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专利号: 2021103963595
申请人: 西安建筑科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于Nernst‑Einstein方程的混凝土结构氯离子扩散预测方法,其特征在于,包括以下步骤;

步骤1,根据工程结构的设计资料以及所在地气象资料初步确定混凝土水灰比,年平均温度T,年平均湿度RH,混凝土表面氯离子浓度C0;

步骤2,建立考虑温度、湿度、混凝土水灰比以及氯离子浓度的混凝土电阻率计算模型;

步骤3,将混凝土沿氯离子扩散方向划分为长度为d的n个计算单元;

步骤4,根据混凝土水灰比、温度、湿度以及混凝土表面的氯离子浓度计算第一个计算单元的混凝土电阻率,将第一个单元的电阻率,温度以及混凝土表面的氯离子浓度C0代入Nernst‑Einstein方程得到第一个计算单元的扩散系数D1,利用第二定律计算得到第一个计算单元末尾处的氯离子浓度随扩散时间的变化关系C1(t);

步骤5,求C1(t)在扩散总时间tt上的积分,再除tt得到第一个计算单元末尾处的氯离子浓度在时间tt内的平均值C1;

步骤6,根据混凝土水灰比、温度、湿度以及C1确定第二个计算单元的电阻率,将第二个单元的电阻率,温度以及C1代入Nernst‑Einstein方程得到第二个计算单元的扩散系数D2,利用第二定律计算得到第二个计算单元末尾处的氯离子浓度随扩散时间的变化关系C2(t);

步骤7,进行步骤5与步骤6的多次循环计算,得到任意计算单元,即混凝土任意深度处氯离子浓度随时间的变化关系Cn(t)。

2.根据权利要求1所述的一种基于Nernst‑Einstein方程的混凝土结构氯离子扩散预测方法,其特征在于,所述步骤1中混凝土水灰比根据结构图纸中结构设计总说明中确定,年平均温度以及年平均湿度可根据当地气象局网站公布的公开数据确定,混凝土表面氯离子浓度C0根据既有混凝土结构耐久性评定标准GB/T 51355‑2019确定,如下表所示,单位3

kg/m:

3.根据权利要求1所述的一种基于Nernst‑Einstein方程的混凝土结构氯离子扩散预测方法,其特征在于,所述步骤2将既有混凝土结构耐久性评定标准GB/T 51355‑2019中给定的混凝土电阻率计算公式与混凝土电阻率随温度变化关系相结合,得到混凝土电阻率计算模型,所述混凝土电阻率计算模型同时考虑温度与湿度影响;

式中ρ为混凝土电阻率,C为氯离子浓度,kρ根据混凝土水灰比w/c确定:

4.根据权利要求1所述的一种基于Nernst‑Einstein方程的混凝土结构氯离子扩散预测方法,其特征在于,所述步骤3中,将混凝土沿氯离子扩散方向划分为长度为d的n个计算单元,所述d在0.01~0.1cm之间取值。

5.根据权利要求1所述的一种基于Nernst‑Einstein方程的混凝土结构氯离子扩散预测方法,其特征在于,所述步骤4中,将第一个单元的混凝土电阻率,温度以及混凝土表面的氯离子浓度C0代入Nernst‑Einstein方程得到第一个计算单元的扩散系数D1:‑1 ‑1

式中tCl为氯离子迁移数,取0.62;Ra为气体常数,取8.314J·mol ·K ;Z为氯离子电荷数,取1;F为法拉第常数,取96485C/mol;ρ为混凝土电阻率;

将扩散系数D1代入Fick第二定律计算得到第一个计算单元末尾处的氯离子浓度随扩散时间的变化关系C1(t);

式中erf为误差函数。

6.根据权利要求1所述的一种基于Nernst‑Einstein方程的混凝土结构氯离子扩散预测方法,其特征在于,所述步骤5中,求C1(t)在扩散总时间tt上的积分,再除tt得到第一个计算单元末尾处的氯离子浓度在时间tt内的平均值C1

7.根据权利要求1所述的一种基于Nernst‑Einstein方程的混凝土结构氯离子扩散预测方法,其特征在于,所述步骤6中,根据混凝土水灰比,温度,湿度以及C1确定第二个计算单元的电阻率,将第二个单元的电阻率,温度以及C1代入Nernst‑Einstein方程得到第二个计算单元的扩散系数D2,将扩散系数代入Fick第二定律计算得到第二个计算单元末尾处的氯离子浓度随扩散时间的变化关系C2(t)类似的,对于第i个计算单元,存在如下关系:

‑1 ‑1

式中tCl为氯离子迁移数,取0.62;Ra为气体常数,取8.314J·mol ·K ;Z为氯离子电荷数,取1;F为法拉第常数,取96485C/mol;ρ为混凝土电阻率;erf为数学运算符号,表示误差函数;Ci‑1为混凝土第i个计算单元中氯离子的输入浓度。

8.根据权利要求1所述的一种基于Nernst‑Einstein方程的混凝土结构氯离子扩散预测方法,其特征在于,所述步骤7中,利用Python平台进行编程,以实现步骤5与步骤6的多次循环计算,得到任意计算单元,即混凝土任意深度处氯离子浓度随时间的变化关系Cn(t)。