CN114861496B - 基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，该模型以寒区退役桥梁混凝土芯样作为基础材料，基于X‑rayCT断层扫描技术和有限元模拟方法，考虑自然环境下混凝土材料的多种损伤劣化，能够准确模拟氯离子在真实混凝土桥梁内部的侵蚀状态。本发明提供了一种能够考虑多因素耦合作用的二维混凝土细观结构氯离子侵蚀的模拟仿真方法，依据理论推导模型和数值仿真方法可预测寒区自然环境下混凝土内部氯离子侵蚀行为，解决了实验室模型无法真实反应实际桥梁侵蚀状态的问题，极大地消除了在评估寒区混凝土桥梁服役状态时钢筋、钢绞线锈蚀程度难以评估的难题。

Description

基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型
技术领域
本发明属于桥梁工程材料性能分析技术邻域，涉及一种基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型。
背景技术
桥梁作为现代交通基础设施的重要组成部分，对国家及地区的经济发展和社会进步具有重要作用。我国混凝土桥梁凭借其经济性高、环境适应性好、跨越能力强等优势，经过早期和后续的大量建设，已经在我国中小跨径桥梁中占据主体地位。随着服役时间的延长，已有大量的混凝土桥梁出现耐久性问题，若不及时进行合理的安全评估和等级评定将会造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。
我国寒冷地区混凝土桥梁除遭受自然冻融循环作用外，大量使用无机融雪剂(主要成分为氯盐)也对混凝土桥梁产生不利影响，氯离子侵蚀作用被认为是钢筋、钢绞线腐蚀加速并导致桥梁承载力退化迅速、结构耐久性不足的主要原因，因此掌握桥梁真实服役状态下的氯离子侵蚀状况是保证桥梁结构安全性、耐久性和经济性的重要前提。目前对于混凝土中氯离子侵蚀的研究主要集中于实验室模型方面，但实验室模型的试件尺度、侵蚀环境、离子成分往往与混凝土桥梁真实的服役状态存在差异。同时，受限于加速侵蚀的时间效应，实验室侵蚀模型无法直接应用于实际桥梁的状态评估中。若想研究氯离子在混凝土桥梁内部真实侵蚀状况，基于实际桥梁的破坏性检测无疑是最直接有效的方法，但受限于稀缺的试验材料与高昂的试验费用，目前对于实际混凝土桥梁中氯离子的侵蚀状态研究较少。
近年来，随着科学技术的发展，先进的测试仪器与计算机模拟分析为研究混凝土中氯离子侵蚀和混凝土劣化提供了有效的辅助方法。国内外研究学者针对混凝土结构多种状况下单一变量氯离子侵蚀做出了大量的试验研究，对侵蚀模型和扩散系数完成了进一步的改良。但是对于混凝土桥梁的氯离子侵蚀状态分析，仍存在一些未能解决的缺点和问题：一是不同服役环境、不同服役年限的混凝土桥梁材料损伤程度不同，在未掌握混凝土材料损伤状况时，无法准确模拟受环境效应影响的氯离子侵蚀过程；二是目前大部分学者的研究停留在实验室模型层面，试验环境、试件尺度、时间效应等均与真实服役环境存在较大差异，试验结果无法直接应用于实际工程中。因此，建立一种能够有效模拟混凝土桥梁在真实服役环境下氯离子侵蚀状态的模型和建模方法，对于评估实际混凝土桥梁的服役状态具有十分重要的意义，也是亟待解决的难题。
发明内容
为了解决现有氯离子侵蚀模型不能很好地适用于模拟真实服役环境下的混凝土桥梁结构的氯离子侵蚀破坏行为，存在着模拟影响因素作用单一、无法模拟氯离子扩散系数随时间变化过程的问题，本发明提供了一种基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，该模型以寒区退役桥梁混凝土芯样作为基础材料，基于X-ray CT断层扫描技术和有限元模拟方法，考虑自然环境下混凝土材料的多种损伤劣化，能够准确模拟氯离子在真实混凝土桥梁内部的侵蚀状态。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，按照如下步骤进行建立：
步骤1、基于寒区退役混凝土桥梁现场取芯检测和X-ray CT断层扫描技术，获取寒区自然服役环境下材料劣化参数；
步骤2、基于混凝土芯样扫描三维重构图像，生成混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型；
步骤3、利用离子滴定方法对自然环境作用下劣化混凝土构件进行离子浓度测定，假设各年份对混凝土结构所造成的劣化影响效应相同，结合历史气象数据，以有效扩散系数代替表观扩散系数，对劣化混凝土氯离子扩散系数进行修正，建立考虑多因素影响的氯离子扩散系数公式；
步骤4、将混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型与修正的混凝土中氯离子扩散系数计算公式应用于有限元中，建立混凝土细观结构氯离子侵蚀模型。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
针对目前在有限元方法中无法准确模拟寒区真实服役环境下混凝土桥梁氯离子侵蚀状况的难题，本发明提供了一种能够考虑多因素耦合作用的二维混凝土细观结构氯离子侵蚀的模拟仿真方法，依据理论推导模型和数值仿真方法可预测寒区自然环境下混凝土内部氯离子侵蚀行为，解决了实验室模型无法真实反应实际桥梁侵蚀状态的问题，极大地消除了在评估寒区混凝土桥梁服役状态时钢筋、钢绞线锈蚀程度难以评估的难题。
附图说明
图1为混凝土细观结构，(a)断层扫描图像，(b)图像三维重构模型；
图2为混凝土凸多边形三相细观骨料模型，(a)骨料，(b)界面过渡区；
图3为有限元各区域定义划分，(a)骨料域，(b)界面过渡区域；(c)砂浆域；(d)钢束域；
图4为网格划分结果，(a)整体网格，(b)界面过渡区局部网格；
图5为氯离子侵蚀浓度实测值与理论值对比；
图6为氯离子浓度随侵蚀时间变化分布图，(a)5a，(b)10a，(c)20a，(d)30a，(e)40a，(f)50a。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，所述模型按照如下步骤进行建立：
步骤1、基于寒区退役混凝土桥梁现场取芯检测和X-ray CT断层扫描技术，获取混凝土芯样碳化深度、细观结构损伤等寒区自然服役环境下材料劣化参数。
本步骤中，依据《混凝土结构现场检测技术标准(GB/T 50784-2013)》对混凝土结构进行现场取芯与混凝土碳化深度测试；基于X-ray CT断层扫描技术对混凝土芯样进行细观结构扫描，获得混凝土芯样断层图像并进行模型三维重构，获得混凝土粗骨料、砂浆以及气孔结构的尺寸和空间分布；混凝土配合比等参数可依据设计图纸和相关文献查阅，在不具备设计资料时，可依据规范《普通配合比设计规范设计规程(JGJ 55-2011)》进行配合比计算。
步骤2、基于混凝土芯样扫描三维重构图像，生成混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型，该模型包含混凝土骨料、砂浆、界面过渡区以及预应力钢束等元素。
本步骤中，生成混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型的过程如下：
步骤2.1、混凝土桥梁在施工浇筑过程中混凝土骨料级配符合Fuller理想级配曲线，基于连续级配理论，通过Walraven转换公式与步骤1中X-ray CT扫描三维重构结果，将三维空间各级配骨料的体积率换算成二维平面面积率，Walraven转换公式可以表示为：
Figure BDA0003628029330000051
式中，P(D＜D0)为骨料直径小于D0的概率，Pk为混凝土骨料体积率，D0为该级配最小骨料粒径，Dmax为骨料最大粒径。
步骤2.2、利用Python语言定义混凝土骨料二维模型截面边长、各级配混凝土骨料的大小与面积率。
步骤2.3、通过uniform函数随机生成混凝土骨料各级配中最小粒径与最大粒径间的随机数作为圆形骨料的半径r，生成骨料级配的顺序按照骨料粒径从大到小，依据圆形骨料半径确定骨料圆心x、y坐标，x、y坐标可通过uniform函数以骨料半径为最小值、以模型边长与骨料半径差值为最大值随机生成。
步骤2.4、在生成圆形骨料基础上，通过randrange函数随机生成整数n(5≤n≤8)，将圆形骨料修饰为随机凸多边形骨料，依据凸多边形随机角角度计算定点坐标，并以增加半径的形式生成骨料与砂浆间的界面过渡区厚度及其顶点坐标。为避免生成长薄的畸形骨料影响侵蚀模拟结果，本发明将凸多边形随机角角度限制为30°～90°，随机角生成过程可以表示为：
αi＝30+uniform(βmin,βmax)；
βmax＝360-30×n-(α1+...+αi-1)；
βmin＝360-30×n-(n-i+1)×60-(α1+...+αi-1)；
式中，αi为圆形骨料第i个随机角角度，βmax为uniform函数生成随机角的上限值，βmin为uniform函数生成随机角的下限值。
步骤2.5、判断随机凸多边形骨料外接圆之间是否发生干涉，若发生干涉则依据步骤2.3重新生成骨料，若未发生干涉则输出混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型及与其对应界面过渡区的顶点坐标，判断公式如下：
Figure BDA0003628029330000061
式中，xi、yi分别为新生成凸多边形骨料外接圆圆心横坐标与纵坐标；xj、yj分别为已生成凸多边形骨料外接圆圆心横坐标与纵坐标；ri、rj分别为新生成和已生成凸多边形骨料外接圆半径；η为骨料干涉范围影响系数。
步骤2.6、依据步骤2.1计算得到的骨料面积率，判断随机生成的各级配骨料面积率是否在误差允许范围内并进行参数调配，直到生成的凸多边形骨料模型符合测试结果为止，输出所有凸多边形及其对应界面过渡区顶点坐标导入CAD中完成绘图并生成dxf文件。
步骤3、利用离子滴定方法对自然环境作用下劣化混凝土构件进行离子浓度测定，假设各年份对混凝土结构所造成的劣化影响效应相同，结合历史气象数据，以有效扩散系数代替表观扩散系数，对劣化混凝土氯离子扩散系数进行修正，建立考虑多因素影响的氯离子扩散系数公式。
本步骤中，建立混凝土中氯离子扩散系数公式的过程如下：
步骤3.1、氯离子在混凝土中主要以扩散方式侵蚀，经过国内外学者大量试验验证，氯离子在混凝土中的扩散方式基本服从Fick第二扩散定律，在考虑混凝土表面氯离子浓度、混凝土内部初始氯离子浓度等情况下，所得的扩散模型结果以如下公式表示：
Figure BDA0003628029330000071
式中，Cx,t为t时刻深度为x的氯离子浓度，Cs为混凝土表面氯离子浓度，C0为混凝土内部氯离子初始浓度，D为氯离子扩散系数，xcl为氯离子扩散深度，erf为误差函数，t为氯离子侵蚀时间。
步骤3.2、对于自然环境下服役的混凝土桥梁，氯离子表面浓度Cs和扩散系数D均是与时间相关的变量，其中氯离子表面浓度Cs经试验验证符合指数变化规律，指数模型按如下公式表示：
Cs(t)＝Cs0+Csmax(1-e-ct)；
式中，Cs(t)为t时刻氯离子表面浓度，Cs0为初始状态混凝土表面氯离子浓度，Csmax为稳定后混凝土表面氯离子浓度，c表征累计速率拟合系数。
步骤3.3、自然环境下混凝土的碳化效应会令其内部密实度、孔隙连通性、氯离子结合能力等多方面发生改变，对氯离子的扩散行为产生促进和阻碍两方面的影响，结合实验室测试数据，碳化对氯离子扩散的影响系数可按如下公式计算：
Figure BDA0003628029330000081
Figure BDA0003628029330000082
式中，kc为混凝土碳化影响系数，xc为混凝土碳化深度，k为碳化系数，tc为碳化时间。
步骤3.4、寒区冻融循环作用会使混凝土内部孔隙率增大，进而大大增加混凝土中氯离子的扩散作用，基于快速冻融循环试验与室外自然环境冻融试验结果，总结冻融循环的影响系数计算公式如下：
nact(nf)＝λnf；
nin＝kwnact/S；
kF＝1+0.0196876nin；
式中，nact为自然环境冻融循环次数，λ为修正系数，nf为正负温交替年均天数，S为室内外损伤比例系数，kw为混凝土的包含水系数，kF为混凝土冻融影响系数，nin为混凝土室内冻融循环系数。
步骤3.5、混凝土桥梁所处的温度会对氯离子的扩散作用产生正反两方面的影响：一方面，随着环境温度升高，混凝土内部水分蒸发，致使孔隙率增大，促进氯离子的扩散；另一方面，温度升高水化反应加快，致使混凝土密实度增大，从而抑制氯离子的扩散作用；试验研究表明，混凝土水泥水化作用主要发生在桥梁服役初期，对于长期服役的混凝土桥梁而言，水化作用对氯离子的扩散影响较小，即服役温度的升高对氯离子扩散的促进作用大于抑制作用，温度影响系数的计算公式表示为：
Figure BDA0003628029330000091
式中，kT为混凝土温度影响系数，T为混凝土所处环境的绝对温度，T0为参考温度(取值为293K)，q为激活常数。
步骤3.6、混凝土桥梁在养护成型阶段难免会产生内部缺陷，同时在长期服役期间也会因收缩、徐变、荷载等因素产生微裂纹从而促进了氯离子的侵蚀行为，混凝土劣化影响系数的计算公式如下：
Figure BDA0003628029330000092
式中，kk为混凝土劣化影响系数，w/c为混凝土水灰比。
步骤3.7、考虑到混凝土随着水化反应的进行自密实度逐渐提高对氯离子扩散的影响，结合步骤3.3至步骤3.6所提出的各项影响系数，得出混凝土中氯离子扩散系数的计算公式如下：
Figure BDA0003628029330000093
D0＝10-12.06+0.24(w/c)；
式中，R为氯离子结合能力，m为时间依赖性常数，t0、t分别为扩散系数初始参数时间和计算时间，Dt为t时刻氯离子扩散系数，D0初始氯离子扩散系数(在无法通过试验测试时可依据混凝土水灰比进行计算)。
步骤4、将混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型与修正的混凝土中氯离子扩散系数计算公式应用于有限元中，建立混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，即可对不同龄期、不同劣化程度的混凝土内部氯离子侵蚀状况进行预测。
本步骤中，建立混凝土内部二维氯离子浓度扩散有限元模型的过程如下：
步骤4.1、基于COMSOL Multiphysics软件设置氯离子扩散状况的空间温度与仿真环境，选择二维空间维度与化学仿真物理场中的稀物质传递模块进行氯离子侵蚀的瞬态模拟分析。
步骤4.2、将混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型与混凝土中氯离子扩散模型应用于COMSOL Multiphysics有限元模型中，通过建立解析式的方式定义混凝土细观结构各域与边界参数建立二维平面下的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，即可计算混凝土结构不同服役年限的氯离子侵蚀状况。
实施例：
本实施例通过结合实际预应力混凝土板梁的氯离子检测试验和COMSOLMultiphysics有限元数值模拟分析结果进行说明。
试验对象为寒区退役预应力混凝土简支板梁，桥梁全长15.96m，计算跨径15.40m，桥面宽度16.60m，腹板厚度0.23m。混凝土材料为强度等级C40的二级配混凝土，中石骨料粒径20mm–40mm，小石骨料粒径为5mm–20mm，水泥为普通硅酸盐水泥，水灰比为0.49。混凝土保护层厚度为35mm，预应力钢束为6Ф15.2，波纹管直径为60mm，预应力钢束埋置深度为14cm。桥梁实际服役年限为27年。依据《混凝土结构现场检测技术标准(GB/T 50784-2013)》对预应力混凝土板梁全长范围内不同位置混凝土进行钻孔取芯获取试验材料。针对桥梁服役位置27年内气象数据进行统计分析，该地区年平均正负温交替天数为133.4天，年均温度为5.42℃。
步骤1、依据《混凝土结构现场检测技术标准(GB/T 50784-2013)》对寒区退役混凝土桥梁现场钻芯取样，使用酚酞试剂对混凝土芯样进行碳化测试，测得混凝土的平均碳化深度为19.0mm。利用X-ray CT断层扫描技术对现场采集的混凝土芯样进行细观结构扫描，断层扫描图像如图1(a)所示，断层图像三维重构模型如图1(b)所示，依据图像分割原理提取混凝土中骨料体积率为54％。
步骤2、对混凝土各级配骨料面积率进行折算，中石所占骨料面积率为13.4％，小石所占骨料面积率为20.1％，界面过渡区厚度取30μm。借助Python语言与CAD软件绘制随机凸多边形三相细观骨料模型结果如图2所示。
步骤3、基于试验测试数据及桥梁设计资料计算氯离子侵蚀各项影响参数，由于该桥梁初始混凝土氯离子表面浓度Cs0极低所以假设为0％，稳定后混凝土氯离子表面浓度Csmax为0.37％，表征累积速率拟合系数c为0.18738，碳化系数k为3.656，修正系数λ取0.7，自然环境冻融循环次数nact为93.38次，室内外损伤比例系数S为11.5，混凝土的包含水比例系数k为1，年均混凝土室内冻融循环系数nin为8.1次，混凝土所处环境的绝对温度T为278.57K，参考绝对温度T0为293K，激活常数q为5175.25，混凝土温度影响系数kT为0.3808，混凝土劣化影响系数kk为4.223，氯离子结合能力R取2.14，时间依赖性常数m取0.264，扩散系数初始参数时间t0为28d，初始氯离子扩散系数D0为1.299×10-11m2/s，界面过渡区的氯离子扩散系数取为砂浆中氯离子扩散系数的10倍。
步骤4、基于随机凸多边形三相细观骨料及本发明所提出的氯离子侵蚀影响系数，在COMSOL Multiphysics中建立二维平面下氯离子扩散有限元模型，混凝土骨料、界面过渡区、砂浆、钢束各域的定义分别如图3(a)、图3(b)、图3(c)、图3(d)所示，将步骤3中所计算的各项参数与混凝土表面氯离子浓度以函数解析式的方法对划分的各域与边界进行定义，骨料与钢束域视为不透氯离子介质，整体网格划分结果与界面层局部网格分别如图4(a)、图4(b)所示。
基于规范《混凝土结构现场检测技术标准(GB/T 50784-2013)》对混凝土芯样不同深度氯离子含量进行测试得到氯离子浓度实测值，利用COMSOL Multiphysics有限元模型计算混凝土试件第27年氯离子侵蚀浓度得到氯离子浓度理论值，实测值与本发明提出的侵蚀模型理论值对比结果如图5所示。可以看出，混凝土表面由于混凝土服役期间受到冲刷等环境作用影响造成氯离子实测浓度偏低，氯离子在混凝土内部扩散时，本发明所提出模型的理论值与实测值吻合良好，验证了本发明提出的混凝土多因素影响侵蚀模型的准确性与合理性。利用数值模拟氯离子侵蚀5a、10a、20a、30a、40a、50a浓度分布如图6(a)-(f)所示，可以明显看出由于混凝土骨料和预应力钢束的直接阻滞效应所造成的氯离子聚集、堆叠以及扩散路径改变的现象，这也能体现出本发明所建立的二维氯离子侵蚀有限元模型具有良好的模拟效果。

Claims (8)

1.一种基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，其特征在于所述混凝土细观结构氯离子侵蚀模型按照如下步骤进行建立：
步骤1、基于寒区退役混凝土桥梁现场取芯检测和X-ray CT断层扫描技术，获取寒区自然服役环境下材料劣化参数；
步骤2、基于混凝土芯样扫描三维重构图像，生成混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型；
步骤3、利用离子滴定方法对自然环境作用下劣化混凝土构件进行离子浓度测定，假设各年份对混凝土结构所造成的劣化影响效应相同，结合历史气象数据，以有效扩散系数代替表观扩散系数，对劣化混凝土氯离子扩散系数进行修正，建立如下考虑多因素影响的氯离子扩散系数公式：
Figure FDA0003862448900000011
D0＝10-12.06+0.24(w/c)；
Figure FDA0003862448900000012
Figure FDA0003862448900000013
kF＝1+0.0196876nin；
nin＝kwnact/S；
nact(nf)＝λnf；
Figure FDA0003862448900000014
Figure FDA0003862448900000015
Figure FDA0003862448900000021
式中，R为氯离子结合能力，m为时间依赖性常数，t0、t分别为扩散系数初始参数时间和计算时间，Dt为t时刻氯离子扩散系数，D0为初始氯离子扩散系数，kc为混凝土碳化影响系数，xc为混凝土碳化深度，k为碳化系数，tc为碳化时间，nact为自然环境冻融循环次数，λ为修正系数，nf为正负温交替年均天数，S为室内外损伤比例系数，kw为混凝土的包含水系数，kF为混凝土冻融影响系数，nin为混凝土室内冻融循环系数，kT为混凝土温度影响系数，T为混凝土所处环境的绝对温度，T0为参考温度，q为激活常数，kk为混凝土劣化影响系数，w/c为混凝土水灰比；
步骤4、将混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型与修正的混凝土中氯离子扩散系数计算公式应用于有限元中，建立混凝土细观结构氯离子侵蚀模型。
2.根据权利要求1所述的基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，其特征在于所述步骤1中，依据《混凝土结构现场检测技术标准(GB/T 50784-2013)》对混凝土结构进行现场取芯与混凝土碳化深度测试；基于X-ray CT断层扫描技术对混凝土芯样进行细观结构扫描，获得混凝土芯样断层图像并进行模型三维重构，获得混凝土粗骨料、砂浆以及气孔结构的尺寸和空间分布；混凝土配合比参数依据设计图纸和相关文献查阅，在不具备设计资料时，依据规范《普通配合比设计规范设计规程(JGJ 55-2011)》进行配合比计算。
3.根据权利要求1所述的基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，其特征在于所述步骤2中，生成混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型的过程如下：
步骤2.1、混凝土桥梁在施工浇筑过程中混凝土骨料级配符合Fuller理想级配曲线，基于连续级配理论，通过Walraven转换公式与步骤1中X-ray CT扫描三维重构结果，将三维空间各级配骨料的体积率换算成二维平面面积率；
步骤2.2、利用Python语言定义混凝土骨料二维模型截面边长、各级配混凝土骨料的大小与面积率；
步骤2.3、通过uniform函数随机生成混凝土骨料各级配中最小粒径与最大粒径间的随机数作为圆形骨料的半径r，生成骨料级配的顺序按照骨料粒径从大到小，依据圆形骨料半径确定骨料圆心x、y坐标；
步骤2.4、在生成圆形骨料基础上，通过randrange函数随机生成整数n，5≤n≤8，将圆形骨料修饰为随机凸多边形骨料，依据凸多边形随机角角度计算定点坐标，并以增加半径的形式生成骨料与砂浆间的界面过渡区厚度及其顶点坐标；
步骤2.5、判断随机凸多边形骨料外接圆之间是否发生干涉，若发生干涉则依据步骤2.3重新生成骨料，若未发生干涉则输出混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型及与其对应界面过渡区的顶点坐标；
步骤2.6、依据步骤2.1计算得到的骨料面积率，判断随机生成的各级配骨料面积率是否在误差允许范围内并进行参数调配，直到生成的凸多边形骨料模型符合测试结果为止，输出所有凸多边形及其对应界面过渡区顶点坐标导入CAD中完成绘图并生成dxf文件。
4.根据权利要求3所述的基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，其特征在于所述Walraven转换公式表示为：
Figure FDA0003862448900000041
式中，P(D＜D0)为骨料直径小于D0的概率，Pk为混凝土骨料体积率，D0为该级配最小骨料粒径，Dmax为骨料最大粒径。
5.根据权利要求3所述的基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，其特征在于所述骨料圆心x、y坐标通过uniform函数以骨料半径为最小值、以模型边长与骨料半径差值为最大值随机生成。
6.根据权利要求3所述的基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，其特征在于所述凸多边形随机角角度为30°～90°。
7.根据权利要求3所述的基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，其特征在于所述判断随机凸多边形骨料外接圆之间是否发生干涉的判断公式如下：
Figure FDA0003862448900000042
式中，xi、yi分别为新生成凸多边形骨料外接圆圆心横坐标与纵坐标；xj、yj分别为已生成凸多边形骨料外接圆圆心横坐标与纵坐标；ri、rj分别为新生成和已生成凸多边形骨料外接圆半径；η为骨料干涉范围影响系数。
8.根据权利要求1所述的基于寒区自然环境作用的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型，其特征在于所述步骤4中，建立混凝土内部二维氯离子浓度扩散有限元模型的过程如下：
步骤4.1、基于COMSOL Multiphysics软件设置氯离子扩散状况的空间温度与仿真环境，选择二维空间维度与化学仿真物理场中的稀物质传递模块进行氯离子侵蚀的瞬态模拟分析；
步骤4.2、将混凝土随机凸多边形骨料三相细观结构二维平面模型与混凝土中氯离子扩散模型应用于COMSOL Multiphysics有限元模型中，通过建立解析式的方式定义混凝土细观结构各域与边界参数建立二维平面下的混凝土细观结构氯离子侵蚀模型。
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