[发明专利]杂散电场下钢混界面腐蚀时变边界的精准动力学计算方法

权利要求书

1.一种杂散电场下钢混界面腐蚀时变边界的精准动力学计算方法，其特征在于所述方法根据钢混界面反应动力学特征对极化数据进行分区域拟合，同时结合了水泥热力学和水化动力学计算，确定了依赖于电极电位、侵蚀性粒子浓度和pH的钢-混界面反应动力学时变边界，包括如下步骤：

步骤一、水泥热力学和水化动力学过程

混凝土的硬化过程中考虑水泥水化动力学并结合水泥热力学计算，最终得到孔隙液中侵蚀性粒子浓度和pH值；

步骤二、钢-混界面动力学参数的确定

根据极化特征将极化数据划分为线性区、弱极化区、Tafel区、钝化区和活化区五个电极电位区间，其中：

对于线性区、弱极化区和Tafel区的极化数据，采用全局最小二乘法对动力学参数进行拟合，得到对应上述区间铁腐蚀和氧气还原过程的界面反应动力学的Tafel表达式；

对于钝化区和活化区，直接采用极化数据建立界面腐蚀反应动力学非线性函数表达式；

步骤三、建立钢混界面反应时变边界

结合步骤一中的热力学、动力学计算以及步骤二中对极化数据的处理，建立依赖于电极电位、侵蚀性粒子浓度和pH值的杂散电场作用下钢混界面反应动力学时变边界条件。

2.根据权利要求1所述的杂散电场下钢混界面腐蚀时变边界的精准动力学计算方法，其特征在于所述水泥热力学计算由非理想溶液粒子之间的平衡模型、纯相的溶解沉积模型、固溶体模型和表面络合模型共同决定。

3.根据权利要求1或2所述的杂散电场下钢混界面腐蚀时变边界的精准动力学计算方法，其特征在于所述水泥热力学计算基于热力学体系Gibbs自由能最小化实现：

其中，P和C分别表示反应体系有P个相和C个组分构成，n_i^k是体系中第k个相中组分i的摩尔数，μ_i^k是系统中第k个相中组分i的化学势。

4.根据权利要求2所述的杂散电场下钢混界面腐蚀时变边界的精准动力学计算方法，其特征在于所述非理想溶液粒子之间的平衡模型由以下公式所示的活度模型决定：

其中，a_i和c_i是溶液中粒子i的活度和浓度，γ_i^(m)是活度系数，A_γ、B_γ、a和b_γ均为常数，I是离子强度，x_jw和X_w分别是水溶剂的摩尔浓度和溶液相的总摩尔浓度，z_i是离子所带的电荷数。

5.根据权利要求2所述的杂散电场下钢混界面腐蚀时变边界的精准动力学计算方法，其特征在于所述纯相的溶解沉积模型取决于由质量作用定律所决定的反应平衡常数和相关的离子活度积：

其中，SI是溶解度系数，IAP是离子活度积，K是平衡常数。

6.根据权利要求2所述的杂散电场下钢混界面腐蚀时变边界的精准动力学计算方法，其特征在于所述固溶体模型的活度定义为：

其中，a_pss是固溶体成分的活度，λ_pss是对应的活度系数，x_pss是固溶体成分的摩尔分数，n_pss是固溶体的摩尔质量，N_ss是固溶体成分的个数，下标p_ss指的是固溶体相成分。

7.根据权利要求2所述的杂散电场下钢混界面腐蚀时变边界的精准动力学计算方法，其特征在于所述表面络合模型采用Donnan计算方法：

其中，c_i^D是Donnan孔隙体积中粒子i的浓度，c_i^B是本体溶液中粒子i的浓度，是电位，σ_surface是表面电荷数，z_i是离子所带的电荷数，F、R、T分别是法拉第常数、理想气体常数和温度。