63、基于一次迭代氯离子扩散系数d2m重复步骤a5，计算各一次迭代氯离子扩散系数d2m对应的第二次反算氯离子浓度c2j(xi，t)和提取最小值对应的一次迭代氯离子扩散系数d2m为d2min；
15、a7、重复步骤a6，直至第k次迭代计算氯离子扩散系数时得到的d(k+1)min满足要求，则d(k+1)min为氯离子扩散系数d，k为自然数。
16、进一步地，所述步骤a4中，所述氯离子扩散系数的近似计算公式为：
17、c(xi，t)＝c0+(cs-c0)[1-β]；
18、
19、a＝a/3b，b＝1/(2b)tanh-1β，a＝1.12838，b＝0.10277。
20、进一步地，所述步骤a1中，从既有海工混凝土结构的表面0mm处、以10mm为一个单位取一次样，第i层样品的取样深度xi为5mm+10*(i-1)mm。
21、进一步地，所述步骤a2中，采用电位滴定法检测到各样品中的氯离子浓度c(xi，t)。
22、如上所述，本专利技术涉及的海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，具有以下有益效果：
23、本申请涉及的海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法能在办公软件excel中计算出氯离子扩散系数d，使用起来非常方便；特别是，通过迭代计算氯离子扩散系数，使得最后计算出的氯离子扩散系数d的误差非常小，能够满足实际工作的需要。
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1.一种海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，其特征在于：依次包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，其特征在于：所述步骤A4中，所述氯离子扩散系数的近似计算公式为：
3.根据权利要求1所述的海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，其特征在于：所述步骤A1中，从既有海工混凝土结构的表面0mm处、以10mm为一个单位取一次样，第i层样品的取样深度xi为5mm+10*(i-1)mm。
4.根据权利要求1所述的海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，其特征在于：所述步骤A2中，采用电位滴定法检测到各样品中的氯离子浓度C(xi,t)。
【技术特征摘要】
1.一种海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，其特征在于：依次包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，其特征在于：所述步骤a4中，所述氯离子扩散系数的近似计算公式为：
3.根据权利要求1所述的海工混凝土结构氯离子扩散系数的迭代算法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙洋波，金时峰，王兰换，陈大明，郑炜，
申请(专利权)人：上海港湾工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：
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