[发明专利]一种基于氯离子浓度监测的钢筋混凝土构件寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于氯离子浓度监测的钢筋混凝土构件寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取埋设在被测钢筋混凝土构件内预设埋设深度的氯离子浓度传感器在不同监测时间监测得到的氯离子浓度，得到氯离子浓度时间序列数据；

基于得到的氯离子浓度时间序列数据，利用菲克第二定律计算出被测钢筋混凝土构件的临界使用年限；

获取被测钢筋混凝土构件的已使用年限，基于得到的临界使用年限和已使用年限，得到被测钢筋混凝土构件的剩余使用年限；

其中，利用菲克第二定律计算出被测钢筋混凝土构件的临界使用年限的计算过程如下：

(1)若不考虑氯离子扩散系数随时间变化时，则利用氯离子浓度时间序列数据对回归模型进行非线性拟合，计算得到表面氯离子浓度、初始氯离子浓度和氯离子扩散系数，其中，t为回归变量，表示时间，以混凝土浇筑时间为零点，x₀为氯离子浓度传感器在被测钢筋混凝土构件中埋设深度，C为响应变量，表示t时，x₀处的氯离子浓度，C_s为表面氯离子浓度，C₀为初始氯离子浓度，D为氯离子扩散系数，erf为误差函数；

若考虑氯离子扩散系数随时间变化时，则利用氯离子浓度时间序列数据对回归模型进行非线性拟合，再根据最终计算得到表面氯离子浓度、初始氯离子浓度和氯离子扩散系数，其中，t_i为第i个获取被测钢筋混凝土构件的氯离子浓度的监测时间，m为氯离子扩散系数衰减值，D_i为0～t_i时间段内，氯离子的平均扩散系数；

(2)基于计算得到的表面氯离子浓度、初始氯离子浓度和氯离子扩散系数，根据公式计算得到被测钢筋混凝土构件的临界使用年限，其中，h为被测钢筋混凝土构件混凝土保护层的厚度，C_ct为临界氯离子浓度，erf^-1为误差函数的反函数。

2.根据权利要求1所述的基于氯离子浓度监测的钢筋混凝土构件寿命预测方法，其特征在于，在所述利用菲克第二定律计算出被测钢筋混凝土构件的临界使用年限的计算过程的步骤(1)中，所述方法还包括判断是否需要考虑氯离子扩散系数随时间变化：

若多个监测时间中的最后一个监测时间小于10年，则需要考虑氯离子扩散系数随时间变化；

若多个监测时间中的第一个监测时间大于10年，则不需要考虑氯离子扩散系数随时间变化。

3.根据权利要求1所述的基于氯离子浓度监测的钢筋混凝土构件寿命预测方法，其特征在于，在所述利用菲克第二定律计算出被测钢筋混凝土构件的临界使用年限的计算过程的步骤(1)中，所述方法还包括数据取舍及判断是否需要考虑氯离子扩散系数随时间变化：

判断多个监测时间中大于10年的监测时间的数量是否大于预设的第一计算数量值；

若多个监测时间中大于10年的监测时间的数量大于预设的第一计算数量值，则将氯离子浓度时间序列数据中监测时间小于10年的数据剔除，且不需要考虑氯离子扩散系数随时间变化；

若多个监测时间中大于10年的监测时间的数量小于等于预设的第一计算数量值，则判断多个监测时间中小于10年的监测时间的数量是否大于预设的第二计算数量值；

若多个监测时间中小于10年的监测时间的数量大于预设的第二计算数量值，则将氯离子浓度时间序列数据中监测时间大于10年的数据剔除，且需要考虑氯离子扩散系数随时间变化。

4.根据权利要求1所述的基于氯离子浓度监测的钢筋混凝土构件寿命预测方法，其特征在于，在所述利用菲克第二定律计算出被测钢筋混凝土构件的临界使用年限的计算过程的步骤(1)中，回归模型的推导过程如下：

氯离子扩散系数随时间变化下的氯离子渗透规律为：

氯离子瞬时扩散系数与氯离子平均扩散系数的关系为：

氯离子平均扩散系数与时间的关系为：

其中τ为时间，以混凝土浇筑时间为零点，D(τ)为τ时刻的氯离子瞬时扩散系数，D_av(t)为0～t时间段内，氯离子平均扩散系数；

由公式(1)、(2)和(3)简化得到：