CN117705692B - 一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法 - Google Patents
一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117705692B CN117705692B CN202410155583.9A CN202410155583A CN117705692B CN 117705692 B CN117705692 B CN 117705692B CN 202410155583 A CN202410155583 A CN 202410155583A CN 117705692 B CN117705692 B CN 117705692B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- durability
- concrete structure
- concrete
- limit state
- evaluation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 97
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 54
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 50
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 97
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 48
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 48
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 33
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims description 26
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 26
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 26
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 17
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 12
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 9
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims description 6
- 150000001804 chlorine Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 claims description 5
- 241001155961 Baris Species 0.000 claims description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 2
- -1 chlorine ions Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 9
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 10
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 5
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
本发明涉及桥梁安全耐久及监测技术领域，尤其是涉及一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法，以解决现有技术中混凝土结构耐久性检测和评定指标现场实施性不强、综合测试指标少、测试样本少、评定指标劣化模型应用局限大和准确性差的问题，所述方法包括如下步骤：配置混凝土对比试件，进而对配筋混凝土结构的耐久性评定参数进行检测监测；基于检测监测的结果和氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性极限状态计算耐久性极限状态评估指标；根据所述耐久性极限状态评估指标计算耐久性分级评定指标；使用所述耐久性分级评定指标评定海洋氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性等级。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁安全耐久及监测技术领域，尤其是涉及一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法。
背景技术
处于海洋氯盐环境中的配筋混凝土桥梁结构，长期受到氯离子侵蚀和碳化的双重作用。随着桥梁服役期不断增长，其耐久性损伤破坏不断严重，甚至影响结构的力学性能和安全性，给交通生命通道安全运营带来较大的潜在风险，使得桥梁的实际使用寿命与设计使用寿命差距较大。
针对海洋氯盐环境，为了减缓或避免发生配筋混凝土桥梁的耐久性损伤，养护管理人员非常注重该类环境下配筋混凝土桥梁的耐久性指标检测监测及评定，以进一步及时、精准把握耐久性病害处置的时机，而当前未形成适用于不同海洋氯盐环境下服役配筋混凝土桥梁耐久性量化评定指标及计算模型，多是参考现行《既有混凝土结构耐久性评定标准》（GBT 51355）、《混凝土结构耐久性评定标准》（CECS 220：2007）及《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTGT 3310-2019）的相关规定，造成实际工程应用过程中耐久性评定指标、评定方法、评定结果的不一致性，尤其不同海洋氯盐环境作用下。
针对氯盐侵蚀环境，现行混凝土结构耐久性评定和设计标准，提出的耐久性评定指标及计算模型均基于氯盐侵蚀造成的钢筋锈蚀劣化机理，缺少综合考虑海洋氯盐环境耐久性劣化因素影响。实际海洋氯盐环境中，尤其浪溅区、水位变动区、近涨潮区等，其混凝土结构碳化和氯盐侵蚀现象均较大气区严重，既有研究成果表明，虽然引起混凝土中钢筋锈蚀的主要原因是氯离子侵蚀，但是碳化作用一方面会改变混凝土微观结构，从而影响氯离子的扩散进程。并且会使原来对钢筋无害的结合氯离子转化为对钢筋有害的自由氯离子，从而加速氯离子的扩散速度，缩短混凝土中钢筋发生锈蚀的时间，严重衰减混凝土结构耐久性剩余寿命，而采用当前的混凝土结构耐久性评定方法，存在较大的潜在安全耐久风险。另外，当前的评定指标确定均来源于试验室加速试验得到，在环境条件、应力状况、等效算法方面与实际工程特点存在一定的差异，尤其耐久性极限使用使命或剩余耐久性寿命。按照当前氯盐环境混凝土结构耐久性评定要求，其重点在于获取氯离子含量的指标，该指标的得到需要在原结构中采用现场钻孔破损取样及实验室测试综合方式下获得，在长期耐久性检测监测实施及评定时效等方面存在较大局限性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法，所述方法包括如下步骤：配置混凝土对比试件，进而对配筋混凝土结构的耐久性评定参数进行检测监测；基于检测监测的结果和氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性极限状态计算耐久性极限状态评估指标；根据所述耐久性极限状态评估指标计算耐久性分级评定指标；使用所述耐久性分级评定指标评定海洋氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性等级。本发明可克服当前混凝土结构耐久性检测和评定指标在长期监测中存在的现场实施性不强、综合测试指标少、测试样本少、评定指标劣化模型应用局限性和准确性差等劣势，以及时和准确地把握氯盐环境下实际配筋混凝土桥梁结构的耐久性状态及处置时机。
可选的，所述配置混凝土对比试件，进而对配筋混凝土结构的耐久性评定参数进行检测监测包括如下步骤：
配置混凝土对比试件，进而开展氯盐环境下混凝土结构耐久性原位测试，测试方式包括有损测试和无损测试；
将有损测试的对象由配筋混凝土结构替换为混凝土对比试件，进而对耐久性评定参数进行检测监测。
进一步的，配置混凝土对比试件能够减少有损测试对配筋混凝土结构的损伤，增加测试样本，增强配筋混凝土结构耐久性监测的现场实施性。
可选的，所述基于检测监测的结果和氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性极限状态计算耐久性极限状态评估指标包括如下步骤：
确定氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性极限状态；
依据检测监测的结果和所述耐久性极限状态计算相应的所述耐久性极限状态评估指标。
进一步的，确定耐久性极限状态，进而计算相应的耐久性极限状态评估指标能够增加综合测试指标，解决指标劣化模型应用局限性和准确性差的问题。
可选的，所述耐久性极限状态包括钢筋开始锈蚀极限状态、氯离子浓度达到临界值极限状态和混凝土保护层锈胀开裂耐久性极限状态，所述耐久性极限状态评估指标包括钢筋开始锈蚀时间、氯离子浓度评价值和混凝土保护层锈胀开裂时间。
可选的，所述依据检测监测的结果和所述耐久性极限状态计算相应的所述耐久性极限状态评估指标包括如下步骤：
处于所述钢筋开始锈蚀极限状态时，在仅考虑氯盐侵蚀作用的情况下依据检测监测的结果计算所述钢筋开始锈蚀时间；
处于所述氯离子浓度达到临界值极限状态时，在考虑碳化和氯盐侵蚀耦合作用的情况下依据检测监测的结果计算所述氯离子浓度评价值；
处于所述混凝土保护层锈胀开裂耐久性极限状态时，依据检测监测的结果计算所述混凝土保护层锈胀开裂时间。
进一步的，对于不同的耐久性极限状态计算出不同的耐久性极限状态评估指标能够增加综合测试指标，解决指标劣化模型应用局限性和准确性差的问题。
可选的，所述钢筋开始锈蚀时间满足如下关系：
其中，为所述钢筋开始锈蚀时间，c为混凝土保护层厚度，/>为氯离子扩散系数，/>为钢筋锈蚀的临界氯离子浓度，/>为混凝土表面氯离子浓度，/>为氯离子扩散系数时间依赖系数，/>为高斯误差函数。
可选的，所述氯离子浓度评价值满足如下关系：
其中，为t时刻深度为x时的氯离子浓度，即所述氯离子浓度评价值，/>为氯离子初始浓度，/>为碳化作用下混凝土表面氯离子浓度，/>混凝土碳化影响下氯离子扩散系数，/>为高斯误差函数。
可选的，所述混凝土保护层锈胀开裂时间满足如下关系：
其中，为所述混凝土保护层锈胀开裂时间，/>为所述钢筋开始锈蚀时间，/>为钢筋开始锈蚀至混凝土保护层锈胀开裂的时间。
可选的，所述根据所述耐久性极限状态评估指标计算耐久性分级评定指标包括如下步骤：
对于所述钢筋开始锈蚀时间和所述混凝土保护层锈胀开裂时间，使用第一计算模型计算所述耐久性分级评定指标；
对于所述氯离子浓度评价值，使用第二计算模型计算所述耐久性分级评定指标。
可选的，所述第一计算模型和所述第二计算模型分别满足如下关系：
其中，为所述耐久性分级评定指标，/>为达到某一个耐久性极限状态的年限，为评定单元已服役年限，/>为环境作用耐久性重要性系数，/>为结构目标使用寿命，/>为某项耐久性极限状态评估指标的临界值，/>为某项耐久性极限状态评估指标的评定值。
进一步的，针对不同的耐久性极限状态选用适当的计算模型来计算耐久性分级评定指标，以提高混凝土结构耐久性评定的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本发明实施例的一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法流程示意图；
图2为本发明实施例的用于在配筋混凝土结构上检测碳化深度的钻孔示意图；
图3为本发明实施例的用于在配筋混凝土结构上检测钢筋锈蚀状况的开口示意图。
其中：1-钻孔，2-开口。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
需要提前说明的是，在一个可选地实施例当中，除了做出独立的说明之外，其它的在所有公式中出现的相同的符号或字母带表的含义和数值相同。
在一个可选地实施例当中，请参见图1，本发明提供了一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法，所述方法包括如下步骤：
S1、配置混凝土对比试件，进而对配筋混凝土结构的耐久性评定参数进行检测监测。
其中，S1具体包括如下步骤：
S11、配置混凝土对比试件，进而开展氯盐环境下混凝土结构耐久性原位测试，测试方式包括有损测试和无损测试。
具体的，在本实施例中，耐久性原位测试的测试方式包括有损检测和无损检测，配筋混凝土结构的耐久性评定参数包括混凝土抗压强度、钢筋保护层厚度、碳化深度、钢筋锈蚀状况、电阻率和混凝土氯离子含量。其中，混凝土抗压强度、钢筋保护层厚度和电阻率采用的检测方法为无损检测，碳化深度、钢筋锈蚀状况和混凝土氯离子含量的检测方法为有损检测，具体如何检测可以参考现有技术。测试电阻率是为了便于判断钢筋锈蚀的快慢，有利于判断钢筋锈蚀的未来发展趋势，电阻率越大，钢筋锈蚀越慢。各个配筋混凝土结构的耐久性评定参数的检测频率均为每年1次。在其他可选的实施例中，配筋混凝土结构的耐久性评定参数可以根据实际需要选择。
更为具体的，混凝土抗压强度的检测标准参考《混凝土结构现场检测技术标准》（GB/T 50784-2013），钢筋保护层厚度的检测标准参考《在用公路桥梁现场检测技术规程》（JTG T5214-2022）和《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21），碳化深度的检测标准参考《在用公路桥梁现场检测技术规程》（JTG T5214-2022），钢筋锈蚀状况的检测标准参考《在用公路桥梁现场检测技术规程》（JTG T5214-2022）和《混凝土中钢筋检测技术标准》（JTG /T152），电阻率的检测标准参考《在用公路桥梁现场检测技术规程》（JTG T5214-2022），混凝土氯离子含量的检测标准参考《在用公路桥梁现场检测技术规程》（JTG T5214-2022）和《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344）。
进一步的，由于对碳化深度、钢筋锈蚀状况和混凝土氯离子含量的检测为有损检测，会对配筋混凝土结构产生一定的破损，例如图2和图3，图2中的三个钻孔1就是为了测量碳化深度，图3中的开口2为矩形，需要将开口处的混凝土凿开使钢筋暴露，以便于检测钢筋锈蚀状况。此外，由于需要对耐久性评定参数进行长期或周期性的检测监测，因此在配筋混凝土结构中进行有损检测具有较大的工程应用局限性，且测试样本少，测试结果不确定性大。为此，需要在与配筋混凝土结构所处的相同或类似环境中建设混凝土对比试件，该混凝土对比试件是与配筋混凝土结构同时建设的，其与配筋混凝土结构具有相同的混凝土强度、钢筋保护层厚度和钢筋直径等。这样就可以在混凝土对比试件中开展各项有损检测或者取样来增加测试样本，而且不会影响到配筋混凝土结构的稳定性，降低了安全隐患。混凝土对比试件的制作可以参考现有技术。
S12、将有损测试的对象由配筋混凝土结构替换为混凝土对比试件，进而对耐久性评定参数进行检测监测。
具体的，在本实施例中，在混凝土对比试件中开展各项有损检测或者取样，在获取混凝土抗压强度、钢筋保护层厚度和电阻率等耐久性评定参数时，依旧可以在配筋混凝土结构上进行，这样既可以保证对配筋混凝土结构的耐久性等级评定的准确性，也能够保证配筋混凝土结构的稳定性不受影响，降低安全隐患。
S2、基于检测监测的结果和氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性极限状态计算耐久性极限状态评估指标。
其中，S2具体包括如下步骤：
S21、确定氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性极限状态。
具体的，在本实施例中，对于海洋氯盐环境下公路桥梁结构，考虑其在交通生命通道中的重要作用及区域经济发展，以及涉水区域主体结构耐久性损伤的不可修复性及其对结构安全性的严重影响，将氯盐环境下评定配筋混凝土结构的耐久性极限状态分别为钢筋开始锈蚀极限状态、氯离子浓度达到临界值极限状态和混凝土保护层锈胀开裂耐久性极限状态。根据配筋混凝土结构所处环境的实际情况划分出配筋混凝土结构不同的耐久性极限状态以增加综合测试指标，使得本方法使用范围更广，解决指标劣化模型应用局限性和准确性差的问题，为提高配筋混凝土结构耐久性等级评定的准确性提供坚实的理论基础。
S22、依据检测监测的结果和所述耐久性极限状态计算相应的所述耐久性极限状态评估指标。
其中，耐久性极限状态评估指标包括钢筋开始锈蚀时间、氯离子浓度评价值和混凝土保护层锈胀开裂时间。对于不同的耐久性极限状态计算出不同的耐久性极限状态评估指标能够增加综合测试指标，解决指标劣化模型应用局限性和准确性差的问题，提高配筋混凝土结构耐久性等级评定的准确性。S22具体又包括如下步骤：
S221、处于所述钢筋开始锈蚀极限状态时，在仅考虑氯盐侵蚀作用的情况下依据检测监测的结果计算所述钢筋开始锈蚀时间。
具体的，在本实施例中，钢筋开始锈蚀时间满足如下关系：
其中，为钢筋开始锈蚀时间；c为混凝土保护层厚度，单位为mm；/>为氯离子扩散系数，单位为mm2/a；/>为钢筋锈蚀的临界氯离子浓度；/>为混凝土表面氯离子浓度，采用调查值或实测数据推算；/>为氯离子扩散系数时间依赖系数，可通过实测获取；/>为高斯误差函数。
更为具体的，综合考虑海洋氯盐环境作用等级、混凝土抗压强度及水胶比等因素影响，钢筋锈蚀的临界氯离子浓度的取值方式可以参考表1。
表1 钢筋锈蚀的临界氯离子浓度的取值方式
| 混凝土抗压强度（MPa） | ≥40 | 30 | ≤25 |
| 水胶比 | ≤0.4 | 0.45 | ≥0.5 |
| C cr （Ⅲ-C、Ⅲ-D、Ⅲ-E） | 1.4 | 1.3 | 1.2 |
| C cr （Ⅲ-F） | 1.4 | 1.4 | 1.4 |
进一步的，根据混凝土氯离子含量检测结果，推算氯离子扩散系数如下：
其中，x为氯离子扩散深度，单位为mm；为配筋混凝土结构建成至检测时的时间，单位为“a”，即“年”；/>为检测时x深度处的氯离子浓度，单位为kg/m3。
S222、处于所述氯离子浓度达到临界值极限状态时，在考虑碳化和氯盐侵蚀耦合作用的情况下依据检测监测的结果计算所述氯离子浓度评价值。
具体的，在本实施例中，既有近海或跨海桥梁碳化深度检测指标显示，浪溅区和变水位区的混凝土碳化深度远大于陆上和水上近海大气环境混凝土结构，因此，对于Ⅲ-E和Ⅲ-F环境条件，应考虑碳化对氯盐侵蚀的影响。既有研究成果表明，碳化对氯离子侵蚀存在正负效应，一方面碳化产物填充了混凝土孔隙，阻止了氯离子扩散，另一方面碳化将释放结合氯离子从而导致自由氯离子增多。碳化后，低水胶比混凝土的氯离子扩散系数有所下降，而高水胶比混凝土的氯离子扩散系数显著增大。氯离子浓度评价值满足如下关系：
其中，为t时刻深度为x时的氯离子浓度，即氯离子浓度评价值，单位为kg/m3；t为混凝土结构暴露于环境中的时间，单位采用“a”表示，也可使用“年”；/>为氯离子初始浓度，单位为kg/m3；/>为碳化作用下混凝土表面氯离子浓度，单位为kg/m3，通过实测获得；/>混凝土碳化影响下氯离子扩散系数，单位为mm2/a，通过实测获得；/>为高斯误差函数。
更为具体的，考虑到碳化作用下混凝土内部游离氯离子浓度比外界游离氯离子浓度高，内部游离氯离子会向外扩散，则满足如下关系：
其中，和/>均为修正系数，/>，/>为配筋混凝土结构表面氯离子浓度，/>和宜用每隔2~3年实测数据推算得到。
考虑氯离子扩散系数时间依赖性时，满足如下关系：
其中，据相应环境中混凝土中氯离子含量检测结果，应用S221提供的关系式推算氯离子扩散系数。/>值宜用每隔2~3年实测数据推算的/>值确定。
当没有实测数据来推算时，可按下式确定氯离子扩散系数时间依赖系数/>：
其中，为粉煤灰占胶凝材料百分比，/>为磨细矿渣占胶凝材料百分比，和/>都可以通过实测获得。
S223、处于所述混凝土保护层锈胀开裂耐久性极限状态时，依据检测监测的结果计算所述混凝土保护层锈胀开裂时间。
具体的，在本实施例中，混凝土保护层锈胀开裂时间满足如下关系：
其中，为混凝土保护层锈胀开裂时间，/>为钢筋开始锈蚀时间，/>为钢筋开始锈蚀至混凝土保护层锈胀开裂的时间。
更为具体的，钢筋开始锈蚀至混凝土保护层锈胀开裂的时间满足如下关系：
其中，为混凝土保护层开裂时刻的临界钢筋锈蚀深度，单位为mm；/>为氯盐腐蚀环境保护层开裂前钢筋的平均锈蚀速度，单位为mm/a。/>和/>的计算方法可参考现行《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTGT 3310-2019）附录A。
S3、根据所述耐久性极限状态评估指标计算耐久性分级评定指标。
其中，S3具体包括如下步骤：
S31、对于所述钢筋开始锈蚀时间和所述混凝土保护层锈胀开裂时间，使用第一计算模型计算所述耐久性分级评定指标。
具体的，在本实施例中，第一计算模型满足如下关系：
其中，为耐久性分级评定指标，/>为达到某一个耐久性极限状态的年限，/>为评定单元已服役年限，/>为环境作用耐久性重要性系数，/>为结构目标使用寿命。分别使用步骤S221和S223得到/>的/>和替换/>，即可计算出相应的/>。
更为具体的，将配筋混凝土结构分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞，则针对配筋混凝土结构上不同的公路等级，的取值具体可参考表2。
表2 结构目标使用寿命的取值方式
| 公路等级 | 特大桥和大桥 | 中桥 | 小桥和涵洞 |
| 高速公路一级公路 | 100年 | 100年 | 50年 |
| 二级公路三级公路 | 100年 | 50年 | 30年 |
| 四级公路 | 100年 | 50年 | 30年 |
进一步的，环境作用耐久性重要性系数应根据海洋氯盐环境作用等级进行确定，如表3所示。
表3 环境作用耐久性重要性系数取值方式
| 海洋氯盐环境作用等级 | C | D | E | F | |
| 近海或海洋氯化物环境 | Ⅲ | Ⅲ-C | Ⅲ-D | Ⅲ-E | Ⅲ-F |
| 劣化机理 | Ⅲ | 氯盐引起钢筋锈蚀 | 氯盐引起钢筋锈蚀 | 碳化和氯盐耦合作用引起钢筋锈蚀 | 碳化和氯盐耦合作用引起钢筋锈蚀 |
| 环境作用耐久性重要性系数 | 0.9 | 1.0 | 1.1 | 1.1 |
表3中，C、D、E和F表示环境作用影响程度，依次为中度、严重、非常严重和极端严重。
更进一步的，近海或海洋氯化物环境类别及作用等级划分符合现行《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTGT 3310-2019）的规定，具体可参考表4。
表4 近海或海洋氯化物环境类别及作用等级
| 近海或海洋氯化物环境类别及作用等级 | 环境条件 |
| Ⅲ-C | 永久浸没于海水或埋于土中 |
| Ⅲ-C | 盐雾影响区：涨潮线以外300m~1.2km范围内的陆上环境 |
| Ⅲ-D | 轻度盐雾区：距平均水位15m高度以上的海上大气环境 |
| Ⅲ-D | 距离涨潮岸线以外100~300m范围内的陆上环境 |
| Ⅲ-E | 重度盐雾区：距平均水位15m高度以内的海上大气环境 |
| Ⅲ-E | 距离涨潮岸线以外100m范围内的陆上环境 |
| Ⅲ-E | 非炎热地区（年平均温度低于20℃）的潮汐区和浪溅区 |
| Ⅲ-F | 炎热地区（年平均温度高于20℃）的潮汐区和浪溅区 |
S32、对于所述氯离子浓度评价值，使用第二计算模型计算所述耐久性分级评定指标。
具体的，在本实施例中，第二计算模型满足如下关系：
其中为某项耐久性极限状态评估指标的临界值，/>为某项耐久性极限状态评估指标的评定值。本实施例中/>为氯离子浓度达到临界值极限状态的氯离子浓度临界值，的取值可以参考现有技术。
更为具体的，使用步骤S222计算得到的替换/>，即可计算出相应的/>。
S4、使用所述耐久性分级评定指标评定海洋氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性等级。
具体的，在本实施例中，海洋氯盐环境下配筋混凝土结构耐久性评定分为构件和评定单元两个层级，其耐久性等级分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ共三个等级，这三个等级表示的耐久性状态依次为良好、一般和较差，每一个耐久性等级都对应着一个相应的耐久性养护情况，具体如表5所示。
表5 海洋氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性等级
| 耐久性等级 | 耐久性状态 | 耐久性养护情况 |
| Ⅰ | 良好 | 不需要采用耐久性防护措施 |
| Ⅱ | 一般 | 耐久性有劣化趋势，可不采取或部分采取耐久性防护措施 |
| Ⅲ | 较差 | 耐久性不满足要求，应及时采取久性防护措施 |
进一步的，配筋混凝土结构的耐久性等级与耐久性分级评定指标的对应关系如表6所示。
表6配筋混凝土结构的耐久性等级与耐久性分级评定指标的对应关系
| 耐久性等级 | 耐久性状态 | 耐久性分级评定指标 |
| Ⅰ | 良好 | 耐久性分级评定指标大于或者等于1.5 |
| Ⅱ | 一般 | 耐久性分级评定指标大于1但小于1.5 |
| Ⅲ | 较差 | 其他 |
通过步骤S3计算出耐久性分级评定指标之后，就可以根据表6的内容来评定配筋混凝土结构处于哪一个耐久性等级，便于相关人员及时采取应对措施，降低安全隐患。
需要说明的是，在一些情况下，在说明书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果，在本实施例当中，所给出的步骤顺序仅仅是为了使实施例看起来更加清晰明了，方便说明，而非对其限制。
综上所述，本发明通过配置混凝土对比试件来对配筋混凝土结构的部分耐久性评定参数进行检测监测，既可以保证对配筋混凝土结构的耐久性等级评定的准确性，也能够保证配筋混凝土结构的稳定性不受影响，降低安全隐患；其次，通过准确划分氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性极限状态，进而计算出不同的耐久性极限状态评估指标，增加了本方法的适用范围，提高了配筋混凝土结构耐久性等级评定的准确性。可见，可克服当前混凝土结构耐久性检测和评定指标在长期监测中存在的现场实施性不强、综合测试指标少、测试样本少、评定指标劣化模型应用局限性和准确性差等劣势，以及时和准确地把握氯盐环境下实际配筋混凝土桥梁结构的耐久性状态及处置时机。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (2)
1.一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
配置混凝土对比试件，进而对配筋混凝土结构的耐久性评定参数进行检测监测；
确定氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性极限状态，所述耐久性极限状态包括钢筋开始锈蚀极限状态、氯离子浓度达到临界值极限状态和混凝土保护层锈胀开裂耐久性极限状态，耐久性极限状态评估指标包括钢筋开始锈蚀时间、氯离子浓度评价值和混凝土保护层锈胀开裂时间；
处于所述钢筋开始锈蚀极限状态时，在仅考虑氯盐侵蚀作用的情况下依据检测监测的结果计算所述钢筋开始锈蚀时间，所述钢筋开始锈蚀时间满足如下关系：
，
其中，为所述钢筋开始锈蚀时间，c为混凝土保护层厚度，/>为氯离子扩散系数，为钢筋锈蚀的临界氯离子浓度，/>为混凝土表面氯离子浓度，/>为氯离子扩散系数时间依赖系数，/>为高斯误差函数；
处于所述氯离子浓度达到临界值极限状态时，在考虑碳化和氯盐侵蚀耦合作用的情况下依据检测监测的结果计算所述氯离子浓度评价值，所述氯离子浓度评价值满足如下关系：
，
其中，为t时刻深度为x时的氯离子浓度，即所述氯离子浓度评价值，/>为氯离子初始浓度，/>为碳化作用下混凝土表面氯离子浓度，/>混凝土碳化影响下氯离子扩散系数，为高斯误差函数；
处于所述混凝土保护层锈胀开裂耐久性极限状态时，依据检测监测的结果计算所述混凝土保护层锈胀开裂时间，所述混凝土保护层锈胀开裂时间满足如下关系：
，
其中，为所述混凝土保护层锈胀开裂时间，/>为所述钢筋开始锈蚀时间，/>为钢筋开始锈蚀至混凝土保护层锈胀开裂的时间；
对于所述钢筋开始锈蚀时间和所述混凝土保护层锈胀开裂时间，使用第一计算模型计算耐久性分级评定指标；
对于所述氯离子浓度评价值，使用第二计算模型计算所述耐久性分级评定指标；
所述第一计算模型和所述第二计算模型分别满足如下关系：
，
，
其中，为所述耐久性分级评定指标，/>为达到某一个耐久性极限状态的年限，/>为评定单元已服役年限，/>为环境作用耐久性重要性系数，/>为结构目标使用寿命，/>为某项耐久性极限状态评估指标的临界值，/>为某项耐久性极限状态评估指标的评定值；
使用所述耐久性分级评定指标评定海洋氯盐环境下配筋混凝土结构的耐久性等级。
2.根据权利要求1所述的一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法，其特征在于，所述配置混凝土对比试件，进而对配筋混凝土结构的耐久性评定参数进行检测监测包括如下步骤：
配置混凝土对比试件，进而开展氯盐环境下混凝土结构耐久性原位测试，测试方式包括有损测试和无损测试；将有损测试的对象由配筋混凝土结构替换为混凝土对比试件，进而对耐久性评定参数进行检测监测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410155583.9A CN117705692B (zh) | 2024-02-04 | 2024-02-04 | 一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410155583.9A CN117705692B (zh) | 2024-02-04 | 2024-02-04 | 一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117705692A CN117705692A (zh) | 2024-03-15 |
| CN117705692B true CN117705692B (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=90151886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410155583.9A Active CN117705692B (zh) | 2024-02-04 | 2024-02-04 | 一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117705692B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06305800A (ja) * | 1993-04-27 | 1994-11-01 | Toagosei Chem Ind Co Ltd | コンクリート用耐久性付与剤及びコンクリート |
| CN110826199A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-21 | 清华大学 | 基于非完备信息更新混凝土结构耐久性预测模型的方法 |
| AU2021100448A4 (en) * | 2021-01-24 | 2021-04-15 | Center of Civil Engineering Testing , Huazhong University of Science and Technology | Fuzzy Bayesian Network-based Method for Dynamic Evaluation and Control of Concrete Durability |
| CN114065517A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-18 | 深圳大学 | 一种采用新型模型无损预测混凝土耐久性能的方法与系统 |
| CN117272805A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-22 | 中国核工业二四建设有限公司 | 一种混凝土结构耐久性全寿命分析方法和系统 |
| CN117368082A (zh) * | 2023-09-04 | 2024-01-09 | 中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司 | 一种输电线路混凝土基础腐蚀性评估方法 |
-
2024
- 2024-02-04 CN CN202410155583.9A patent/CN117705692B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06305800A (ja) * | 1993-04-27 | 1994-11-01 | Toagosei Chem Ind Co Ltd | コンクリート用耐久性付与剤及びコンクリート |
| CN110826199A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-02-21 | 清华大学 | 基于非完备信息更新混凝土结构耐久性预测模型的方法 |
| AU2021100448A4 (en) * | 2021-01-24 | 2021-04-15 | Center of Civil Engineering Testing , Huazhong University of Science and Technology | Fuzzy Bayesian Network-based Method for Dynamic Evaluation and Control of Concrete Durability |
| CN114065517A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-02-18 | 深圳大学 | 一种采用新型模型无损预测混凝土耐久性能的方法与系统 |
| CN117368082A (zh) * | 2023-09-04 | 2024-01-09 | 中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司 | 一种输电线路混凝土基础腐蚀性评估方法 |
| CN117272805A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-22 | 中国核工业二四建设有限公司 | 一种混凝土结构耐久性全寿命分析方法和系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于服役寿命的海工结构耐久性评定;刘荣桂;汤灿;陈妤;郝文峰;惠秋景;;水运工程;20100525(第05期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117705692A (zh) | 2024-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yahaya et al. | Effects of clay and moisture content on soil-corrosion dynamic | |
| Zhuang et al. | Cracking behavior of reinforced concrete piles externally bonded with carbon fiber reinforced polymer in a marine environment | |
| Shubbar et al. | Using non-destructive tests for evaluating flyover footbridge: case study | |
| CN117368082A (zh) | 一种输电线路混凝土基础腐蚀性评估方法 | |
| CN117705692B (zh) | 一种海洋环境混凝土结构耐久性原位监测推演及评估方法 | |
| Presuel-Moreno et al. | Corrosion propagation of rebar embedded in low w/c binary concrete blends exposed to seawater | |
| Poberezhny et al. | Corrosion-mechanical behavior of gas main steel in saline soils | |
| Prachasaree et al. | Field investigation of service performance of concrete bridges exposed to tropical marine environment | |
| Dacuan et al. | Mechanical properties of corroded-damaged reinforced concrete pile-supporting wharves | |
| Pepenar | Chloride-induced corrosion damage of reinforced concrete structures: Case studies and laboratory research | |
| Berndt | Lucinda Jetty revisited: alkali-silica reaction and corrosion in prestressed concrete | |
| CN117589974B (zh) | 用于耐腐蚀清水混凝土的检测方法 | |
| Nagaraju et al. | Reliability based service life prediction of bridges in Indian coastal region | |
| Guodong et al. | Study on Durability Computer Evaluation Model of Underwater Pile Foundation of Concrete Bridge | |
| Kennedy | Corrosion Measurement of Reinforcement Mechanical Properties Embedded in Concrete Slab using Electrochemical Corrosion Potential Probability | |
| Basdeki et al. | Mechanical Behavior Evaluation of Tempcore and Hybrid Reinforcing Steel Bars via a Proposed Fatigue Damage Index in Long Terms. Metals 2021, 11, 834 | |
| Broomfield | The corrosion of steel in concrete-basic understanding, monitoring and corrosion control methods.(Guides to Good Practice in Corrosion Control No. 9) | |
| Becerra‐Mosquera et al. | The Arousa Island bridge. Complete refurbishment and 10 years analysis description | |
| Theng et al. | COMPARATIVE STUDY ON DURABILITY OF 150MPa ULTRA-HIGH PERFORMANCE FIBER REINFORCED CONCRETE (UHPFRC) MEMBER WITH CRACKS UNDER CHLORIDE ENVIRONMENT | |
| Haque et al. | Evaluation and rehabilitation of Shuwaikh Port in Kuwait | |
| Patil et al. | Structural Health Monitoring of Existing Reinforced Concrete Jetty Structure: A Review | |
| Dhir et al. | : DURABILITY ASSESSMENT OF MARINE CONCRETE STRUCTURES | |
| Wang et al. | A Theory Calculation Model of Safety Detection Cycle for Existing Reinforced Concrete Structures | |
| Smith et al. | Corrosion-Resistant Steel Reinforcing Bars Initial Test | |
| Ranasinghe et al. | Combined use of non-destructive tests, visual inspection and service life prediction to ensure the reliability of reinforced concrete water tanks. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |