CN103592200A

CN103592200A - 一种精密混凝土碳化测量装置

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Publication number: CN103592200A
Application number: CN201210534723.0A
Authority: CN
Inventors: 范宏; 赵铁军; 王鹏刚; 杨亚楠; 张鑫
Original assignee: Qingdao University of Technology
Current assignee: Qingdao University of Technology
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: CN103592200B

Abstract

本发明公开了一种精密混凝土碳化测量装置，一种精密混凝土碳化测量装置，包括，精密数显装置、传感器、双连密封塞、反应瓶和试剂瓶，所述的精密数显装置与传感器相连接，传感器与双连密封塞的一端相连接，双连密封塞的另一端与反应瓶相连接，在反应瓶与双连密封塞所形成的空腔内设置有试剂瓶；所述的试剂瓶内设置有压力腔和溶剂腔，其中压力腔与溶剂腔相邻的一端为封闭结构，另一端为套装在双连密封塞上的开口，且在其侧壁上开有传压孔，溶剂腔的两端封闭，侧壁上开有注液孔。本发明能够准确地测量出混凝土的CaCO₃含量，对混凝土碳化状况准确评价，且仪器结构简便，便于携带和放置，测量的过程比较方便，所使用的试剂十分常见，试验器材成本较低。<sub/>

Description

一种精密混凝土碳化测量装置

技术领域

本发明涉及土木工程领域混凝土结构耐久性检测装置，具体地说，是涉及一种精密混凝土碳化测量装置。

背景技术

混凝土碳化即中性化，是指空气中的CO₂气体不断地透过混凝土中未完全充水的毛细孔，扩散到混凝土内部与其中水化产物进行中和反应，生成碳酸盐或其他物质，使混凝土孔溶液的pH值降低的过程。

碳化降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，碳化深度达到钢筋位置，使混凝土失去对钢筋的保护作用，导致混凝土结构中钢筋锈蚀；同时，碳化还会影响混凝土收缩、强度、结构、离子迁移等诸多性质。碳化是混凝土结构在大气环境下发生耐久性破坏的首要因素，评价混凝土的碳化程度对预测一般大气环境下钢筋混凝土建筑和构筑物的耐久性有重大意义。因此，对混凝土结构中的混凝土碳化必须进行测试和判断，目前常用的混凝土碳化的判定方法有以下几种：

1、化学试剂法。利用不同化学试剂在不同pH值环境下的颜色变化，测出混凝土碳化深度。常用1%浓度的酚酞酒精溶液，以pH＝9为界线，已碳化区呈无色，未碳化区呈粉红色。另有一种彩虹指示剂(Rainbow indicator)，根据反应的颜色判别不同的pH值(5~13)，可测试完全碳化和部分碳化的深度。该方法间接反映混凝土的碳化程度，使用简便、成本低，但精度不高、影响因素多，且不能确定混凝土中性化原因。

2、热分析方法。按一定升温速度加热混凝土时，混凝土中的水化产物在不同温度范围内发生物理化学反应，造成混凝土重量的变化，并伴随着吸热与放热现象。混凝土中的Ca( OH) ₂和CaCO₃在一定温度下发生如下热分解反应：

Ca(OH)₂ CaO +H₂O

CaCO₃

CaO+ CO₂

把差热分析和热重分析联合使用，可以获得有关碳化更完整的有用数据和资料。此方法可以直接反应水化产物的碳化程度，试验过程比较复杂。只能评价Ca( OH) ₂的碳化，不能评价C-S-H的碳化，制样复杂，升温需要花费大量时间等等，不适合进行大量的试验。

3、X射线法。通过X射线衍射仪，直接测量出混凝土中不同深度处水泥石所含Ca(OH)₂和CaCO₃晶体的含量，判断出混凝土受碳化情况。XRD法可同时测得Ca(OH)₂和CaCO₃ 沿深度的分布，适用于实验室精确测量。XRD法同样存在制样复杂，不便于大量试验，且定量精度差。

4、电子探针显微分析法。电子探针显微分析仪( Electron Probe Micro Analyzer：EPMA) 是试样表面照射电子束时的2 次电子和反射电子来观察试样表面状态，并利用此时所产生的元素特有X 射线来获取微区表面状态、化学元素的浓度及其空间分布的一种装置，主要用于测定微区碳化状态。

上述四种方法中，现场检测常用化学试剂法，可测试完全碳化区的深度，虽然彩虹指示剂更加方便，但通过肉眼观察颜色比较困难，难免造成较大误差，不适合需要精确确定混凝土碳化深度的试验；对于实验室测量方法中的热分析方法、X射线法精度差、电子探针显微分析法，试验过程都过于复杂，成本高。

对现有其他技术进行查询发现一些专利，举以下几个进行说明：

中国专利（申请）号88220741.5实用新型专利，利用杠杆原理测量混凝土碳化深度，测量误差较大，测量的最小分度值为0.25mm，最大量程为10mm。虽然测量的最小分度值较小，但碳化比较严重即碳化超过10mm的混凝土无法进行检测。

中国专利（申请）号200810039181.3发明专利，提供了一种混凝土碳化深度检测装置，可以根据情况确定检测的深度，最小检测分度值为2mm，最大检测深度没有限制。但该方法是在浇筑混凝土时，将装置固定在模板或钢筋上，只能用于新建工程的检测，而不能对已建工程的碳化进行评价；另外由于混凝土中预埋了该装置，同时对该处混凝土表面进行了处理，所以该处的碳化情况已不能真实地反映混凝土的实际碳化状况；该方法前期预埋是工作较多，测量时也需要多次测量，检测过程过于复杂。

中国专利（申请）号00135769.7的发明专利，是一种笔式碳化深度测量器，装置结构简单，使用方便，但测量的深度不够，最深可以达到10mm，对于现有研究，深度已远达不到要求，尤其是碳化情况比较严重的构件已无法检测。

以上几个比较有代表性的专利，均属于前述的化学试剂法，存在化学试剂法固有的缺陷。

发明内容

本发明针对现有混凝土碳化测定方法和技术的不足，提供了精密混凝土碳化测量装置，该装置可以精确地测量出混凝土的CaCO₃含量，对混凝土碳化状况准确评价，测量仪器结构简便，测量的过程比较方便，使用的试剂十分常见，试验器材成本较低，便于携带和放置，是十分具有推广价值的。

本发明的技术方案是：一种精密混凝土碳化测量装置，包括，精密数显装置、传感器、双连密封塞、反应瓶和试剂瓶，所述的精密数显装置与传感器的一端通过电缆相连接，传感器的另一端通过外螺纹与双连密封塞的一端相连接，双连密封塞的另一端通过双连密封塞内螺纹与反应瓶相连接，在反应瓶与双连密封塞所形成的空腔内设置有试剂瓶；所述的试剂瓶内设置有两个独立的腔体，分别为压力腔和溶剂腔，其中压力腔与溶剂腔相邻的一端为封闭结构，另一端为套装在双连密封塞上的开口，且在其侧壁上开有传压孔，溶剂腔的两端封闭，在其侧壁上开有注液孔。

所述的双连密封塞的盖体上部设置有一个沿轴线向外延伸的和向内延伸的套筒，该套筒向外延伸的一端设置的有一个带有内螺纹的金属件，该金属件与传感器的一端设置的外螺纹相连接，同时该金属件在套筒内的部分为收口结构，在其末端开有一个压力孔；向内延伸的一端与压力腔相连接。

所述双连密封塞为硬质塑料整体加工成型，金属件通过强力胶粘接在套筒内壁上。

所述传感器一端的外螺纹与金属件的内螺纹之间缠绕有生丝。

所述双连密封塞与反应瓶之间设有橡胶垫。

所述的试剂瓶的长度与反应瓶和双连密封塞所形成的空腔长度相当。

所述所述传压孔与注液孔相对于试剂瓶的中轴线成90度角设置。

本发明的有益效果是：准确地测量出混凝土的CaCO₃含量，对混凝土碳化状况准确评价，测量仪器结构简便，测量的过程比较方便，试验过程中所使用的试剂也十分常见，试验器材成本较低，便于携带和放置，通过试验标定和仪器设置，仪器可以直接显示CaCO₃占混凝土质量分数，无须对数据再进行处理与运算，解决容器密封问题，控制了反应过程，保证反应所产生气体获得真实压力值；利用双连密封塞上设置的金属件，实现了大口向小孔的转化，再配合橡胶垫以及缠绕生丝，都有效的解决反应过程中气液分离的问题，保护传感器探头，提高了产品的使用寿命；另外，作为固液相物质进行化学反应产生气体，对反应产生的气体量进行测量的装置，可用于生物、医学、化工领域，应用范围极为广泛。

附图说明

附图1为本发明具体实施例的精密混凝土碳化精密数显装置示意图；

附图2为本发明具体实施例的双连密封塞、试剂瓶和反应瓶的连接示意图；

附图3为本发明具体实施例的传感器和双连密封塞的连接侧视图；

附图4为本发明具体实施例的传感器和双连密封塞的连接正视图；

附图5为本发明具体实施例的试剂瓶外观图；

附图6为本发明具体实施例的试剂瓶透视图；

附图7为本发明具体实施例的试剂瓶平面图。

附图标记：1 精密数显装置；2传感器、21外螺纹、22电缆；3双连密封塞、31双连密封塞内螺纹、32金属件、33套筒、34压力孔、35 橡胶垫； 4反应瓶； 5试剂瓶、51压力腔、52 传压孔、53溶液腔、54注液孔。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

一种精密混凝土碳化测量装置，包括，精密数显装置1、传感器2、双连密封塞3、反应瓶4和试剂瓶5，所述的精密数显装置1与传感器2的一端通过电缆22相连接，传感器2的另一端通过外螺纹21与双连密封塞3的一端相连接，双连密封塞3的另一端通过双连密封塞内螺纹31与反应瓶4相连接，在反应瓶4与双连密封塞3所形成的空腔内设置有试剂瓶5；所述的试剂瓶5内设置有两个独立的腔体，分别为压力腔51和溶剂腔53，其中压力腔51与溶剂腔53相邻的一端为封闭结构，另一端为套装在双连密封塞3上的开口，且在其侧壁上开有传压孔52，溶剂腔53的两端封闭，在其侧壁上开有注液孔54；所述的双连密封塞3的上盖上设置有一个沿轴线向外延伸的和向内延伸的套筒33，该套筒33向外延伸的一端设置的有一个带有内螺纹的金属件32，该金属件32与传感器2的一端设置的外螺纹21相连接，同时该金属件32在套筒33内的部分为收口结构，在其末端开有一个压力孔34；向内延伸的一端与压力腔51相连接；所述双连密封塞3为硬质塑料整体加工成型，所述双连密封塞的金属件32上设置的的内螺纹为钢质内螺纹，该金属件32通过强力胶粘接在套筒33内壁上；所述传感器2一端的外螺纹21与金属件32的内螺纹之间缠绕有生丝；所述双连密封塞3与反应瓶4之间设有橡胶垫35；所述的试剂瓶5的长度与反应瓶4和双连密封塞3所形成的空腔长度相当；所述传压孔52与注液孔54相对于试剂瓶5的中轴线成90度角设置。

采用上述装置，进行如下的测量过程：

1) 把混凝土试样进行分层磨粉，分层磨取的粉末盛放于密封袋中，防止与空气中的气体发生反应造成试验误差，密封袋的表面注明混凝土试样的磨取深度。

2）将电缆22与精密数显装置1电连接，精密数显装置1连接电源，精密数显装置1带有自动归零功能，保证传感器2的电信号被正确显示。

3）将传感器2的另一端通过外螺纹21与双连密封塞3一端带有内螺纹的金属件32相连接，双连密封塞3的另一端通过双连密封塞内螺纹31与反应瓶4相连接，双连密封塞3与反应瓶4之间设有橡胶垫35。

4）确保橡胶垫35穿过双联密封塞3的套筒33向内延伸的一端，与双联密封塞3内侧紧密连接。

5）用精密电子秤秤称取一定数量的试样粉末放置于反应瓶4中，尽量使试样粉末集中于反应瓶4的底部。

6）水平方向拿试剂瓶5，注液孔54向上，使用滴管通过注液孔54向溶液腔53中加入酸液，并将试剂瓶5上的压力腔51开口一侧套在双连密封塞3的套筒33向内延伸部分上；

7）将试剂瓶5水平方向插入反应瓶4，反应瓶4与双连密封塞3通过反应瓶4与双连密封塞内螺纹31紧密连接，只旋转反应瓶4，双连密封塞3不动，试剂瓶5套在双连密封塞3的套筒33向内延伸部分上，也不会动，保证酸液不泄漏。

8）将反应瓶4竖立起来，同时手持传感器2摇动反应瓶4，盐酸溶液通过溶液腔53的注液孔54流入反应瓶，试剂瓶5中的盐酸和反应瓶4中的混凝土粉末发生化学反应，生成二氧化碳，气体的体积增大，增大的气压通过试剂瓶5上的传压孔52传至压力腔51，并经过双连密封3的压力孔34到达传感器2。

9）气压大小的变化，使得传感器2内电阻发生改变，产生不同电流，不同的电流代表不同的CaCO₃占混凝土粉末的质量分数，读取仪器上的数值并记录数据。

10）测量结束清洗反应瓶4和试剂瓶5进行下一个测验。

11）绘制CaCO₃占混凝土粉末的质量分数沿距离混凝土表面的浓度分布，对混凝土碳化进行定量的描述。

Claims

1. 一种精密混凝土碳化测量装置，包括，精密数显装置（1）、传感器（2）、双连密封塞（3）、反应瓶（4）和试剂瓶（5），其特征在于：所述的精密数显装置（1）与传感器（2）的一端通过电缆（22）相连接，传感器（2）的另一端通过外螺纹（21）与双连密封塞（3）的一端相连接，双连密封塞（3）的另一端通过双连密封塞内螺纹（31）与反应瓶（4）相连接，在反应瓶（4）与双连密封塞（3）所形成的空腔内设置有试剂瓶（5）；所述的试剂瓶（5）内设置有两个独立的腔体，分别为压力腔（51）和溶剂腔（53），其中压力腔（51）与溶剂腔（53）相邻的一端为封闭结构，另一端为套装在双连密封塞（3）上的开口，且在其侧壁上开有传压孔（52），溶剂腔（53）的两端封闭，在其侧壁上开有注液孔（54）。

2. 如权利要求1所述的精密混凝土碳化测量装置，其特征在于：所述的双连密封塞（3）的盖体上部设置有一个沿轴线向外延伸的和向内延伸的套筒（33），该套筒（33）向外延伸的一端设置的有一个带有内螺纹的金属件（32），该金属件（32）与传感器（2）的一端设置的外螺纹(21)相连接，同时该金属件（32）在套筒（33）内的部分为收口结构，在其末端开有一个压力孔（34）；向内延伸的一端与压力腔(51)相连接。

3. 如权利要求2所述的精密混凝土碳化测量装置，其特征在于：所述双连密封塞（3）为硬质塑料整体加工成型，该金属件（32）通过强力胶粘接在套筒（33）内壁上。

4. 如权利要求2-3的任意一项所述的精密混凝土碳化测量装置，其特征在于：所述传感器（2）一端的外螺纹（21）与金属件（32）的内螺纹之间缠绕有生丝。

5. 如权利要求1所述的精密混凝土碳化测量装置，其特征在于：所述双连密封塞（3）与反应瓶(4）之间设有橡胶垫（35）。

6.如权利要求1所述的精密混凝土碳化测量装置，其特征在于：所述的试剂瓶（5）的长度与反应瓶（4）和双连密封塞（3）所形成的空腔长度相当。

7. 如权利要求1所述的精密混凝土碳化测量装置，其特征在于：所述传压孔（52）与注液孔（54）相对于试剂瓶（5）的中轴线成90度角设置。