CN117740665B - 混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法、系统及装置，涉及混凝土结构耐久性评估技术领域，方法主要包括：制备标准试件；对标准试件进行氯盐侵蚀加速试验；搭建光谱系统；扫描标准试件，得到光谱数据；检测标准试件中目标离子的化学指标；基于化学指标与光谱数据之间的对应关系，构建数据库；筛选数据库中目标离子的特征波长；基于特征波长及化学指标，训练神经网络模型，用于推算氯离子含量；采集被测构件的光谱数据，输入神经网络模型，输出氯离子含量。本发明不会破坏被测构件或结构的整体性，评定速度快、准确性高且功能扩展性强，通过采集光谱扫描数据，即可对混凝土结构氯盐侵蚀耐久性做出准确评估。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土结构耐久性评估技术领域，尤其是涉及一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法、系统及装置。
背景技术
混凝土结构所处的环境类别中包括氯盐环境，一般是指滨海环境，氯盐环境按照具体应用场景又可划分为水下区、潮汐区、浪溅区及大气区。氯盐环境对混凝土结构的耐久性有着很大的影响，氯盐会破坏混凝土结构中钢筋表面的钝化膜，使得钢筋露出铁基体，产生“腐蚀电池”，加速钢筋锈蚀，引起钢筋的体积膨胀，进而对混凝土产生内压力，导致混凝土的剥落、开裂等现象。同时，高氯离子含量溶液的侵蚀会导致混凝土的孔隙度增大，从而降低混凝土的密实性和强度，破坏混凝土中的水泥胶体，使其失去稳定性，导致混凝土基材的结构破坏。
目前，混凝土中氯离子的含量检测的常用方法有三种：
方法一、通过钻孔取样，使用直接电位法、电位滴定法、莫尔(Mohr)法和佛尔哈德法等定量分析方法，测量溶液中的氯离子，包括自由态氯离子或氯化物总含量；
方法二、采用高压设备(施加约650MPa的压力)，将混凝土粉末样品中的孔隙溶液压出，然后再进行定量分析；
方法三、RCT测试方法，具体是根据不含任何杂质的氯离子溶液所产生的电位差与其浓度存在正比例的关系，得到氯离子浓度。测试过程中要使用特殊的萃取液，提取混凝土粉样中的氯离子，而屏蔽其他阴离子，在提取过的混凝土粉样溶液中，由于氯离子发生氧化还原反应，产生电位差，再通过关系式反推得到氯离子浓度数值。
显然，这三种方法对被检测构件或结构具有破坏性，从而可能对现有结构整体性或强度产生影响；并且操作步骤复杂、费时，还容易引入误差；而且每次试验只能获取测点局部氯离子的含量情况，无法全面了解整个结构或构件表面的氯离子含量情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法、系统及装置，以解决现有技术中存在的至少一个上述技术问题。
第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法，包括如下步骤：
步骤S10、基于混凝土评定条件，分类制备若干组第一标准试件及第二标准试件，采集第一标准试件的物理指标；所述评定条件包括混凝土强度等级、应用场景及氯盐侵蚀浓度等；所述第一标准试件的尺寸，根据被测构件的钢筋直径及混凝土保护层厚度等确定；所述第二标准试件，用于根据混凝土试验检测的技术规范，例如《水运工程混凝土试验检测技术规范》（JTS/T 236—2019），进行抗氯离子渗透性试验；
步骤S20、根据所述技术规范，对第二标准试件进行抗氯离子渗透性试验，测得氯离子扩散系数；
步骤S30、基于混凝土保护层厚度、氯离子扩散系数、物理指标、技术规范和Fick第二定律，计算相应应用场景的氯盐溶液浓度；基于氯盐溶液浓度配置试验溶液，对第一标准试件进行加速试验；
步骤S40、通过光谱相机，组建光谱系统，例如近红外高光谱系统；
步骤S50、对第一标准试件的表面进行光谱扫描，得到光谱成像数据；
步骤S60、对光谱成像数据进行预处理，得到光谱曲线；
步骤S70、通过定量分析方法，对第一标准试件表面的化学指标进行检测；所述化学指标包括目标离子的含量，例如氯离子、氢氧根、碳酸根等；
步骤S80、基于所述光谱曲线及所述化学指标之间的对应关系，建立数据库；
步骤S90、通过数学分析方法简化数据库，筛选目标离子的特征波长；所述目标离子包括氯离子和/或氢氧根离子和/或碳酸根离子等；
步骤S100、基于所述特征波长及所述化学指标，构建评定模型，用于根据目标离子的特征波长，推算氯离子含量；
步骤S110、采集被测构件的混凝土表面光谱数据；将所述混凝土表面光谱数据输入至所述评定模型，输出被测构件的混凝土表面氯离子含量。
通过上述方法，利用混凝土表面光谱数据中有关氯离子含量的特征波长构建数学模型，进而完成对被测构件的氯盐侵蚀耐久性评定，避免了对被测构件的破坏。
在一种可行的实施方式中，所述第一标准试件按照被测构件的钢筋直径和混凝土保护层厚度进行制备，便于模拟实际工程中的被测构件。
在一种可行的实施方式中，所述第一标准试件密封其平行于钢筋方向的某两个相对侧面及垂直于钢筋方向的两个侧面，有利于后序按照Fick第二定律进行氯离子一维扩散。
在一种可行的实施方式中，步骤S10中采集第一标准试件物理指标的方法为：依据第一标准试件的制备方法，制备不含钢筋的第三标准试件；根据技术规范中物理指标的试验方法，采集第三标准试件的试验数据，测得的试验数据作为第一标准试件的物理指标；这样可以经济、方便、准确地获得第一标准试件的物理指标。
在一种可行的实施方式中，所述第一标准试件的物理指标包括：混凝土强度等级、龄期、水灰比、水胶比、含水率、孔隙率以及混凝土掺合料的种类和质量配比等信息。
在一种可行的实施方式中，所述评定条件中的混凝土强度等级可按照常用混凝土强度等级，分别为C20、C30、C40、C50、C60等。
在一种可行的实施方式中，所述评定条件中的氯盐侵蚀浓度是指用于浸泡标准试件的氯离子溶液的浓度，该浓度按照倍率分类，至少包括0、0.25、0.5、0.75及1倍。
在一种可行的实施方式中，所述第二标准试件及所述第三标准试件按照强度等级进行制备，一种强度等级至少制备3个试件，这样可以减小试验误差对测得数据的影响。
在一种可行的实施方式中，步骤S30中计算氯盐溶液浓度的具体方法包括：
步骤S30-1、确定混凝土保护层厚度x、水胶比R W/B及氯离子扩散系数D;基于混凝土掺合料的种类和质量配比，计算混凝土内部氯离子含量；
步骤S30-2、基于技术规范，确定判定结构丧失承载力时钢筋表面临界氯离子浓度c；
步骤S30-3、根据氯盐侵蚀耐久性的时间需求，确定加速试验持续时间t;
步骤S30-4、根据Fick第二定律，计算混凝土表面氯离子浓度，具体公式可以为：
；
其中，erf表示误差函数；
步骤S30-5、基于技术规范，计算氯盐溶液浓度，具体公式可以为：
；
其中，表示被测构件距离海面的修正系数：当处于大气区时，取值为0.7；当处于潮汐区时，取值为1；当处于水下区时，距离海面1米处取值为1，距离海面25米处取值为1.4；/>表示离海岸距离的修正系数，0公里处取值为1.0，1公里处取值为0.6；/>表示混凝土表面温度影响的修正系数，当温度为0℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃和35℃时，分别取2.2、1.5、1.2、1.0、0.8、0.7和0.6。
在一种可行的实施方式中，步骤S30中的加速试验包括：氯盐浸泡试验、氯盐干湿循环试验及氯盐盐雾试验，这三种试验分别对应氯盐环境的水下区、潮汐区及大气区，这样根据三种不同的应用场景，分别进行三种不同的试验，以便后序测得相应的近红外高光谱曲线。
在一种可行的实施方式中，步骤S40的具体方法包括：
步骤S40-1、黑白标定：首先拍摄全白标定图像W，然后拍摄全黑标定图像S，计算标定后的相对图像R,具体公式可以为：
；
其中，I表示原始图像；
步骤S40-2、扫描参数设定：测量第一标准试件上表面距离相机镜头的高度，根据高度计算光谱图像采集时的曝光时间及扫描速度等参数，并根据第一标准试件待测面的大小确定扫描距离，以保证可以采集到整个第一标准试件待测面的图像即可。
在一种可行的实施方式中，步骤S60中预处理的方法包括：多元散射校正、标准正态变量变换、尺度缩放、平滑算法、导数算法、主成分滤波和独立成分滤波、小波变换等现有方法，可根据实际情况选择合适的预处理方法。
在一种可行的实施方式中，步骤S70中检测表面氯离子含量的方法包括直接电位法、电位滴定法、莫尔(Mohr)法、佛尔哈德法、RCT测试等现有方法，通过这些方法可以测得第一标准试件表面的氯离子含量。
在一种可行的实施方式中，步骤S70中化学指标包括：氯离子扩散系数D、碳酸根离子（）含量、氢氧根离子（OH-）含量等。
在一种可行的实施方式中，碳酸根离子含量、氢氧根离子含量可根据混凝土结构耐久性的设计标准，例如《混凝土结构耐久性设计标准》（GB/T 50476-2019），通过重量法进行检测。
在一种可行的实施方式中，步骤S80的数据库，包括氯离子含量、碳酸根离子含量及氢氧根离子含量分别与光谱曲线之间的一一对应关系。
在一种可行的实施方式中，步骤S90中的数学分析方法包括相关系数法、权重系数法、主成分分析法、波段比、遗传算法、逐步回归法等，通过这些方法可以得到与氯离子、碳酸根离子、氢氧根离子等的含量具有较强相关性的特征波长。
在一种可行的实施方式中，步骤S100包括：将数据库中的数据按照70%、15%和15%的比例划分为训练集、验证集和测试集，将目标离子作为标签；使用z-score或者min-maxscaling等标准化方法对数据进行标准化，使得模型训练过程更加稳定；对神经网络模型，例如一维卷积神经网络（1D-CNN），进行训练、验证和测试，得到评定模型；从而建立标准试件表面的氯离子含量与光谱曲线特征之间的数学模型。
在一种可行的实施方式中，在训练集、验证集和测试集中还分别包括物理指标，从而可以根据实际需求，构建混凝土标准试件表面的光谱曲线特征与若干化学指标和/或物理指标之间的评定模型。
第二方面，基于相同的发明构思，本申请还提供了一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定系统，包括数据接收模块、数据处理模块及结果生成模块：
所述数据接收模块，用于接收被测构件的混凝土表面光谱数据；
所述数据处理模块，包括数据库、模型单元及评定单元：
所述数据库，存储有标准试件表面的化学指标及光谱曲线；所述化学指标包括氯离子含量；
所述模型单元，通过数学分析方法简化所述数据库，筛选目标离子的特征波长，构建评定模型，用于根据目标离子的特征波长，推算氯离子含量；
所述评定单元，调用所述评定模型，输入被测构件的混凝土表面光谱数据，得到混凝土表面氯离子含量；
所述结果生成模块，用于将混凝土表面氯离子含量外发。
第三方面，基于相同的发明构思，本申请还提供了一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定装置，包括处理器、存储器及总线，所述存储器存储由处理器读取的指令及数据，所述处理器用于调用所述存储器中的指令及数据，以执行如上所述的混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法，所述总线连接各功能部件之间传送信息。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法、系统及装置，基于光谱图像进行检测，不会对被测构件或结构产生破坏；本方案在评定模型构建完成后，只需对被测构件进行光谱图像采集，根据图像数据完成耐久性评定，大大缩短了评定周期，有利于提升检测效率；本方案通过对氯离子及其相关离子的特征波长进行识别，可准确检测材料表面的氯离子含量，相比于传统的定性或半定量方法更加精确；本方案还可以根据实际需求，构建综合化学指标及物理指标的评定模型，为混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定提供全面的数据支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1为本发明实施例提供的混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的步骤S30中计算氯盐溶液浓度的具体方法流程图；
图3为本发明实施例提供的步骤S40的具体方法流程图；
图4为本发明实施例提供的混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定系统图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了便于理解下述各实施例，先就本申请的发明构思简述如下：
针对背景技术中的技术问题，本申请考虑通过光谱相机采集被测混凝土（例如硅酸盐混凝土）构件表面的光谱图像，通过对光谱图像中有关氯盐侵蚀特征元素的特征波长进行机器识别，进行氯盐侵蚀耐久性评定，这种方法既不会对被测构件产生破坏，又能大大提升评定效率。
其中，通过对标准试件进行加速侵蚀试验并采集其光谱图像，作为数据库的数据来源，保证了评定基准的可比性；再通过筛选数据库中的特征波长，并以此为基础进行神经网络训练，保证了评定模型的可靠性。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
还需要说明的是，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而这些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供的混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法，具体应用场景为水下区，包括：
步骤S10、基于混凝土评定条件，分类制备若干组第一标准试件及第二标准试件，采集第一标准试件的物理指标；所述评定条件包括混凝土强度等级、应用场景及氯盐侵蚀浓度等；所述第一标准试件，用于模拟被测构件的钢筋及混凝土尺寸；所述第二标准试件，用于根据《水运工程混凝土试验检测技术规范》（JTS/T 236—2019），进行抗氯离子渗透性试验；
第一标准试件是在混凝土试件内部提前放置钢筋后浇筑试件，试件尺寸根据内含钢筋直径和混凝土保护层厚度而定，用于模拟实际工程中被测构件的钢筋混凝土结构子模块；本实施例中内含钢筋直径为32mm，混凝土保护层厚度为59mm（满足氯盐环境水下区的钢筋最小保护层厚度要求），钢筋长度为182mm；由于Fick第二定律描述氯离子扩散过程是一个一维过程，因此对第一标准试件中平行于钢筋方向的两个相对侧面和垂直钢筋方向的两个侧面进行密封。
第二标准试件按照《水运工程混凝土试验检测技术规范》（JTS/T 236—2019）中对试件的规定进行制作。
为了获得第一标准试件的物理指标，可根据第一标准试件的材料、设备及施工工艺，制作一批不含钢筋的硅酸盐混凝土标准试件作为第三标准试件，第三标准试件整体尺寸均设置为；根据技术规范中物理指标的试验方法，对第三标准试件进行试验得到相应数据，得到的相关数据作为第一标准试件的物理指标，具体包括：混凝土强度等级、龄期、水灰比、水胶比、含水率、孔隙率以及混凝土掺合料的种类和质量配比等信息。
标准试件的混凝土强度等级可设计为常用混凝土等级，分别为C20、C30、C40、C50、C60；同时为获得混凝土表面具有不同氯离子浓度的光谱曲线，制作材质相同的标准试件参照组，浸泡至不同氯离子浓度的溶液中，至少包括0、0.25、0.5、0.75及1倍氯离子浓度。
第二标准试件及第三标准试件按照混凝土强度等级进行制备，一种强度等级至少浇筑3个试件，以便减小试验误差对测得数据的影响；对于第一标准试件的强度等级可根据实际需求进行设计；
步骤S20、根据规范《水运工程混凝土试验检测技术规范》（JTS/T 236—2019）的规定，对第二标准试件进行混凝土抗氯离子渗透性试验，测得氯离子扩散系数；
步骤S30、结合混凝土保护层厚度、氯离子扩散系数、物理指标、技术规范和Fick第二定律，计算氯盐溶液浓度；基于氯盐溶液浓度配置试验溶液，对第一标准试件进行加速试验，如图2所示：
步骤S30-1、得到步骤S10中混凝土保护层厚度x（单位：m）、水胶比R W/B及步骤S20中氯离子扩散系数D（单位：m2/s）;基于混凝土掺合料的种类和质量配比，计算混凝土内部氯离子含量(%)；
步骤S30-2、基于技术规范，确定判定结构丧失承载力时钢筋表面临界氯离子浓度c(%)；
步骤S30-3、根据氯盐侵蚀耐久性的时间需求，确定加速试验持续时间t（s）;
步骤S30-4、根据Fick第二定律的基本数学模型，确定混凝土表面氯离子浓度(%)，具体公式如下：
；
其中，erf表示误差函数；
步骤S30-5、基于技术规范，计算得到氯盐溶液浓度，具体公式如下：
；
本实施例为水下区，因此取值为1，/>取值为1.0，温度为常温25℃，/>取值为0.8；
通过步骤S30-1~S30-5可以计算得到氯盐溶液浓度，将/>作为常数。氯盐环境的水下区对应的加速试验为氯盐浸泡试验，具体包括：将标准养护28天的第一标准试件置于带盖的蓝色塑料箱内，采用预先设定的氯盐侵蚀浓度分组配置溶液，浸泡溶液的浓度按预设参照组的倍率及常数进行配置（倍率乘以常数：0倍/>、0.25倍/>、0.5倍/>、0.75倍/>及1倍/>），静置一夜待溶液成分完全溶解后倒入塑料箱内，保证液面高出混凝土标准试件表面2cm以上，随后将塑料箱置于标准养护室内，以保证外部环境的稳定，试验进行至预设持续时间后结束试验；
步骤S40、通过近红外高光谱CCD相机,组建近红外高光谱系统,如图3所示，具体包括：
步骤S40-1、进行黑白标定：首先对标准白板进行扫描拍摄，获得全白标定图像W，然后盖上镜头盖获得全黑标定图像S，计算出标定后的相对图像R,具体公式可以为：
；
其中，I表示原始图像；
步骤S40-2、扫描参数设定：将第一标准试件置于电动位移采集平台，测量第一标准试件上表面距离相机镜头的高度，根据高度计算光谱图像采集时的曝光时间及扫描速度等参数，并根据第一标准试件待测面的大小确定扫描距离，以保证可以采集到整个第一标准试件待测面的图像即可；
步骤S50、对第一标准试件的暴露表面进行近红外高光谱扫描，得到各个标准试件暴露表面的近红外高光谱成像数据；
步骤S60、对近红外高光谱成像数据进行预处理，得到光谱曲线，具体包括：多元散射校正、标准正态变量变换、尺度缩放、平滑算法、导数算法、主成分滤波和独立成分滤波、小波变换等现有方法，可根据实际情况选择合适的预处理方法；
步骤S70、通过定量分析方法，对第一标准试件表面的化学指标进行检测；所述化学指标包括目标离子的含量：
所述目标离子包括氯离子、氢氧根离子、碳酸根离子；
表面氯离子含量的定量分析方法包括直接电位法、电位滴定法、莫尔(Mohr)法、佛尔哈德法、RCT测试等；
基于化学反应原理，其他目标离子与氯离子存在对应关系：
当氯盐侵蚀钢筋混凝土结构时，钢筋发生腐蚀会释放出电子，形成氯离子（Cl-）。在混凝土中，主要存在着碳酸钙（CaCO3）和氢氧化钙（Ca(OH)2），它们分别是碳酸根离子（）和氢氧根离子（OH-）的来源。由于钢筋腐蚀生成的氯离子具有高度的活性，它会与混凝土中的碳酸根离子和氢氧根离子发生化学反应，形成稳定的化合物：
化学反应1、氯离子和碳酸钙反应生成氯化钙（CaCl2）和二氧化碳（CO2）；
化学反应2、氯离子和氢氧化钙反应生成氯化钙（CaCl2）和水（H2O）；
相应的化学式如下：
钢筋腐蚀：2Cl－+Fe2 ++2H2O+2e=Fe(OH)2+2H++2Cl－
碳酸钙反应：2H++2Cl－+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2
氢氧化钙反应：4H++2Cl－+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O
由于上述反应，混凝土中的碳酸根离子和氢氧根离子会逐渐降低。不同的氯离子含量对应不同的碳酸根离子（）和氢氧根离子（OH-）含量，而碳酸根离子（/>）和氢氧根离子（OH-）含量在光谱曲线中有特定的特征波长。因此，确定碳酸根离子（/>）和氢氧根离子（OH-）的特征波长即可确定氯离子含量；
化学指标至少包括：不同强度等级下，第一标准试件的氯离子扩散系数D、碳酸根离子（）含量、氢氧根离子（OH-）含量；其中，碳酸根离子（/>）、氢氧根离子（OH-）的含量可通过重量法进行测定，采用《混凝土结构耐久性设计标准》（GB/T 50476-2019）中规定的方法进行操作；
步骤S80、通过近红外高光谱曲线和定量分析方法测得的混凝土表面化学指标，建立关于混凝土表面化学指标与近红外高光谱的数据库；该数据库具体可以包括不同强度等级下，混凝土表面氯离子含量、碳酸根离子含量、氢氧根离子含量分别与高光谱曲线的一一对应关系；
步骤S90、通过数学分析方法，对所述数据库进行简化，筛选目标离子的特征波长，具体包括：相关系数法、权重系数法、主成分分析法、波段比、遗传算法、逐步回归法等，通过这些现有方法可以得到与碳酸根离子（）含量、氢氧根离子（OH-）含量具有较强相关性的特征波长；
步骤S100、基于所述特征波长及所述化学指标，建立混凝土表面氯离子含量与光谱曲线特征之间的评定模型，这样可以通过混凝土试件表面近红外高光谱成像数据所反映的光谱曲线特征，推算氯离子含量，具体包括：
将试验数据按照70%、15%和15%的比例划分为训练集、验证集和测试集，将目标离子作为标签；使用z-score或者min-max scaling等标准化方法对数据进行标准化，使得模型训练过程更加稳定；对一维卷积神经网络（1D-CNN），进行训练、验证和测试，得到评定模型；从而建立混凝土标准试件表面氯离子含量与表面光谱曲线特征之间的数学模型；所述卷积神经网络，属于现有技术，是一类包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络，可以进行深度学习；
进一步地，在训练集、验证集和测试集中还分别包括物理指标，从而可以根据实际需求，构建混凝土标准试件表面的光谱曲线特征与若干化学指标和/或物理指标之间的评定模型；
步骤S110、实际工程中，直接对被测构件的混凝土表面进行近红外高光谱成像采集，获取混凝土表面的光谱数据，将光谱数据带入评定模型，推算出被测构件的混凝土表面氯离子含量。
实施例二：
本实施例针对的是潮汐区，主要采用实施例一中的方法，不同之处在于步骤S30中，氯盐环境的潮汐区在试验室中采用氯盐干湿循环试验对应，利用全自动混凝土干湿循环试验机，将标准养护28天的第一标准件置于试验机内，采用预设的氯盐侵蚀浓度分组配置溶液，浸泡溶液的浓度按预设参照组的倍率及常数进行配置（倍率乘以常数：0倍、0.25倍/>、0.5倍/>、0.75倍/>及1倍/>），静置一夜待溶液成分溶解完全后倒入储液箱中，开始运转机器，干湿循环制度为:进水15分钟，浸泡5.5小时，排水15分钟，风干1小时，60℃下烘干16小时，冷却至室温1小时，1天作为一个循环，试验进行至预设循环数量时试验结束。
实施例三：
本实施例针对的是大气区，主要采用实施例一中的方法，不同之处在于步骤S30-5中取值为0.7，建筑物离海岸距离1km,/>取值为0.6；且氯盐环境的大气区在试验室中采用氯盐盐雾试验对应，试验参照《电工电子产品环境试验 第二部分:试验方法 试验b:盐雾，交变》(GB/T 2423.18-2012)进行，氯盐环境下大气区建筑对应于规范中严酷等级(1)和(2)，适用于试验在海洋环境或在近海地区使用的产品，试验采用YWX/-750凝盐雾试验箱进行盐雾试验，分别将标准养护28天的内含钢筋的硅酸盐混凝土标准试件置于盐雾箱内，在25℃下喷盐雾2小时，喷雾的浓度按预设参照组的倍率及常数进行配置（倍率乘以常数：0倍/>、0.25倍/>、0.5倍/>、0.75倍/>及1倍/>），静置一夜待溶液成分溶解完全后倒入盐雾箱中，喷雾周期过后有一个22小时的湿热贮存周期，贮存温度为40±2℃,相对湿度为93±3%，试验进行至预设持续时间时试验结束。
实施例四：
如图4所示，本实施例提供了一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定系统，包括数据接收模块、数据处理模块及结果生成模块：
所述数据接收模块，用于接收被测构件的混凝土表面光谱数据；
所述数据处理模块，包括数据库、模型单元及评定单元：
所述数据库，存储有标准试件表面的化学指标及光谱曲线；所述化学指标包括氯离子含量；
所述模型单元，通过数学分析方法简化所述数据库，筛选目标离子的特征波长，构建评定模型，用于根据目标离子的特征波长，推算氯离子含量；
所述评定单元，调用所述评定模型，输入被测构件的混凝土表面光谱数据，得到混凝土表面氯离子含量；
所述结果生成模块，用于将混凝土表面氯离子含量外发。
实施例五：
本实施例提供了一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定装置，包括处理器、存储器及总线，所述存储器存储由处理器读取的指令及数据，所述处理器用于调用所述存储器中的指令及数据，以执行如上所述的混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法，所述总线连接各功能部件之间传送信息。
本方案在又一种实施方式下，可以通过设备的方式来实现，该设备可以包括执行上述各个实施方式中各个或几个步骤的相应模块。模块可以是专门被配置为执行相应步骤的一个或多个硬件模块、或者由被配置为执行相应步骤的处理器来实现、或者存储在计算机可读介质内用于由处理器来实现、或者通过某种组合来实现。
处理器执行上文所描述的各个方法和处理。例如，本方案中的方法实施方式可以被实现为软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储器。在一些实施方式中，软件程序的部分或者全部可以经由存储器和/或通信接口而被载入和/或安装。当软件程序加载到存储器并由处理器执行时，可以执行上文描述的方法中的一个或多个步骤。备选地，在其它实施方式中，处理器可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行上述方法之一。
该设备可以利用总线架构来实现。总线架构可以包括任何数量的互连总线和桥接器，这取决于硬件的特定应用和总体设计约束。总线将包括一个或多个处理器、存储器和/或硬件模块的各种电路连接到一起。总线还可以将诸如外围设备、电压调节器、功率管理电路、外部天线等的各种其它电路连接。
总线可以是工业标准体系结构(ISA，Industry Standard Architecture)总线、外部设备互连(PCI，Peripheral Component)总线或扩展工业标准体系结构(EISA，ExtendedIndustry Standard Component)总线等，总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
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。
Claims (3)
1.一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定方法，其特征在于，包括：
步骤S10、基于混凝土评定条件，分类制备若干组第一标准试件及第二标准试件，采集第一标准试件的物理指标；所述评定条件包括混凝土强度等级、应用场景及氯盐侵蚀浓度；所述第一标准试件的尺寸，根据被测构件的钢筋直径及混凝土保护层厚度确定；所述第二标准试件，用于根据混凝土试验检测的技术规范，进行抗氯离子渗透性试验；所述第一标准试件的物理指标包括：混凝土强度等级、龄期、水灰比、水胶比、含水率、孔隙率以及混凝土掺合料的种类和质量配比；所述评定条件中的氯盐侵蚀浓度是指用于浸泡第一标准试件的氯离子溶液浓度，该浓度按照倍率分类，至少包括0、0.25、0.5、0.75及1倍；
步骤S20、根据所述技术规范，对第二标准试件进行抗氯离子渗透性试验，测得氯离子扩散系数；
步骤S30、基于所述混凝土保护层厚度、所述氯离子扩散系数、所述物理指标、所述技术规范和Fick第二定律，计算应用场景的氯盐溶液浓度；基于氯盐溶液浓度配置试验溶液，对第一标准试件进行加速试验；计算氯盐溶液浓度的具体方法包括：
步骤S30-1、确定混凝土保护层厚度x、水胶比R W/B及氯离子扩散系数D;基于混凝土掺合料的种类和质量配比，计算混凝土内部氯离子含量；
步骤S30-2、基于技术规范，确定判定结构丧失承载力时钢筋表面临界氯离子浓度c；
步骤S30-3、根据氯盐侵蚀耐久性的时间需求，确定加速试验持续时间t;
步骤S30-4、根据Fick第二定律，计算混凝土表面氯离子浓度，具体公式为：
；
其中，erf表示误差函数；
步骤S30-5、基于技术规范，计算氯盐溶液浓度，具体公式为：
；
其中，表示被测构件距离海面的修正系数；/>表示离海岸距离的修正系数；/>表示混凝土表面温度影响的修正系数；
当被测构件处于大气区时，取值为0.7；
当被测构件处于潮汐区时，取值为1；
当被测构件处于水下区时，距离海面1米处取值为1，距离海面25米处/>取值为1.4；
所述加速试验包括：氯盐浸泡试验、氯盐干湿循环试验及氯盐盐雾试验，这三种试验分别对应氯盐环境的水下区、潮汐区及大气区；
步骤S40、通过光谱相机，组建光谱系统；
步骤S50、对第一标准试件的表面进行光谱扫描，得到光谱成像数据；
步骤S60、对光谱成像数据进行预处理，得到光谱曲线；
步骤S70、通过定量分析方法，对第一标准试件表面的化学指标进行检测；所述化学指标包括目标离子的含量；所述目标离子包括氯离子和/或碳酸根离子和/或氢氧根离子；
步骤S80、基于所述光谱曲线及所述化学指标之间的对应关系，建立数据库；
步骤S90、通过数学分析方法简化数据库，筛选目标离子的特征波长；
步骤S100、基于所述特征波长及所述化学指标，构建评定模型，用于根据目标离子的特征波长，推算混凝土表面氯离子含量；具体包括：将数据库中的数据按照预设比例划分为训练集、验证集和测试集，将目标离子作为标签；使用标准化方法，对数据进行标准化；对神经网络模型，进行训练、验证和测试，得到评定模型；
步骤S110、采集被测构件的混凝土表面光谱数据；将所述混凝土表面光谱数据输入至所述评定模型，输出被测构件的混凝土表面氯离子含量。
2.一种采用如权利要求1中所述方法的混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定系统，其特征在于，包括数据接收模块、数据处理模块及结果生成模块：
所述数据接收模块，用于接收被测构件的混凝土表面光谱数据；
所述数据处理模块，包括数据库、模型单元及评定单元：
所述数据库，存储有标准试件表面的化学指标及光谱曲线；所述化学指标包括目标离子的含量；
所述模型单元，通过数学分析方法简化所述数据库，筛选目标离子的特征波长，构建评定模型，用于根据目标离子的特征波长，推算氯离子含量；
所述评定单元，调用所述评定模型，输入被测构件的混凝土表面光谱数据，得到混凝土表面氯离子含量；
所述结果生成模块，用于将混凝土表面氯离子含量外发。
3.一种混凝土结构氯盐侵蚀耐久性评定装置，其特征在于，包括处理器、存储器及总线，所述存储器存储由处理器读取的指令及数据，所述处理器用于调用所述存储器中的指令及数据，以执行如权利要求1中所述的方法，所述总线连接各功能部件之间用于传送信息。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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