CN104181289A - 一种混凝土表层水分分布的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程材料试验方法技术领域，涉及一种混凝土表层水分分布的测量方法，先在混凝土拌合用水中加入氯化钠溶液，混凝土试件经过成型养护至后进行取样并打磨成粉末样品；再测定粉末样品中氯离子含量；根据粉末样品中氯离子含量绘制沿深度方向的氯离子分布曲线即获得混凝土中的水分分布，氯离子溶解在混凝土的水分中，氯离子含量的多少代表该位置所含水分的多少，氯离子分布曲线反映混凝土中的水分分布状况；其测量方法简单，原理科学可靠，操作简便，测量结果精确，成本低，环境友好，适用范围广。

Description

一种混凝土表层水分分布的测量方法

技术领域：

本发明属于土木工程材料试验方法技术领域，涉及一种混凝土表层水分分布的测量方法，特别是一种氯离子示踪法测量混凝土表层水分分布的工艺方法。

背景技术：

由于边界效应及混凝土浇筑时的分层离析作用，钢筋混凝土构件的表层混凝土比内部核心混凝土含有较多的胶凝材料，粗集料分布密度低，表层混凝土水分(水胶比)含量高，混凝土要达到低渗透，首先要考虑降低水胶比以减少混凝土中的毛细孔道。混凝土中的气相和过剩水分在混凝土硬化后将留下孔隙，这些孔隙互相连通而形成网络结构，对混凝土的许多性能起重要影响作用，表层混凝土性能有弱化的趋势。目前，采用透水模板技术和混凝土真空脱水技术是通过降低混凝土表层水分含量而提高混凝土表层性能的主要技术,其中透水模板布是指附着于模板内侧，具有透水、透气功能的织物内衬材料，使用透水模板布可排出混凝土表层水分，改善表层混凝土孔隙分布，提高表层混凝土的密实性和抗渗透性。传统模板浇注混凝土时，混凝土与模板接触面是完全封闭的，混凝土入模后，水胶比基本不变，多余的水分在硬化混凝土中留下大量孔隙和气泡，拆模后混凝土表面会形成孔洞、麻面等缺陷，不仅影响混凝土观感质量，还降低了表层混凝土的性能。透水模板的织物内衬材料由表面过滤层、内部排水层复合而成，混凝土在浇注后，在混凝土内部压力，透水模板的毛细现象及振捣等共同作用下，混凝土中的气泡及游离水分由混凝土内部向表面迁移，通过透水模板的中间层排出，有效减少表层混凝土的气泡，降低水灰比(水胶比)，使混凝土更加致密,使用透水模板时，水分运动的影响深度通常可达到距离混凝土表面2.5-5cm的深度范围内,水通过渗透和毛细现象经透水模板排出均匀，不形成聚集，有效减少了砂斑、砂线等混凝土表面缺陷，混凝土表面平整，有效分散了表面应力，减少结构体裂缝出现的机会。混凝土真空脱水技术是通过真空设备，在混凝土表面制造真空，利用大气压力从混凝土中吸出游离水，以降低混凝土水胶比的一种方法，从而提高混凝土表层性能，已经广泛用于道路及大面积工业厂房地坪、机场、港口、大坝等工程。无论是透水模板技术，还是混凝土真空脱水技术，排除混凝土表层水分，降低水胶比都是该技术的基本作用原理。我国交通运输部颁布了标准《混凝土工程用透水模板布》(JT/T 736-2009)，为透水模板技术的应用奠定了基础，该标准规定了透水模板布排水能力的试验方法，该方法在钢制模具内的四个立面从上往下500mm范围内贴有透水模板布，然后在砂浆浇筑过程中，通过排水槽将排出的水汇集到量筒内，然后得出透水模板布的排水能力，这种方法得到的是整个试件在各个高度，各个表面的总的排水量，不能直接反映表层混凝土不同高度，不同表面的排水情况，更不能反映不同混凝土表面的排水深度、剩余水胶比等状况，而且透水模板的排水能力不仅受透水模板布本身性能的影响，还受到原材料秥聚性、排水压力、浇筑高度、混凝土振动捣等因素影响。因此，如何准确地测定混凝土表面水分含量，排水量、排水深度、剩余水胶比等，对透水模板技术，混凝土真空脱水技术的排水效果进行评价是一个亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种混凝土表层水分分布的测量方法，通过氯离子示踪法研究混凝土表层水分迁移运动的特点和水分分布，定量分析距离混凝土表面不同深度处的水分含量，准确测量混凝土表层排水深度、剩余水胶比。

为了实现上述目的，本发明的具体测量工艺过程为：

(1)、制作待评价混凝土中水分分布的小型混凝土试件或大型混凝土试件，混凝土试件制作与普通的混凝土试件制作方法相同，在混凝土拌合用水中加入重量百分比浓度为5％的氯化钠溶液，其中氯化钠溶液加入量为混凝土拌合用水量的1.05倍；

(2)、混凝土试件经过成型养护至试件强度达到5Mpa，能够磨取粉末后进行取样，其中小型混凝土试件直接作为样品，大型混凝土试件采用现有技术钻取混凝土芯样；

(3)、利用市售的混凝土粉末打磨机沿小型混凝土试件或混凝土芯样的表面以1mm为单位进行打磨混凝土，并按1mm为单位收集粉末样品；

(4)、采用现有的氯离子含量测定方法测定粉末样品中氯离子含量；

(5)、绘制沿深度方向的氯离子分布曲线；其中横坐标为深度，单位为混凝土粉末磨取单位mm，纵坐标为氯离子含量，表示为氯离子占混凝土粉末的质量百分比，依次将距离混凝土表面不同深度粉末中的氯离子含量表示在相应深度处，即得到沿深度方向的氯离子分布曲线；

(6)、根据氯离子分布曲线获得混凝土中的水分分布，氯离子溶解在混凝土的水分中，氯离子含量的多少代表该位置所含水分的多少，氯离子分布曲线反映混凝土中的水分分布状况。

本发明测量混凝土中的氯离子含量是一种比较成熟的方法，常用的测定粉末样品中氯离子含量的方法包括硝酸银化学滴定法、离子色谱法和氯离子选择电极法，其中硝酸银化学滴定法属于传统的化学滴定方法，成本较低，仪器易得，但化学滴定法过程繁锁，试验依靠视觉观察溶液颜色变化确定滴定终点，容易造成误差，该方法在《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GB/T50082-2009)这一标准中进行了描述；离子色谱法对混凝土粉末溶液中的氯离子浓度的测定。例如美国戴安公司的ICS-1500型离子色谱仪，该设备检测方便、快捷、精度高。其工作原理为以低交换容量的离子交换树脂为固定相，对离子性物质进行分离，用电导检测器连续检测流出物电导率变化，从而达到定量分析离子性物质的目的；氯离子选择电极测量水溶氯离子的含量，将离子的含量转化成相应的电位，通过电位值推算氯离子的含量，该方法较化学滴定法迅速，试验准确。该方法运行成本低，操作简单，适合于科研和检测中实验室氯离子含量测试，是实验室内测定混凝土、砂子、石子、外加剂、拌和水等材料的水溶性氯离子含量首选的方法。

本发明与现有技术相比，通过在拌合用水中添加NaCl而表示水分含量，提供了测量混凝土中水分含量的一种技术手段，能测定混凝土表层区域的水分分布，并得到沿深度方向的水分分布变化情况，而且试验过程所用方法和装置普遍，试剂常见，取材方便，推广性很强，为研究不同透水模板的排水性能提供了方法，同时为不同配比的混凝土，采用不同胶凝材料，不同高度、不同振捣方式等不同条件下混凝土表面的水分分布提供了方法；其测量方法简单，原理科学可靠，操作简便，测量结果精确，成本低，环境友好，适用范围广。

附图说明：

图1为本发明实施例涉及的混凝土粉末粒径分布曲线图。

图2为本发明实施例涉及的水灰比0.45时的氯离子含量沿深度变化曲线图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

本实施例的具体测量工艺过程为：

(1)、制作待评价混凝土中水分分布的小型混凝土试件或大型混凝土试件，混凝土试件制作与普通的混凝土试件制作方法相同，在混凝土拌合用水中加入重量百分比浓度为5％的氯化钠溶液，其中氯化钠溶液加入量为混凝土拌合用水量的1.05倍；

(2)、混凝土试件经过成型养护至试件强度达到5Mpa，能够磨取粉末后进行取样，其中小型混凝土试件直接作为样品，大型混凝土试件采用现有技术钻取混凝土芯样；

(3)、利用市售的混凝土粉末打磨机沿小型混凝土试件或混凝土芯样的表面以1mm为单位进行打磨混凝土，并按1mm为单位收集粉末样品；

(4)、采用现有的氯离子含量测定方法测定粉末样品中氯离子含量；

(5)、绘制沿深度方向的氯离子分布曲线；其中横坐标为深度，单位为混凝土粉末磨取单位mm，纵坐标为氯离子含量，表示为氯离子占混凝土粉末的质量百分比，依次将距离混凝土表面不同深度粉末中的氯离子含量表示在相应深度处，即得到沿深度方向的氯离子分布曲线；

(6)、根据氯离子分布曲线获得混凝土中的水分分布，氯离子溶解在混凝土的水分中，氯离子含量的多少代表该位置所含水分的多少，氯离子分布曲线反映混凝土中的水分分布状况。

本实施例所述氯离子含量测定方法选用氯离子选择电极法，其具体测量氯离子含量的过程为：(1)先称取1g混凝土粉末样品放入60ml的塑料瓶中；(2)向塑料瓶中加入45ml蒸馏水和5ml的浓度为6mol/L的NaNO3缓冲溶液；(3)密封塑料瓶，放到常规的转动器内滚动2小时，使混凝土中氯离子充分溶解到蒸馏水中；(4)标定离子选择电极，将电极置于一系列标准溶液(每种溶液的NaCl含量不同)中测定电位值，并绘制电位值与浓度对数的关系曲线；(5)用一次性针管过滤器过滤混凝土粉末溶液，测量样品溶液的电位值；(6)根据标定结果，用标准曲线法计算氯离子浓度C；(7)计算1g混凝土粉末中的氯离子含量W＝0.05C。

实施例：

本实施例为不同透水模板布排水效果的对比试验，在混凝土拌和时使用的纯净水中加入混凝土配合比用水量1.05倍重量的百分比浓度为5％的NaCl溶液，通过检测混凝土表层粉末试样中的氯离子的浓度，从而达到测量混凝土表层水分含量的目的。

本实施例所用混凝土均为普通混凝土，主要成分为碎石、河砂、水泥和水，采用水灰比为0.45的混凝土，具体配合比见表1，采用上海埃彼化学试剂有限公司生产的NaCl(分析纯AR)，NaCl掺入拌合用水中，NaCl溶液浓度为5％；试验试模采用木模板制作，模板尺寸为200×200×500mm，试模拼装后在试模内壁铺设透水模板布，试验采用杭州银博交通工程材料有限公司生产的“帕米福渗水透气养护多功能模板布”，试验采用三种型号的模板布，其具体性能指标见表2。

表1：混凝土配合比

表2：帕米福透水模板布性能指标

本实施例对四种试块芯样进行区别分析，根据试验中使用的透水模板布的种类编号命名如下：

PMF-0：普通模板，未使用透水模板布

PMF-1：使用PMF-1透水模板布

PMF-3：使用PMF-3透水模板布

PMF-5：使用PMF-5透水模板布

混凝土成型后48小时拆模，将四块试块放入温度为20±3℃、相对湿度为RH≥90％的标准养护室进行养护，7天后取出，在试块底部取芯得到直径为100mm的芯样；再使用DRB-H1型混凝土打磨机，从芯样表面开始，以1mm为单位沿深度打磨粉末，打磨深度为4cm，每打磨一次就收集一次粉末，使用0.63mm网筛进行筛选粉末，并将粉末装入塑料袋后备用；试验采用40/50型磨头，进给量1mm，使用粒度分析仪测定的混凝土粉末的粒度分布曲线如图1所示，粉末平均粒径10微米，保证测量粉末中的全部氯离子含量；然后用氯离子选择电极测量粉末样品的氯离子含量，绘制不同芯样中沿深度的氯离子含量，其分布曲线如图2所示，由图2可以得出以下结论：(1)使用普通模板制得的混凝土试块中(PMF-0)的氯离子含量随混凝土打磨深度的增加而逐渐降低，在0～15mm处明显降低，之后降低幅度较小，最终在33mm处稳定，有一定的波动，但波动较小，普通模板制得的混凝土表层水分含量较高；(2)使用透水模板制得的试块(PMF-1、PMF-3、PMF-5)中氯离子含量在表层明显减少，随打磨深度的增加逐渐减少，在18mm处达到稳定，在30mm处与普通模板制得的试块中氯离子的含量重叠，最终稳定在同一曲线；透水模板的使用明显降低了表层混凝土的水分含量；(3)PMF-1的试块中氯离子含量最低，说明透水模板布的孔径大小对于排水的能力有一定影响，孔径大，排水能力相对强一些，残留水量也会减少，在水灰比较大时，排水优势更加明显，此时即使透水模板布孔径较大，但混凝土本身需要排出的残余水也较多，降低了混凝土表层因失水过多而影响水化的风险，因此在水灰比较大，排水量较大时可以选择孔径较大的透水模板布；(4)PMF-5的试块中氯离子含量与PMF-3的试块中氯离子含量近似，说明透水模板布的克重会影响透水模板的保水能力，但是当水灰比较大时，这种保水优势被减弱；(5)使用透水模板可以显著的降低表层混凝土的水胶比，在使表层混凝土中的含水量满足胶凝材料的水化需要的同时尽量减小水分含量，排出多余水分；(6)表层混凝土中的氯离子含量较高，而在30mm后达到稳定，且含量接近，这是因为表层混凝土骨料含量少，胶凝材料含量高，因此水分含量高，但透水模板的排水效果仍然十分明显。

本实例仅对同一配比混凝土采用不同透水模板后的排水效果进行比较，对不同配比混凝土，采用不同胶凝材料，不同高度、不同振捣方式等不同条件下混凝土表面的水分分布仍可以用本方法进行测量。

Claims (1)

1.一种混凝土表层水分分布的测量方法，其特征在于具体测量工艺过程为：

(1)、制作待评价混凝土中水分分布的小型混凝土试件或大型混凝土试件，混凝土试件制作与普通的混凝土试件制作方法相同，在混凝土拌合用水中加入重量百分比浓度为5％的氯化钠溶液，其中氯化钠溶液加入量为混凝土拌合用水量的1.05倍；

(2)、混凝土试件经过成型养护至试件强度达到5Mpa，能够磨取粉末后进行取样，其中小型混凝土试件直接作为样品，大型混凝土试件采用现有技术钻取混凝土芯样；

(3)、利用市售的混凝土粉末打磨机沿小型混凝土试件或混凝土芯样的表面以1mm为单位进行打磨混凝土，并按1mm为单位收集粉末样品；

(4)、采用现有的氯离子含量测定方法测定粉末样品中氯离子含量；

(5)、绘制沿深度方向的氯离子分布曲线；其中横坐标为深度，单位为混凝土粉末磨取单位mm，纵坐标为氯离子含量，表示为氯离子占混凝土粉末的质量百分比，依次将距离混凝土表面不同深度粉末中的氯离子含量表示在相应深度处，得到沿深度方向的氯离子分布曲线；

(6)、根据氯离子分布曲线获得混凝土中的水分分布，氯离子溶解在混凝土的水分中，氯离子含量的多少代表该位置所含水分的多少，氯离子分布曲线反映混凝土中的水分分布状况。