(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210775124.1 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 熊青香　刘清风　蔡渝新　童良玉　 (74)专利代理 机构 上海恒慧知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 31317 专利代理师 徐红银　禹雪平 (51)Int.Cl. G16C 20/30(2019.01) G06F 30/20(2020.01) G01N 33/38(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 海洋暴露环境下混凝土内氯离子侵蚀时变 预测方法和系统 (57)摘要 本发明提供一种海洋暴露环境下混凝土内 氯离子侵蚀时变预测方法和系统， 该方法包括： 获取混凝土预测模型所需的参数； 根据暴露工况 和所述参数， 确定合适的时变扩散系数模型， 得 到参考扩散系数和老化因子； 根据暴露工况下混 凝土表面的氯离子吸附能力随暴露时间的累积 性， 确定合适的时变边界条件累积模型， 得到初 始表面氯离子浓度和经验系数； 求解混凝土中氯 离子传输模 型， 实现指定暴露环 境和暴露时间下 的氯离子浓度预测。 该系统用于实现上述的预测 方法。 本发 明能够准确预测混凝土在中长期氯盐 暴露情况下的氯离子浓度分布， 进而预测混凝土 结构的使用寿 命。 权利要求书3页 说明书12页 附图3页 CN 115240783 A 2022.10.25 CN 115240783 A 1.一种海洋暴露环境下混凝 土内氯离子侵蚀时变预测方法， 其特 征在于， 包括： 获取混凝土预测模型所需的参数， 对所述参数进行预处理， 获得不同暴露时间下的表 观扩散系数和表面氯离 子浓度； 根据暴露工况和所述参数， 考虑表观扩散系数随暴露时间和混凝土水化程度的时间相 关衰变性， 确定时变扩散系 数模型， 基于所述时变扩散系 数模型得到参考扩散系 数和老化 因子； 根据暴露工况下混凝土表面的氯离子吸附能力随暴露时间的累积性， 确定时变边界条 件累积模型， 基于所述时变边界条件累积模型 得到初始 表面氯离 子浓度和经验系数； 根据参考扩散系数、 老化因子、 初始表面氯离子浓度和经验系数， 求解混凝土 中氯离子 传输模型， 实现指定暴露环境和暴露时间下的氯离 子浓度预测。 2.根据权利要求1所述的海洋暴露环境下混凝土内氯离子侵蚀时变预测方法， 其特征 在于， 所述获取混凝土预测模型所需的参数， 其中， 所述参数包括： 养护龄期、 养护 条件、 暴 露时间、 暴露环境、 水 灰比、 粉煤灰和矿 渣掺量。 3.根据权利要求1所述的海洋暴露环境下混凝土内氯离子侵蚀时变预测方法， 其特征 在于， 所述确定时变扩散系数模型， 包括： 针对不同的参数和暴露条件， 所述时变扩散系数 模型D(t)包括以下五种模型之一： 对于表观扩散系数 未知或难以获得的氯传输过程， 采用第一时变扩散系数模型: D(t)＝(1/t)m； 对于考虑参 考扩散系数且长暴露时间的情况， 采用第二时变扩散系数模型: D(t)＝Dref(1/t)m； 对于暴露前养护时间、 养护条件均已知的情况， 采用第三时变扩散系数模型: D(t')＝Dref(tref/t')m； 对于暴露前养护时间和养护条件未知， 且为避免对时变扩散系数方程D(t)在暴露时间 t上的复杂积分的情况， 假设混凝土的养护时间为28天， 并采用第四或者第五时变扩散系数 模型， 其中， 第四时变扩散系数模型为D(t)＝D28(t28/t)m， 第五时变扩散系数模型为D(t)＝ D28[t28/(t+28)]m； 其中， t是有效暴露时间， m是老化因子Dref是参考扩散系数， t'是混凝土养护时间， tref 是混凝土模具内养护时间， t28是指混凝土养护时间为28天， D28是混凝土养护28天后的氯离 子参考扩散系数。 4.根据权利要求1所述的海洋暴露环境下混凝土内氯离子侵蚀时变预测方法， 其特征 在于， 所述确定时变边界条件累积模型， 包括： 根据暴露工况， 考虑边界条件随暴露时间的 累积性， 所述时变边界条件累积模型Cs(t)包括如下三种模型之一： 在混凝土暴露于氯盐环境的瞬时， 混凝土表面并无氯离子吸附现象发生； 随着暴露时 间增加， 混凝土表 面开始吸附氯离子， 并且吸附的氯离子浓度随着时间的增加而增加， 采用 第一时变边界条件累积模型： 在混凝土暴露于氯盐环境的瞬时， 其表面即发生氯离子吸附现象发生； 且随着暴露时 间增加， 吸附的氯离 子浓度随着时间的增 加而增加， 采用第二时变边界条件累积模型：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115240783 A 2在混凝土暴露于氯盐环境的瞬时， 其表面即发生氯离子吸附现象发生； 且随着暴露时 间增加， 吸 附的氯离子浓度随着时间的增加而呈线性关系增加， 采用第三时变边界条件累 积模型： Cs＝Cs0+kt； 其中， Cs是表面氯离子浓度， Cs0是初始表面氯离子浓度， k是经验系数， t是有效暴露时 间。 5.根据权利要求1所述的海洋暴露环境下混凝土内氯离子侵蚀时变预测方法， 其特征 在于， 所述根据参考扩散系数、 老化因子、 初始表面氯离子浓度和经验系 数， 求解混凝土中 氯离子传输模型， 包括： 采用一维Fick第 二定律离子传输模型， 分别利用解析解方法和数值模拟方法求解混凝 土中氯离子传输模型。 6.一种海洋暴露环境下混凝土内氯离子侵蚀时变预测系统， 用于实现权利要求1 ‑5任 一项所述的海洋暴露环境下混凝 土内氯离子侵蚀时变预测方法， 其特 征在于， 包括： 参数预处理模块， 用于获取混凝土预测模型所需的参数， 并对所述参数进行预处理， 获 得不同暴露时间下的表 观扩散系数Da和表面氯离 子浓度Cs； 计算模块， 用于根据所述参数、 所述表观扩散系数Da和所述表面氯离子浓度Cs， 通过考 虑实际暴露工况， 确定时变扩散系数模 型D(t)和时变边界条件模 型Cs(t)， 并基于所述时变 扩散系数模型D(t)和所述时变边界条件模型Cs(t)， 得到参考扩散系数Dref、 老化因子m、 初 始表面氯离 子浓度Cs0和经验系数k； 预测模块， 用于根据 所述计算模块获得的参数， 求解混凝土 中氯离子传输模型， 实现指 定暴露环境和暴露时间下的氯离 子浓度预测。 7.根据权利要求6所述的海洋暴露环境下混凝土内氯离子侵蚀时变预测系统， 其特征 在于， 所述参数预处理模块基于Fick第二定律的一维解析解， 进行实测的过往氯离子浓度 变化曲线与一维解析解的拟合， 以获得表 观扩散系数和表面氯离 子浓度。 8.根据权利要求6所述的海洋暴露环境下混凝土内氯离子侵蚀时变预测系统， 其特征 在于， 所述计算模块 获取的参数包括： 养护龄期、 养护条件、 暴露时间、 暴露环 境、 水灰比、 粉 煤灰和矿 渣掺量； 所述计算模块确定的时变扩散系数模型D(t)包括以下五种模型之一： 对于表观扩散系数 未知或难以获得的氯传输过程， 采用第一种时变扩散系数模型: D(t)＝(1/t)m； 对于考虑参 考扩散系数且长暴露时间的情况， 采用第二种时变扩散系数模型: D(t)＝Dref(1/t)m； 对于暴露前养护时间、 养护条件均已知的情况， 采用第三种时变扩散系数模型: D(t')＝Dref(tref/t')m； 对于暴露前养护时间和养护条件未知， 且为避免对时变扩散系数方程D(t)在暴露时间 t上的复杂积分的情况， 假设混凝土的养护时间为28天， 并采用第四或者第五时变扩散系数 模型， 其中， 第四时变扩散系数模型为D(t)＝D28(t28/t)m， 第五时变扩散系数模型为D(t)＝ D28[t28/(t+28)]m；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115240783 A 3