CN103487480A - 快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法 - Google Patents

快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法 Download PDF

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一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，步骤如下：一：测定混凝土孔溶液pH值；二：用NaOH溶液和Ca(OH)2溶液模拟混凝土孔溶液，pH值与步骤一中一致，模拟溶液中分别加入NaCl，将钢筋分别浸泡在模拟溶液中，确定钢筋锈蚀的[Cl-]/[OH-]值；三：计算此时Cl-的摩尔浓度，作为临界浓度值；四：取圆形混凝土保护层，固定在渗透性测量装置上，装置阴极和阳极分别注入相应溶液；五：选择多种加速电压，分别进行加速试验，并开始记录试验时间；当阳极溶液中氯离子浓度达到临界值时所用时间作为混凝土的加速寿命。六：以加速电压为纵坐标，渗透试验所用时间为横坐标，拟合得寿命的加速方程；七：将实际氯盐浓度差转化为电位差；八：将电位差代入加速方程，即得混凝土的寿命。

Description

快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法
（一）技术领域
本发明涉及一种能够快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，属于土木工程技术领域。
（二）背景技术
氯盐渗入近海、沿海和海洋混凝土内部，积累到一定浓度时将引起钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀，从而导致钢筋混凝土结构失效。模拟实际工程环境的氯离子自然渗透法周期长，可重复性差，无法达到预测寿命的目的。目前也出现了非稳态快速氯离子电迁移测定法和库仑电通量法，可以实现氯离子在混凝土中的加速渗透实验，并对混凝土的渗透性进行评价，然而以上实验中得到的总电量和扩散系数很难与氯盐环境下钢筋混凝土的寿命联系起来。尽管有学者试图通过扩散系数来预测钢筋混凝土的使用寿命，但之前需要一系列的理论假设，比如将混凝土假定为水饱和的各项同性均匀介质，而这与实际混凝土材料的性质是完全相左的。另外，氯离子在混凝土中的传输是一个极其复杂的过程，除与混凝土内部的孔隙和裂纹密切相关外，混凝土组成材料(各种掺合料以及掺合料的成分)对氯离子的吸附作用也是一个重要影响因素，由此很难得到可靠的使用寿命预测结果。
（三）发明内容
1、目的：
本发明的目的是提出一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，为氯盐环境中钢筋混凝土结构的安全使用提供依据。
2、技术方案：
本发明提出的快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，是利用外加直流电压加速氯离子穿过混凝土保护层，不考虑氯离子在混凝土中的传输过程，以穿过混凝土保护层的氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值作为使用寿命的评价指标，然后利用外加直流电压与自然状态下氯盐浓度电位差之间的函数关系预测氯盐环境中钢筋混凝土的使用寿命。
本发明一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：测定混凝土孔溶液pH值；将饱和面干的混凝土试件通过压滤方法在钢模中榨取混凝土的孔溶液，在25℃条件下使用pH计测定混凝土孔溶液的pH值；
步骤二：用NaOH溶液和20℃时饱和的Ca(OH)2溶液模拟混凝土的孔溶液，通过调整NaOH溶液的摩尔浓度保证溶液的pH值与步骤一中的计算值一致，将多根（亦说预定根）建筑钢筋用砂纸除去表面的铁锈，并在10%的柠檬酸三氨溶液中浸泡48小时进行二次除锈处理，然后用滤纸迅速将钢筋表面的残余液体擦拭干净，并分别浸泡在模拟的孔溶液中48小时；之后向模拟溶液中分别加入分析纯NaCl，使溶液中[Cl-]/[OH-]值自0.1每间隔0.1增加到0.9，每隔12小时用300倍读数显微镜对钢筋表面进行观察，以确定钢筋是否锈蚀；
步骤三：根据步骤二中的观测结果确定钢筋锈蚀的[Cl-]/[OH-]值，并计算此时Cl-的摩尔浓度，作为导致钢筋锈蚀的Cl-临界浓度值C；
步骤四：取圆形混凝土保护层，用环氧树脂将试件侧面密封，并固定在混凝土渗透性智能测量装置上，装置阴极注入实际氯盐浓度的溶液，阳极注入用蒸馏水配置的0.3mol/LNaOH溶液；
步骤五：选择多种（亦说预定种）直流电压作为加速电压，分别进行氯离子加速渗透试验，并开始记录加速渗透试验时间，试验过程中保证阴极溶液中氯盐浓度的相对稳定，测定阳极溶液中氯离子浓度，氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值C时，停止试验并记录试验所用时间t，同时定义该试验时间t为该加速电压下混凝土保护层的加速寿命；
步骤六：以外加直流电压(Vi)为纵坐标，阳极溶液中氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值时所需时间(ti)为横坐标，拟合得到混凝土保护层使用寿命的加速曲线和加速方程Vi=aln(ti)+b，其中a、b为常数；
步骤七：将自然状态下氯盐浓度差CCl按V△C=-52.983×(-lgCCl)+9.7306转化为电位差V△C；
步骤八：将自然状态下氯盐浓度电位差V△C代入加速方程Vi=aln(ti)+b，即得到该混凝土保护层的寿命t0。
其中，在步骤二中所述的“将多根建筑钢筋用砂纸除去表面的铁锈”，是指用9根长100mm、直径6mm建筑钢筋用6号砂纸除去表面的铁锈”。
其中，在步骤三中所述的“根据步骤二中的观测结果确定导致钢筋锈蚀的[Cl-]/[OH-]值，并计算此时Cl-的摩尔浓度，作为导致钢筋锈蚀的Cl-临界浓度值C”，其计算方法如下：假设确定的钢筋锈蚀时[Cl-]/[OH-]值为e，即[Cl-]/[OH-]=e，式中氢氧根离子浓度在步骤一中已经测定为已知，同时e也已知，氯离子浓度即为：[Cl-]=[OH-]×e。
其中，在步骤四中所述的“圆形混凝土保护层”，其圆形直径为100mm，保护层厚度为10mm-50mm。
其中，在步骤四中所述的“混凝土渗透性智能测量装置”，是指发明专利号为ZL200610009881.9的混凝土渗透性智能测量装置。
其中，在步骤四中所述的“实际氯盐浓度的溶液”，是指钢筋混凝土所处氯盐环境中氯盐的浓度。
其中，在步骤五中所述的“选择多种直流电压作为加速电压”，该多种（亦说预定种）直流电压为：19.9V、12.9V、9.0V、6.0V、4.9V和2.3V。
其中，在步骤六中所述的“以外加直流电压(Vi)为纵坐标，阳极溶液中氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值时所需时间(ti)为横坐标，拟合得到混凝土保护层使用寿命的加速曲线和加速方程Vi=aln(ti)+b，其中a、b为常数”，其拟合方法如下：采用origin软件中的对数拟合工具即可得到拟合曲线和方程。
其中，在步骤七中所述的“将自然状态下氯盐浓度差CCl按V△C=-52.983×(-lgCCl)+9.7306转化为电位差V△C”，其转化方法如下：将氯盐浓度差CCl代入到方程V△C=-52.983×(-lgCCl)+9.7306中，既得对应的电位差V△C。
3、优点和功效：
本发明提出的氯盐环境中钢筋混凝土寿命的加速试验与预测方法，它的特点如下：
（1）测试时间短。采用直流电压作为氯离子传输的加速应力，相对于自然传输试验可大大缩短测试时间。
（2）测试过程简单。由于只测定阳极溶液中氯离子浓度，即只考虑透过混凝土试件的氯离子，而氯离子在混凝土内部复杂的传输过程，以及被水泥混凝土试件吸附的氯离子等均不再单独考虑。
（3）适用范围广。既可以用于评价和预测新建钢筋混凝土的使用寿命，也可对服役钢筋混凝土的剩余寿命进行评价和预测。也适用于部分带裂纹工作的钢筋混凝土。
（四）附图说明
图1本发明所述方法操作流程图
（五）具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，见图1所示，该方法具体步骤如下：
步骤一：测定混凝土孔溶液pH值。将饱和面干的混凝土试件通过压滤方法在钢模中榨取混凝土的孔溶液，在25℃条件下使用pH计测定混凝土孔溶液的pH值；
步骤二：用NaOH溶液和20℃时饱和的Ca(OH)2溶液模拟混凝土的孔溶液，通过调整NaOH溶液的摩尔浓度保证溶液的pH值与步骤一中的计算值一致。将9根长100mm、直径6mm建筑钢筋用6号砂纸除去表面的铁锈，并在10%的柠檬酸三氨溶液中浸泡48小时进行二次除锈处理，然后用滤纸迅速将钢筋表面的残余液体擦拭干净，并分别浸泡在模拟的孔溶液中48小时；之后向模拟溶液中分别加入分析纯NaCl，使溶液中[Cl-]/[OH-]值自0.1每间隔0.1增加到0.9，每隔12小时用300倍读数显微镜对钢筋表面进行观察，以确定钢筋是否锈蚀；
步骤三：根据步骤二中的观测结果确定钢筋锈蚀的[Cl-]/[OH-]值，并计算此时Cl-的摩尔浓度，作为导致钢筋锈蚀的Cl-临界浓度值C；
步骤四：取直径100mm的圆形混凝土保护层（保护层厚度10mm-50mm），用环氧树脂将试件侧面密封，并固定在混凝土渗透性智能测量装置上，装置阴极注入实际氯盐浓度的溶液，阳极注入用蒸馏水配置的0.3mol/LNaOH溶液；
步骤五：选择19.9V、12.9V、9.0V、6.0V、4.9V和2.3V的直流电压作为加速电压，分别进行氯离子加速渗透试验，并开始记录加速渗透试验时间，试验过程中保证阴极溶液中氯盐浓度的相对稳定，测定阳极溶液中氯离子浓度，氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值C时，停止试验并分别记录试验所用时间t19.9、t12.9、t9.0、t6.0、t4.9、t2.3，同时定义该试验时间ti为该加速电压下混凝土保护层的加速寿命；
步骤六：以外加直流电压(Vi)为纵坐标，阳极溶液中氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值时所需时间(ti)为横坐标，拟合得到混凝土保护层使用寿命的加速曲线和加速方程Vi=aln(ti)+b，其中a、b为常数；
步骤七：将自然状态下氯盐浓度差CCl按V△C=-52.983×(-lgCCl)+9.7306转化为电位差V△C；
步骤八：将自然状态下氯盐浓度电位差V△C代入加速方程Vi=aln(ti)+b，即得到该混凝土保护层的寿命t0。

Claims (9)

1.一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一：测定混凝土孔溶液pH值；将饱和面干的混凝土试件通过压滤方法在钢模中榨取混凝土的孔溶液，在25℃条件下使用pH计测定混凝土孔溶液的pH值；
步骤二：用NaOH溶液和20℃时饱和的Ca(OH)2溶液模拟混凝土的孔溶液，通过调整NaOH溶液的摩尔浓度保证溶液的pH值与步骤一中的计算值一致，将预定根建筑钢筋用砂纸除去表面的铁锈，并在10%的柠檬酸三氨溶液中浸泡48小时进行二次除锈处理，然后用滤纸迅速将钢筋表面的残余液体擦拭干净，并分别浸泡在模拟的孔溶液中48小时；之后向模拟溶液中分别加入分析纯NaCl，使溶液中[Cl-]/[OH-]值自0.1每间隔0.1增加到0.9，每隔12小时用300倍读数显微镜对钢筋表面进行观察，以确定钢筋是否锈蚀；
步骤三：根据步骤二中的观测结果确定钢筋锈蚀的[Cl-]/[OH-]值，并计算此时Cl-的摩尔浓度，作为导致钢筋锈蚀的Cl-临界浓度值C；
步骤四：取圆形混凝土保护层，用环氧树脂将试件侧面密封，并固定在混凝土渗透性智能测量装置上，装置阴极注入实际氯盐浓度的溶液，阳极注入用蒸馏水配置的0.3mol/LNaOH溶液；
步骤五：选择预定种直流电压作为加速电压，分别进行氯离子加速渗透试验，并开始记录加速渗透试验时间，试验过程中保证阴极溶液中氯盐浓度的相对稳定，测定阳极溶液中氯离子浓度，氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值C时，停止试验并记录试验所用时间t，同时定义该试验时间t为该加速电压下混凝土保护层的加速寿命；
步骤六：以外加直流电压(Vi)为纵坐标，阳极溶液中氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值时所需时间(ti)为横坐标，拟合得到混凝土保护层使用寿命的加速曲线和加速方程Vi=aln(ti)+b，其中a、b为常数；
步骤七：将自然状态下氯盐浓度差CCl按V△C=-52.983×(-lgCCl)+9.7306转化为电位差V△C；
步骤八：将自然状态下氯盐浓度电位差V△C代入加速方程Vi=aln(ti)+b，即得到该混凝土保护层的寿命t0。
2.根据权利要求1所述的一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：在步骤二中所述的“将预定根建筑钢筋用砂纸除去表面的铁锈”，是指用9根长100mm、直径6mm建筑钢筋用6号砂纸除去表面的铁锈”。
3.根据权利要求1所述的一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：在步骤三中所述的“根据步骤二中的观测结果确定导致钢筋锈蚀的[Cl-]/[OH-]值，并计算此时Cl-的摩尔浓度，作为导致钢筋锈蚀的Cl-临界浓度值C”，其计算方法如下：假设确定的钢筋锈蚀时[Cl-]/[OH-]值为e，即[Cl-]/[OH-]=e，式中氢氧根离子浓度在步骤一中已经测定为已知，同时e也已知，氯离子浓度即为：[Cl-]=[OH-]×e。
4.根据权利要求1所述的一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：在步骤四中所述的“圆形混凝土保护层”，其圆形直径为100mm。
5.根据权利要求1所述的一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：在步骤四中所述的“圆形混凝土保护层”，其保护层厚度为10mm-50mm。
6.根据权利要求1所述的一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：在步骤四中所述的“实际氯盐浓度的溶液”，是指钢筋混凝土所处氯盐环境中氯盐的浓度。
7.根据权利要求1所述的一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：在步骤五中所述的“选择预定种直流电压作为加速电压”，该预定种直流电压为：19.9V、12.9V、9.0V、6.0V、4.9V和2.3V。
8.根据权利要求1所述的一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：在步骤六中所述的“以外加直流电压(Vi)为纵坐标，阳极溶液中氯离子浓度达到导致钢筋锈蚀的临界值时所需时间(ti)为横坐标，拟合得到混凝土保护层使用寿命的加速曲线和加速方程Vi=aln(ti)+b，其中a、b为常数”，其拟合方法如下：采用origin软件中的对数拟合工具即可得到拟合曲线和方程。
9.根据权利要求1所述的一种快速预测氯盐环境中钢筋混凝土寿命的方法，其特征在于：在步骤七中所述的“将自然状态下氯盐浓度差CCl按V△C=-52.983×(-lgCCl)+9.7306转化为电位差V△C”，其转化方法如下：将氯盐浓度差CCl代入到方程V△C=-52.983×(-lgCCl)+9.7306中，既得对应的电位差V△C。
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