CN101071132A - 一种混凝土氯离子渗透性能的快速－锈蚀测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍的一种混凝土氯离子渗透性能的快速－锈蚀测试方法是：将中间设有一钢筋网片的混凝土试件，浸泡于由NaCl和0.3M NaOH、蒸馏水配制成的3.0％化学纯质量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，在环境温度为23左右、浸泡用NaCl水溶液应每1个星期更换一次，并在试验过程中及试验结束后检查浸泡溶液的NaCl浓度；应用60±0.1伏的外加直流电，在测试周期不大于24小时内定期记录电流值，并在增长率超过10％/24小时，应用NT BUILD208，AAHSTO T260进行精确测定，测定混凝土粉末样品中酸溶性氯化物的氯离子含量，其氯离子含量测量精度应该达到0.001％。

Description

一种混凝土氯离子渗透性能的快速-锈蚀测试方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土氯离子渗透性能的快速-锈蚀测试方法，属于混凝土性能测评技术类。
背景技术
混凝土是现代人类生产、生活中最常用的建筑材料。作为一种多相非均质材料，从微观上看是多孔结构，水、气体、离子等介质通过这些孔隙在混凝土中渗透。虽然混凝土的耐久性包括了许多内容，而这些内容又受许多因素影响，且作用机理复杂，但其共同点是：它们都与混凝土的传质能力有关。混凝土材料的腐蚀大多是在有水及有害离子侵入的条件下产生的，混凝土的耐久性与渗透性有着密切的联系。一般认为，混凝土的渗透性越低，水及腐蚀性介质越不易渗入，即耐久性越好。
有研究表明，混凝土的Cl-渗透深度x和碳化深度Dc之间相关性很好，相关系数为0.858，相关程度为显著。由收集到的混凝土电性能指标和用碳化模型预测的碳化深度反映这种关系也可得到同样的结果，二者的相关系数为-0.734，相关程度也显著。以上分析表明，有可能利用混凝土的渗透性评价其抗碳化性能。
随着人类对海洋资源的进一步开发，海洋工程的发展十分迅速。仅就上海及其周边地区，目前已建成、在建或者计划建设的洋山深水港工程、杭州湾大桥工程、上海崇明越江通道工程等已为世人瞩目，对上海及其周边地区的经济持续高速发展起到十分重要的拉动作用。此类大型工程，由于所处位置及其担负的重要任务，其耐久性要求较高。而对于海洋工程，混凝土抗氯离子渗透性能是决定整个工程使用寿命的关键所在。混凝土的渗透性能是评价混凝土质量好坏和可能使用寿命的重要指标。
另一方面，随着对混凝土耐久性能的逐步重视，传统的混凝土耐久性指标(如抗渗性)已不能较为完整地评价混凝土的内部密实情况，更不能和混凝土的耐久寿命得以有机联系。不单单是海洋工程，国外已有众多重要工程借用混凝土电通量等指标来对混凝土综合耐久性能加以评价，国内也有一些重要工程(如上海大连路隧道、复兴路隧道和地铁工程等)也在设计中考虑采用混凝土电通量、混凝土氯离子扩散系数等来作为基本参数衡量混凝土的耐久性能。引入综合耐久性指标的呼声在设计界也十分强烈。
目前世界上已经应用或者正在研究的评价混凝土的抗氯离子渗透性能的方法有扩散法(包括扩散系数试验、扩散槽法、加速扩散法等)、电导法(电导率法、交流阻抗法、电通量法)、染色法等。
目前混凝土氯离子渗透性能的测试方法从原理上可以分为自然迁移法、电学/电化学法、快速锈蚀方法以及压力渗透方法等，且前三种方法应用最为广泛。从试验周期上，又可以分为长期、短期和其它试验方法。其中自然迁移法较为真实的模拟了氯离子迁移的实际状况但试验周期较长，电学/电化学方法通过电场加速缩短了试验周期但不能完全反映氯离子在混凝土中的自然迁移，并且上述两种方面均没有直接和钢筋的锈蚀进行关联；恒电压钢筋锈蚀方法反映了混凝土保护钢筋的性能，但是只能定性比较而无法定量描述氯离子在混凝土中的迁移及其在钢筋表面的聚集并引起锈蚀的过程。
根据本发明人多年从事工程建筑的实践，以及对相关技术的跟踪、比较各个测试方法后发现：目前已公知的混凝土氯离子渗透都各有优点，但也并不完善，均存在一定程度的缺陷。
因此，提出一种新的混凝土氯离子渗透性能测试方法，希望它不仅具有各种已有方法的优点，同时还能克服它们的某些缺点，这不仅对建筑工程实际施工具有作用，同时也是对建筑工程学科的一种推进。
发明内容
本发明的目的：旨在提出一种新的混凝土氯离子渗透性能测试方法，希望它不仅具有各种已有方法的优点，同时还能克服它们的某些缺点。
A、将准备好的混凝土试样浸泡于用蒸馏水配制成的3.0％(化学纯)质量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，并且使溶液液面离暴露面的距离不小于20mm，保持环境温度为23±2℃；浸泡用NaCl水溶液应每1个星期更换一次，并在试验过程中及试验结束后检查浸泡溶液的NaCl浓度。
B、将试件连接60±0.1伏的直流电，并定期记录电流值(测试周期不大于24小时)，并绘成电流值-时间曲线图；当电流值明显增大时，在增长率超过10％/24小时停止通电。
C、清除混凝土暴露表面残渣(不可用水冲洗)，并打磨平整。
D、用混凝土剖面切削机沿垂直暴露面的方向对混凝土试样按平行于暴露面的层面进行分层取样，取样层的厚度应小于2mm，最外层取样层应小于3mm；取样深度不小于钢筋外表面，取样层数不小于20；每取样层取样重量应该满足取样混凝土粉末样品均匀的最小重量，一般根据混凝土集料粒径确定。
E、根据NT BUILD 208，AAHSTO T260以及其它类似或者更为精确的方法，测定混凝土粉末样品中酸溶性氯化物的氯离子含量，氯离子含量测量精度应该达到0.001％。
所采用的混凝土试件的中部设有一钢筋网片。
所述的试件除一个平行于钢筋片的侧面作为暴露面外，其余各面包括暴露面上小于5mm的周边，均涂以防水涂层。
所述的测试过程是在外加电场下直接测氯离子的扩散系数。
所述的测定装置，测量精度应达到0.001％的化学或者电化学的氯离子含量测量仪。
所述的加电压及读数装置，对于所有范围内的电流装置都能输出60±0.2伏的直流电，显示电压精确到±0.1伏，电流精确到±1毫安。
根据以上技术方案提出的这种混凝土氯离子渗透性能的快速-锈蚀测试方法该方法，结合了各种测试方法的优点，将恒电压法对真实情况模拟的直观性和NT BUILD443方法的理论性结合，是混凝土抗氯离子渗透性能测试方法的新的发展，具有理论性强、原理清楚、测试速度快、模拟真实情况、和寿命评估相结合的优点。
附图说明
图1为试样结构示意图；
图2为试样检测状态图。
图中：  1、试样  2、钢筋网片  3、容器  4、爆露面  5、测试导线  6、溶液
具体实施方式
具体的监测方法是：
A、将准备好的、中间设有一钢筋网片的混凝土试件，浸泡于由NaCl和0.3M NaOH、蒸馏水配制成的3.0％化学纯质量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，并且使溶液液面离暴露面的距离不小于20mm处，保持环境温度为23±2℃；且浸泡用NaCl水溶液应每1个星期更换一次，并在试验过程中及试验结束后检查浸泡溶液的NaCl浓度。
B、试件连接60±0.1伏的外加直流电，在测试周期不大于24小时内定期记录电流值，并绘成电流值-时间曲线图；当电流值明显增大、并在增长率超过10％/24小时，停止通电。
C、用干洗法清除混凝土暴露表面残渣，并打磨平整。
D、用混凝土剖面切削机沿垂直暴露面的方向对混凝土试样按平行于暴露面的层面进行分层取样，取样层的厚度应小于2mm，最外层取样层应小于3mm；取样深度不小于钢筋外表面，取样层数不小于20；每取样层取样重量应该满足取样混凝土粉末样品均匀的最小重量，一般根据混凝土集料粒径确定。
E、应用NT BUILD 208，AAHSTO T260进行精确测定，测定混凝土粉末样品中酸溶性氯化物的氯离子含量，其氯离子含量测量精度应该达到0.001％。
在测试中试件除一个平行于钢筋片的侧面作为暴露面外，其余各面包括暴露面上小于5mm的周边，均涂以防水涂层。
同时，所有的测试过程是在外加电场作用下，持续通电6～24天(实际测试中根据钢筋锈蚀电流变化率确定断电时间)后，断电并直接测定混凝土样品氯离子的扩散系数。
另外，混凝土剖面切削机，其切削面应平整，并具有切削深度刻度读数装置，切削精度应达到0.25mm；进行氯离子含量的测定装置，可以使用化学或者电化学的测量仪器进行氯离子含量的测定，其测量精度应达到0.001％；加电压及读数装置------对于所有范围内的电流装置都能输出60±0.2伏的直流电，显示电压精确到±0.1伏，电流精确到±0.1毫安。
快速迁移-锈蚀(DC)测试方法的理论分析
在恒定电场作用下，带电离子(如Cl-)在混凝土中的迁移速度将明显加快，从而钢筋表面带电离子(如Cl-)的聚集速度也将加快。当Cl-在钢筋表面的浓度超过某一临界值时，钢筋钝化膜破坏，钢筋锈蚀开始直至混凝土胀裂(此时的电学参数中，混凝土电阻下降，电流值增大)。这是混凝土在电场加速作用下，氯离子在混凝土中迁移并引起钢筋锈蚀的全过程。若分析钢筋开始锈蚀时，氯离子在混凝土中的分布，可以获得Cl-临界浓度、表面浓度，而在电场作用开始至钢筋开始锈蚀时刻之间进行取样分析获得氯离子扩散系数，并与氯离子在混凝土中自然迁移状态进行比较，就可以建立二者之间的联系，从而对快速法进行修正。
Deff＝k*Drepaid或Drapid＝f(Deff)
其中，Deff为修正后的扩散系数，Drepaid为快速法测定的扩散系数，
k为实验室参数。f是Deff与Drepaid之间的函数关系。
计算及结果分析
将氯离子浓度(％)对混凝土深度(距离暴露面m)作氯离子浓度分布曲线。
混凝土表面氯离子浓度Cs，扩散系数Da以及3所得氯离子浓度分布曲线，用最小二乘法进行非线性回归，其关系由等式5-1确定。氯离子浓度曲线中的第一点，即最外层点在回归分析中应剔除，其它各点满足等式：
Figure A20061002646300101
式中：
C(x，t)[％]——在暴露时间t时，深度x处的氯离子浓度；
x       [m]——暴露面与取样层间的距离(取样层中心)；
t    [s]——混凝土暴露在氯盐环境中所持续的时间；
Cs  [％]——混凝土暴露表面的氯离子浓度；
Ci  [％]——混凝土初始氯离子浓度或本底浓度；
Da  [m2/s]——氯离子总扩散系数或表观扩散系数；
erf——误差函数，其值可以在常用的标准数学参考书中查取。
Cs值是由回归分析得出的理论值，并不是实际的表面氯离子浓度。
以上对快速迁移-锈蚀(DC)方法从理论分析、试验设计、试样制备、参数采集等方面进行了分析，该方法结合了各种测试方法的优点，将恒电压法对真实情况模拟的直观性和NT BUILD443方法的理论性结合，是混凝土抗氯离子渗透性能测试方法的新的发展，具有理论性强、原理清楚、测试速度快、模拟真实情况、和寿命评估相结合的优点。

Claims (4)

1、一种混凝土氯离子渗透性能的快速-锈蚀测试方法是：
A、将准备好的、中间设有一钢筋网片的混凝土试件，浸泡于由NaCl和0.3M NaOH、蒸馏水配制成的3.0％化学纯质量百分比NaCl和0.3M NaOH的混合水溶液中，并且使溶液液面离暴露面的距离不小于20mm处，保持环境温度为23±2℃；且浸泡用NaCl水溶液应每1个星期更换一次，并在试验过程中及试验结束后检查浸泡溶液的NaCl浓度；
B、试件连接60±0.1伏的外加直流电，在测试周期不大于24小时内定期记录电流值，并绘成电流值-时间曲线图；当电流值明显增大、并在增长率超过10％/24小时，停止通电；
C、用干洗法清除混凝土暴露表面残渣，并打磨平整；
D、用混凝土剖面切削机沿垂直暴露面的方向对混凝土试样按平行于暴露面的层面进行分层取样，取样层的厚度应小于2mm，最外层取样层应小于3mm；取样深度不小于钢筋外表面，取样层数不小于20；每取样层取样重量应该满足取样混凝土粉末样品均匀的最小重量，一般根据混凝土集料粒径确定；
E、应用NT BUILD 208，AAHSTO T260进行精确测定，测定混凝土粉末样品中酸溶性氯化物的氯离子含量，其氯离子含量测量精度应该达到0.001％。
2、如权利要求所述的一种混凝土氯离子渗透性能的快速-锈蚀测试方法，其特征在于：所述的试件除一个平行于钢筋片的侧面作为暴露面外，其余各面包括暴露面上小于5mm的周边，均涂以防水涂层。
3、如权利要求所述的一种混凝土氯离子渗透性能的快速-锈蚀测试方法，其特征在于：所述的测试过程是在外加电场作用下，持续通电一定时间6～24天后断电，并直接测氯离子的扩散系。
4、如权利要求所述的一种混凝土氯离子渗透性能的快速-锈蚀测试方法，所采用的混凝土试件尺寸为100×100×100mm的立方体混凝土试件，试件中部设一钢筋网片；试件在标准条件下养护28d或者指定龄期，试验时以三块试件为一组；除一个平行于钢筋网片的侧面作为暴露面外，其余各面包括暴露面上小于5mm的周边，均涂以涂层材料，若该涂层有针孔，尚应加涂予以密封。
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