專利名稱：一種混凝土氯離子滲透性能的快速－銹蝕測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土氯離子滲透性能的快速-銹蝕測(cè)試方法，屬于混凝土性能測(cè)評(píng)技術(shù)類。
背景技術(shù)：
混凝土是現(xiàn)代人類生產(chǎn)、生活中最常用的建筑材料。作為一種多相非均質(zhì)材料，從微觀上看是多孔結(jié)構(gòu)，水、氣體、離子等介質(zhì)通過(guò)這些孔隙在混凝土中滲透。雖然混凝土的耐久性包括了許多內(nèi)容，而這些內(nèi)容又受許多因素影響，且作用機(jī)理復(fù)雜，但其共同點(diǎn)是它們都與混凝土的傳質(zhì)能力有關(guān)?；炷敛牧系母g大多是在有水及有害離子侵入的條件下產(chǎn)生的，混凝土的耐久性與滲透性有著密切的聯(lián)系。一般認(rèn)為，混凝土的滲透性越低，水及腐蝕性介質(zhì)越不易滲入，即耐久性越好。
有研究表明，混凝土的Cl-滲透深度x和碳化深度Dc之間相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)為0.858，相關(guān)程度為顯著。由收集到的混凝土電性能指標(biāo)和用碳化模型預(yù)測(cè)的碳化深度反映這種關(guān)系也可得到同樣的結(jié)果，二者的相關(guān)系數(shù)為-0.734，相關(guān)程度也顯著。以上分析表明，有可能利用混凝土的滲透性評(píng)價(jià)其抗碳化性能。
隨著人類對(duì)海洋資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，海洋工程的發(fā)展十分迅速。僅就上海及其周邊地區(qū)，目前已建成、在建或者計(jì)劃建設(shè)的洋山深水港工程、杭州灣大橋工程、上海崇明越江通道工程等已為世人矚目，對(duì)上海及其周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展起到十分重要的拉動(dòng)作用。此類大型工程，由于所處位置及其擔(dān)負(fù)的重要任務(wù)，其耐久性要求較高。而對(duì)于海洋工程，混凝土抗氯離子滲透性能是決定整個(gè)工程使用壽命的關(guān)鍵所在。混凝土的滲透性能是評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量好壞和可能使用壽命的重要指標(biāo)。
另一方面，隨著對(duì)混凝土耐久性能的逐步重視，傳統(tǒng)的混凝土耐久性指標(biāo)(如抗?jié)B性)已不能較為完整地評(píng)價(jià)混凝土的內(nèi)部密實(shí)情況，更不能和混凝土的耐久壽命得以有機(jī)聯(lián)系。不單單是海洋工程，國(guó)外已有眾多重要工程借用混凝土電通量等指標(biāo)來(lái)對(duì)混凝土綜合耐久性能加以評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)也有一些重要工程(如上海大連路隧道、復(fù)興路隧道和地鐵工程等)也在設(shè)計(jì)中考慮采用混凝土電通量、混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)等來(lái)作為基本參數(shù)衡量混凝土的耐久性能。引入綜合耐久性指標(biāo)的呼聲在設(shè)計(jì)界也十分強(qiáng)烈。
目前世界上已經(jīng)應(yīng)用或者正在研究的評(píng)價(jià)混凝土的抗氯離子滲透性能的方法有擴(kuò)散法(包括擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)、擴(kuò)散槽法、加速擴(kuò)散法等)、電導(dǎo)法(電導(dǎo)率法、交流阻抗法、電通量法)、染色法等。
目前混凝土氯離子滲透性能的測(cè)試方法從原理上可以分為自然遷移法、電學(xué)/電化學(xué)法、快速銹蝕方法以及壓力滲透方法等，且前三種方法應(yīng)用最為廣泛。從試驗(yàn)周期上，又可以分為長(zhǎng)期、短期和其它試驗(yàn)方法。其中自然遷移法較為真實(shí)的模擬了氯離子遷移的實(shí)際狀況但試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，電學(xué)/電化學(xué)方法通過(guò)電場(chǎng)加速縮短了試驗(yàn)周期但不能完全反映氯離子在混凝土中的自然遷移，并且上述兩種方面均沒(méi)有直接和鋼筋的銹蝕進(jìn)行關(guān)聯(lián)；恒電壓鋼筋銹蝕方法反映了混凝土保護(hù)鋼筋的性能，但是只能定性比較而無(wú)法定量描述氯離子在混凝土中的遷移及其在鋼筋表面的聚集并引起銹蝕的過(guò)程。
根據(jù)本發(fā)明人多年從事工程建筑的實(shí)踐，以及對(duì)相關(guān)技術(shù)的跟蹤、比較各個(gè)測(cè)試方法后發(fā)現(xiàn)目前已公知的混凝土氯離子滲透都各有優(yōu)點(diǎn)，但也并不完善，均存在一定程度的缺陷。
因此，提出一種新的混凝土氯離子滲透性能測(cè)試方法，希望它不僅具有各種已有方法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能克服它們的某些缺點(diǎn)，這不僅對(duì)建筑工程實(shí)際施工具有作用，同時(shí)也是對(duì)建筑工程學(xué)科的一種推進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提出一種新的混凝土氯離子滲透性能測(cè)試方法，希望它不僅具有各種已有方法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能克服它們的某些缺點(diǎn)。
A、將準(zhǔn)備好的混凝土試樣浸泡于用蒸餾水配制成的3.0％(化學(xué)純)質(zhì)量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，并且使溶液液面離暴露面的距離不小于20mm，保持環(huán)境溫度為23±2℃；浸泡用NaCl水溶液應(yīng)每1個(gè)星期更換一次，并在試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)結(jié)束后檢查浸泡溶液的NaCl濃度。
B、將試件連接60±0.1伏的直流電，并定期記錄電流值(測(cè)試周期不大于24小時(shí))，并繪成電流值-時(shí)間曲線圖；當(dāng)電流值明顯增大時(shí)，在增長(zhǎng)率超過(guò)10％/24小時(shí)停止通電。
C、清除混凝土暴露表面殘?jiān)?不可用水沖洗)，并打磨平整。
D、用混凝土剖面切削機(jī)沿垂直暴露面的方向?qū)炷猎嚇影雌叫杏诒┞睹娴膶用孢M(jìn)行分層取樣，取樣層的厚度應(yīng)小于2mm，最外層取樣層應(yīng)小于3mm；取樣深度不小于鋼筋外表面，取樣層數(shù)不小于20；每取樣層取樣重量應(yīng)該滿足取樣混凝土粉末樣品均勻的最小重量，一般根據(jù)混凝土集料粒徑確定。
E、根據(jù)NT BUILD 208，AAHSTO T260以及其它類似或者更為精確的方法，測(cè)定混凝土粉末樣品中酸溶性氯化物的氯離子含量，氯離子含量測(cè)量精度應(yīng)該達(dá)到0.001％。
所采用的混凝土試件的中部設(shè)有一鋼筋網(wǎng)片。
所述的試件除一個(gè)平行于鋼筋片的側(cè)面作為暴露面外，其余各面包括暴露面上小于5mm的周邊，均涂以防水涂層。
所述的測(cè)試過(guò)程是在外加電場(chǎng)下直接測(cè)氯離子的擴(kuò)散系數(shù)。
所述的測(cè)定裝置，測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到0.001％的化學(xué)或者電化學(xué)的氯離子含量測(cè)量?jī)x。
所述的加電壓及讀數(shù)裝置，對(duì)于所有范圍內(nèi)的電流裝置都能輸出60±0.2伏的直流電，顯示電壓精確到±0.1伏，電流精確到±1毫安。
根據(jù)以上技術(shù)方案提出的這種混凝土氯離子滲透性能的快速-銹蝕測(cè)試方法該方法，結(jié)合了各種測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)，將恒電壓法對(duì)真實(shí)情況模擬的直觀性和NT BUILD443方法的理論性結(jié)合，是混凝土抗氯離子滲透性能測(cè)試方法的新的發(fā)展，具有理論性強(qiáng)、原理清楚、測(cè)試速度快、模擬真實(shí)情況、和壽命評(píng)估相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為試樣結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為試樣檢測(cè)狀態(tài)圖。
圖中 1、試樣 2、鋼筋網(wǎng)片 3、容器 4、爆露面 5、測(cè)試導(dǎo)線 6、溶液具體實(shí)施方式
具體的監(jiān)測(cè)方法是A、將準(zhǔn)備好的、中間設(shè)有一鋼筋網(wǎng)片的混凝土試件，浸泡于由NaCl和0.3M NaOH、蒸餾水配制成的3.0％化學(xué)純質(zhì)量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，并且使溶液液面離暴露面的距離不小于20mm處，保持環(huán)境溫度為23±2℃；且浸泡用NaCl水溶液應(yīng)每1個(gè)星期更換一次，并在試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)結(jié)束后檢查浸泡溶液的NaCl濃度。
B、試件連接60±0.1伏的外加直流電，在測(cè)試周期不大于24小時(shí)內(nèi)定期記錄電流值，并繪成電流值-時(shí)間曲線圖；當(dāng)電流值明顯增大、并在增長(zhǎng)率超過(guò)10％/24小時(shí)，停止通電。
C、用干洗法清除混凝土暴露表面殘?jiān)?，并打磨平整?br> D、用混凝土剖面切削機(jī)沿垂直暴露面的方向?qū)炷猎嚇影雌叫杏诒┞睹娴膶用孢M(jìn)行分層取樣，取樣層的厚度應(yīng)小于2mm，最外層取樣層應(yīng)小于3mm；取樣深度不小于鋼筋外表面，取樣層數(shù)不小于20；每取樣層取樣重量應(yīng)該滿足取樣混凝土粉末樣品均勻的最小重量，一般根據(jù)混凝土集料粒徑確定。
E、應(yīng)用NT BUILD 208，AAHSTO T260進(jìn)行精確測(cè)定，測(cè)定混凝土粉末樣品中酸溶性氯化物的氯離子含量，其氯離子含量測(cè)量精度應(yīng)該達(dá)到0.001％。
在測(cè)試中試件除一個(gè)平行于鋼筋片的側(cè)面作為暴露面外，其余各面包括暴露面上小于5mm的周邊，均涂以防水涂層。
同時(shí)，所有的測(cè)試過(guò)程是在外加電場(chǎng)作用下，持續(xù)通電6～24天(實(shí)際測(cè)試中根據(jù)鋼筋銹蝕電流變化率確定斷電時(shí)間)后，斷電并直接測(cè)定混凝土樣品氯離子的擴(kuò)散系數(shù)。
另外，混凝土剖面切削機(jī)，其切削面應(yīng)平整，并具有切削深度刻度讀數(shù)裝置，切削精度應(yīng)達(dá)到0.25mm；進(jìn)行氯離子含量的測(cè)定裝置，可以使用化學(xué)或者電化學(xué)的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行氯離子含量的測(cè)定，其測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到0.001％；加電壓及讀數(shù)裝置------對(duì)于所有范圍內(nèi)的電流裝置都能輸出60±0.2伏的直流電，顯示電壓精確到±0.1伏，電流精確到±0.1毫安。
快速遷移-銹蝕(DC)測(cè)試方法的理論分析在恒定電場(chǎng)作用下，帶電離子(如Cl-)在混凝土中的遷移速度將明顯加快，從而鋼筋表面帶電離子(如Cl-)的聚集速度也將加快。當(dāng)Cl-在鋼筋表面的濃度超過(guò)某一臨界值時(shí)，鋼筋鈍化膜破壞，鋼筋銹蝕開(kāi)始直至混凝土脹裂(此時(shí)的電學(xué)參數(shù)中，混凝土電阻下降，電流值增大)。這是混凝土在電場(chǎng)加速作用下，氯離子在混凝土中遷移并引起鋼筋銹蝕的全過(guò)程。若分析鋼筋開(kāi)始銹蝕時(shí)，氯離子在混凝土中的分布，可以獲得Cl-臨界濃度、表面濃度，而在電場(chǎng)作用開(kāi)始至鋼筋開(kāi)始銹蝕時(shí)刻之間進(jìn)行取樣分析獲得氯離子擴(kuò)散系數(shù)，并與氯離子在混凝土中自然遷移狀態(tài)進(jìn)行比較，就可以建立二者之間的聯(lián)系，從而對(duì)快速法進(jìn)行修正。
Deff＝k*Drepaid或Drapid＝f(Deff)其中，Deff為修正后的擴(kuò)散系數(shù)，Drepaid為快速法測(cè)定的擴(kuò)散系數(shù)，k為實(shí)驗(yàn)室參數(shù)。f是Deff與Drepaid之間的函數(shù)關(guān)系。
計(jì)算及結(jié)果分析將氯離子濃度(％)對(duì)混凝土深度(距離暴露面m)作氯離子濃度分布曲線。
混凝土表面氯離子濃度Cs，擴(kuò)散系數(shù)Da以及3所得氯離子濃度分布曲線，用最小二乘法進(jìn)行非線性回歸，其關(guān)系由等式5-1確定。氯離子濃度曲線中的第一點(diǎn)，即最外層點(diǎn)在回歸分析中應(yīng)剔除，其它各點(diǎn)滿足等式 式中C(x，t)[％]——在暴露時(shí)間t時(shí)，深度x處的氯離子濃度；x [m]——暴露面與取樣層間的距離(取樣層中心)；
t[s]——混凝土暴露在氯鹽環(huán)境中所持續(xù)的時(shí)間；Cs[％]——混凝土暴露表面的氯離子濃度；Ci[％]——混凝土初始氯離子濃度或本底濃度；Da[m2/s]——氯離子總擴(kuò)散系數(shù)或表觀擴(kuò)散系數(shù)；erf——誤差函數(shù)，其值可以在常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)參考書(shū)中查取。
Cs值是由回歸分析得出的理論值，并不是實(shí)際的表面氯離子濃度。
以上對(duì)快速遷移-銹蝕(DC)方法從理論分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試樣制備、參數(shù)采集等方面進(jìn)行了分析，該方法結(jié)合了各種測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)，將恒電壓法對(duì)真實(shí)情況模擬的直觀性和NT BUILD443方法的理論性結(jié)合，是混凝土抗氯離子滲透性能測(cè)試方法的新的發(fā)展，具有理論性強(qiáng)、原理清楚、測(cè)試速度快、模擬真實(shí)情況、和壽命評(píng)估相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種混凝土氯離子滲透性能的快速-銹蝕測(cè)試方法是A、將準(zhǔn)備好的、中間設(shè)有一鋼筋網(wǎng)片的混凝土試件，浸泡于由NaCl和0.3M NaOH、蒸餾水配制成的3.0％化學(xué)純質(zhì)量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，并且使溶液液面離暴露面的距離不小于20mm處，保持環(huán)境溫度為23±2℃；且浸泡用NaCl水溶液應(yīng)每1個(gè)星期更換一次，并在試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)結(jié)束后檢查浸泡溶液的NaCl濃度；B、試件連接60±0.1伏的外加直流電，在測(cè)試周期不大于24小時(shí)內(nèi)定期記錄電流值，并繪成電流值-時(shí)間曲線圖；當(dāng)電流值明顯增大、并在增長(zhǎng)率超過(guò)10％/24小時(shí)，停止通電；C、用干洗法清除混凝土暴露表面殘?jiān)?，并打磨平整；D、用混凝土剖面切削機(jī)沿垂直暴露面的方向?qū)炷猎嚇影雌叫杏诒┞睹娴膶用孢M(jìn)行分層取樣，取樣層的厚度應(yīng)小于2mm，最外層取樣層應(yīng)小于3mm；取樣深度不小于鋼筋外表面，取樣層數(shù)不小于20；每取樣層取樣重量應(yīng)該滿足取樣混凝土粉末樣品均勻的最小重量，一般根據(jù)混凝土集料粒徑確定；E、應(yīng)用NT BUILD 208，AAHSTO T260進(jìn)行精確測(cè)定，測(cè)定混凝土粉末樣品中酸溶性氯化物的氯離子含量，其氯離子含量測(cè)量精度應(yīng)該達(dá)到0.001％。
2.如權(quán)利要求所述的一種混凝土氯離子滲透性能的快速-銹蝕測(cè)試方法，其特征在于所述的試件除一個(gè)平行于鋼筋片的側(cè)面作為暴露面外，其余各面包括暴露面上小于5mm的周邊，均涂以防水涂層。
3.如權(quán)利要求所述的一種混凝土氯離子滲透性能的快速-銹蝕測(cè)試方法，其特征在于所述的測(cè)試過(guò)程是在外加電場(chǎng)作用下，持續(xù)通電一定時(shí)間6～24天后斷電，并直接測(cè)氯離子的擴(kuò)散系。
4.如權(quán)利要求所述的一種混凝土氯離子滲透性能的快速-銹蝕測(cè)試方法，所采用的混凝土試件尺寸為100×100×100mm的立方體混凝土試件，試件中部設(shè)一鋼筋網(wǎng)片；試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d或者指定齡期，試驗(yàn)時(shí)以三塊試件為一組；除一個(gè)平行于鋼筋網(wǎng)片的側(cè)面作為暴露面外，其余各面包括暴露面上小于5mm的周邊，均涂以涂層材料，若該涂層有針孔，尚應(yīng)加涂予以密封。
全文摘要
本發(fā)明介紹的一種混凝土氯離子滲透性能的快速－銹蝕測(cè)試方法是將中間設(shè)有一鋼筋網(wǎng)片的混凝土試件，浸泡于由NaCl和0.3M NaOH、蒸餾水配制成的3.0％化學(xué)純質(zhì)量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，在環(huán)境溫度為23左右、浸泡用NaCl水溶液應(yīng)每1個(gè)星期更換一次，并在試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)結(jié)束后檢查浸泡溶液的NaCl濃度；應(yīng)用60±0.1伏的外加直流電，在測(cè)試周期不大于24小時(shí)內(nèi)定期記錄電流值，并在增長(zhǎng)率超過(guò)10％/24小時(shí)，應(yīng)用NT BUILD208，AAHSTO T260進(jìn)行精確測(cè)定，測(cè)定混凝土粉末樣品中酸溶性氯化物的氯離子含量，其氯離子含量測(cè)量精度應(yīng)該達(dá)到0.001％。
文檔編號(hào)G01N1/04GK101071132SQ20061002646
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者俞海勇, 王瓊 申請(qǐng)人:上海市建筑科學(xué)研究院有限公司