海工混凝土氯离子分布概率模型分析与应用

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发布时间：2021-12-29

资料介绍

在海工混凝土结构中，由于氯离子侵蚀导致的钢筋锈蚀问题十分普遍。为准确判断钢筋初锈时间，预测
结构耐久性劣化规律，在现有氯离子扩散模型的基础上，基于蒙特卡罗理论，利用 MATLAB软件对钢筋周围氯
离子浓度分布进行随机抽样模拟。结果表明一定时间段内(10年、50年、100年)钢筋周围氯离子浓度服从对数
正态分布，并提出判断钢筋锈蚀的概率模型，以概率方法判断钢筋锈蚀，其可靠性将大大增加。结合该模型对
连云港港区现场服役混凝土构件进行了氯离子含量预测，现场取粉试验结果基本符合该模型分布，其均值吻合
较好，并对港区混凝土结构耐久性使用寿命失效概率进行了风险评估。
关键词：蒙特卡罗法；钢筋初锈；氯离子浓度分布；概率模型
中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：1009—640X(2016)01—0037—07
氯盐环境下钢筋锈蚀是引起结构耐久性问题的主要原因。氯离子侵入导致钢筋锈蚀的过程主要是通过
混凝土保护层到达钢筋表面，破坏其表面钝化膜，导致钢筋局部锈蚀，在腐蚀电池作用下，锈蚀不断发展。在
此过程中氯离子对钢筋锈蚀具有催化作用。因此，可将钢筋初锈视为结构耐久性退化演变的起始点。实际
工程中正确判断钢筋初锈时间是准确预测结构耐久性寿命的重要依据之一。而传统判断钢筋锈蚀的方法主
要采用电化学检测法，包括自然电位法、交流阻抗技术和极化测量技术等¨ 。其中自然电位法即半电池电
位法应用最为广泛。电化学方法以其测试的速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测试的优点，成为目前比
较成熟的测试方法】。但此类方法的缺点是易受外界因素干扰，且判断可靠性不高。因此，许多国内外学
者采用理论分析的方法确定钢筋初锈时间，并提出相应计算模型。如 D．V．Val 将侵蚀过程简化为扩散过
程，没有考虑对流、温湿度对氯离子扩散系数的影响，利用 Fick第二定律得到钢筋初锈时间的计算公式；S．
Morinaga_5 基于现场与实验室快速试验数据提出了一个预测从初锈到锈胀开裂时间的经验公式。而此类方
法的计算模型中一般没有考虑材料、环境等影响因素的不确定性，以定值 (一般取变量平均值或相关规范中
的标准值或经验值)进行计算，所得结果离散性较大。
基于以上考虑，本文在以往理论计算模型基础上，考虑各影响因素的不确定性，提出判断钢筋锈蚀的概
率模型。结合蒙特卡罗基本思想，利用 MATLAB软件对钢筋周围氯离子浓度分布进行模拟，以预测各时间
段钢筋锈蚀的概率。并利用该模型对连云港港区现场服役混凝土构件进行了氯离子含量的预测，对比现场
取粉试验结果以验证模型准确性。