[发明专利]钢筋混凝土结构腐蚀电驱动统一控制方法

说明书

钢筋混凝土结构腐蚀电驱动统一控制方法，属于土木工程技术领域。方法具体为：根据电驱动统一腐蚀控制电场作用下混凝土材料内粒子场演化的驱动力建立了Nernst‑Planck方程；将混凝土材料在粒子场演化过程中孔溶液与水化产物间相互作用的热力学模型、电场分布的Poisson方程以及水分传输的Richards方程耦合进Nernst‑Planck方程；考虑电驱动统一腐蚀控制电场作用下钢混界面的电极动力学反应；从而形成了钢筋混凝土结构电驱动统一腐蚀控制的基础理论模型；基于MATLAB语言，采用算子分裂算法求解该数值模型。在数值计算结果中，可得到了混凝土材料内水分、孔溶液离子浓度、水化产物含量的分布规律以及钢筋表面局部电流密度，为钢筋混凝土结构腐蚀控制提供科学的依据。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种钢筋混凝土结构腐蚀电驱动统一控制方法。

背景技术

钢筋混凝土结构是土木工程领域现今及以后长时间内仍将采用的重要结构型式，而钢筋的腐蚀是降低钢混结构耐久性的最主要原因之一。2018年8月14日意大利莫兰迪大桥突然坍塌，致使至少43人遇难，目前所有迹象表明，坍塌原因为大桥年久失修、腐蚀老化。英国知名媒体《经济学人》指出，该惨剧应引发全世界对钢筋混凝土结构的监测与维护制度的重视。据估计，因耐久性下降而造成的钢混结构早期失效的事故中，约70～90％为腐蚀所引起的。2001年美国发布的第七次腐蚀损失调查报告显示：美国因腐蚀带来的直接经济损失占国民经济总产值的3.1％，其中公路桥梁腐蚀占总经济损失的37％；中国工程院启动“我国腐蚀状况及控制战略研究”重大咨询项目调查结果表明，我国全行业2014年腐蚀总成本约占国内生产总值(GDP)的3.34％，达到21278.2亿人民币。其中水利工程行业因腐蚀造成的损失为108亿人民币；交通行业因腐蚀造成的损失为2687亿人民币；桥梁工程因腐蚀造成的损失为623.7亿人民币。近期，我国将再次投入数以万亿计的资金发展基础设施建设，占据相当比例的重大钢混结构耐久性问题，势必成为影响国民经济发展和社会和谐稳定的战略性课题。

此外，鉴于钢混结构腐蚀问题的严重性，腐蚀防护是确保钢混结构安全服役和延长使用寿命的重要途径。近年来国内外针对新建和既有建筑发展了系列腐蚀防护与控制技术。常用的方法和技术有：提高混凝土的抗侵蚀性、改善钢筋的抗腐蚀性、增设涂覆材料层、应用缓蚀剂、电化学再碱化(ERA)、电化学除氯(ECR)、阴极保护(CP)等。这些技术都有各自优势，同时在实际工程应用中又存在着各自的弊端。土木工程中的钢筋混凝土结构腐蚀本质上属电化学腐蚀范畴，因此电化学腐蚀控制是降低或阻止钢混结构腐蚀损伤及延长钢混结构服役寿命的直接和有效途径。传统钢混结构电化学腐蚀控制技术包括阴极保护、电化学除氯和电化学再碱化等。然而，当前钢混结构所用的阴极保护技术起源于石油、化工、船舶等行业，仅从腐蚀热力学角度按液态侵蚀介质控制腐蚀，未能充分考虑多相、多孔混凝土介质内腐蚀发生的动力学因素。当前所发展的电化学除氯和电化学再碱化等技术，出发于控制腐蚀发生的动力学因素，但其通用的理论模型未考虑混凝土孔溶液与水化产物间本质的物理化学作用以及未考虑阴阳界面的电极反应动力学作用，从而导致腐蚀控制效率低下，因此，急需提出一种钢筋混凝土结构腐蚀电驱动统一控制方法，以克服传统电化学腐蚀控制技术存在的弊端。

发明内容

本发明为了解决土木工程中的钢筋混凝土结构腐蚀采用传统电化学腐蚀控制技术存在诸多弊端，提出了钢筋混凝土结构腐蚀的电驱动统一控制方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

钢筋混凝土结构腐蚀电驱动统一控制方法，所述的方法具体如下：

在电驱动统一腐蚀控制电场作用下决定混凝土材料内粒子场演化的驱动力为：腐蚀控制电场的定向迁移作用、浓差扩散作用、水分传输的对流作用、离子间的电偶作用以及孔溶液与水化产物间的相互作用；根据这些驱动力建立Nernst-Planck方程；