CN104568723A - 含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法及装置，试验方法包括以下步骤：(1)配制含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液；(2)开展含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验；(3)持续监测和调控浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度；(4)分析含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土的碳化深度。试验装置包括分层架、样品箱、浸泡箱、废液箱、盖板、导水管以及流量控制器，采用该方法及装置够能配制出含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，在正常大气压下进行含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下的混凝土加速碳化试验。

Description

含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法及装置

一、技术领域

本发明涉及一种混凝土碳化试验方法及装置，具体是一种含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法及装置，用于研究混凝土在含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下的碳化过程。

二、背景技术

混凝土碳化是混凝土耐久性指标之一，当混凝土结构处于含侵蚀性二氧化碳地下水环境时，地下水环境中的侵蚀性二氧化碳通过混凝土孔隙和微裂缝进入到混凝土内部，与混凝土孔溶液中的碱性物质发生碳化反应，生成碳酸钙，造成混凝土碱度下降，造成混凝土中钢筋表面钝化膜的破坏，引发钢筋锈蚀，导致混凝土结构力学性能退化或丧失，危害结构的可靠性能和安全性能。因此，开展含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下的混凝土碳化试验研究，对地下混凝土结构耐久性研究具有重大的参考价值。

目前国内外开展的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下的混凝土碳化试验，主要采用原位浸泡试验的方式。原位浸泡试验需在工程现场开挖原位浸泡井进行浸泡试验，试验环境为天然地下水环境，侵蚀性二氧化碳含量较低，试验过程周期长且人力物力消耗量大。此外，也有通过加压装置形成侵蚀性二氧化碳地下水环境进行混凝土碳化试验的研究，但设备昂贵，操作复杂，且混凝土碳化过程在非正常大气压下进行，与工程实际情况有一定差异。

由于地下水中的侵蚀性二氧化碳会因为参与混凝土碳化反应而不断消耗，因此要在实验室开展含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下的混凝土碳化试验，就必须配制出含侵蚀性二氧化碳的人工地下水溶液，并保证实验过程中消耗的侵蚀性二氧化碳会得到持续补充，使地下水样品中的侵蚀性二氧化碳浓度稳定在一定范围内，确保碳化反应的稳定持续进行。

因此，研发一种含侵蚀性二氧化碳人工地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置及方法，能配制出含侵蚀性二氧化碳人工地下水溶液，在正常大气压下进行混凝土加速碳化试验，并在实验过程中保证混凝土碳化过程中地下水样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的稳定，为分析和研究混凝土在含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下的碳化规律奠定基础，对综合分析和评估地下混凝土结构的耐久性具有重要的学术意义和工程应用价值。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法及装置，能够在实验室内开展含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验，获取混凝土在含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下的碳化深度，分析该环境条件下混凝土的碳化规律。

本发明通过以下述技术方案实现上述目的：一种含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法，包括以下步骤：

1、配制含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液：常温下，按照每1L冰醋酸溶液中含8.0～20.0ml冰醋酸的比例配制冰醋酸溶液，按照碳酸氢钠溶液的浓度与冰醋酸溶液浓度之间的对应关系为每1L冰醋酸溶液中含x ml冰醋酸对应每1L碳酸氢钠溶液中含2x g无水碳酸氢钠的标准配制碳酸氢钠溶液，即每1L碳酸氢钠溶液中对应含有16.0～40.0g的无水碳酸氢钠，最后将冰醋酸溶液、碳酸氢钠溶液和水温为0～5℃的蒸馏水按体积比为1:1:6的方式混合，密封静置24小时后得到含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，并测定该样品溶液中侵蚀性二氧化碳的浓度；

2、开展含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验：选取干燥的棱柱体混凝土试块，用环氧树脂对垂直于试块长轴的2个端面进行密封，保留与长轴平行的4个面，将试块以密封面为底面和顶面的方式置于含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置中，在样品箱和浸泡箱中均加满含侵蚀性二氧化碳地下水样品溶液，打开流量控制器，并将样品溶液的流入速度保持在5～100ml/min之间的某一数值，混凝土试块持续浸泡在含侵蚀性二氧化碳地下水溶液中，开始进行含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验；

3、持续监测和调控浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度：在碳化试验开始1天后，从浸泡箱中量取浸泡溶液样本，测定该样本中侵蚀性二氧化碳的浓度，此后，在碳化试验过程中，每3天从浸泡箱中量取浸泡溶液样本，测定该样本中侵蚀性二氧化碳的浓度。当1天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％，则说明浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳的消耗量大于从样品箱的样品溶液中的补充量，则应调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度，如4天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度仍低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％，则继续调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度，直至测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度不低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％，则保持最后一次调整后的样品溶液流入速度。如在后续实验过程中出现连续三次出现浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％的情况，则需再次调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度；

4、分析含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土的碳化深度：达到期望碳化龄期时，从浸泡箱中取出试块，测定混凝土试块碳化深度的代表值；对从第1天开始测定得到的多个浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度值取平均值，作为该碳化龄期下环境中侵蚀性二氧化碳浓度的代表值；计算样品溶液的流入速度稳定后浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的均值、标准差和变异系数；绘制表格，列出该碳化龄期下环境中侵蚀性二氧化碳浓度的代表值、样品溶液的流入速度稳定的开始时间、样品溶液的流入速度稳定后浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的均值、标准差和变异系数等环境参数及该环境条件下对应的混凝土碳化深度的代表值，为该环境条件下混凝土的抗碳化性能分析提供参考。

所述测定混凝土试块碳化深度的代表值是将混凝土试块沿与密封面平行的方向劈裂，清理断面后在断面上喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液，其中酒精溶液含20％蒸馏水，经30s后，在颜色变化稳定后的断面上沿四条边将每条边等分为4至11部分，在每个等分点处测定混凝土碳化深度，并对测得的多个混凝土碳化深度值取平均值，作为该碳化龄期下混凝土碳化深度的代表值。

所述混凝土碳化深度是从混凝土表面沿混凝土表面法线方向到呈现深色的未碳化区域之间的距离，当测点处的未碳化区域分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，从该粗骨料颗粒的两侧绘制虚拟未碳化区域分界线，此时混凝土碳化深度取从混凝土表面沿混凝土表面法线方向到虚拟未碳化区域分界线之间的距离，碳化深度范围为0～150mm。

所述期望碳化龄期范围为28～365天。

一种适用于所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的装置，包括分层架、样品箱、浸泡箱、废液箱、盖板、导水管以及流量控制器。具体结构和连接方式为：所述分层架设有三层，上层放置样品箱，中层放置浸泡箱，下层放置废液箱，样品箱底部和浸泡箱底部之间用带有流量控制器的导水管连接，浸泡箱上部和废液箱之间用导水管连接，样品箱和浸泡箱的顶部覆盖盖板。

所述样品箱中放置含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，当样品箱中的液面低于箱体高度的三分之一时，向样品箱中补充含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液。

所述浸泡箱中放置用于进行含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验的浸泡溶液。

所述废液箱中放置从浸泡箱中流出的含侵蚀性二氧化碳地下水浸泡溶液的废液，当废液箱中的液面高于废液箱箱体高度的三分之二时，清理废液箱中的废液以避免其溢出。

所述盖板上钻有两个通气孔，分别位于两侧，两个通气孔的总面积占整个盖板面积的0.1～2％。

所述流量控制器可将导水管中溶液的流速控制在5～100ml/min范围内的某一数值，精度为±2ml/min。

本发明的突出优点在于：

首次提供了含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置及方法，能在正常大气压条件下通过化学反应配制出高浓度的含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，同时利用含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液对试验浸泡溶液进行持续补充，通过对流速的控制，动态补充碳化过程中浸泡溶液中消耗的侵蚀性二氧化碳，并利用盖板对样品箱和浸泡箱进行覆盖，减少溶液中侵蚀性二氧化碳的流失，将实验过程中浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度的变异系数稳定在0.15的范围内，从而有效地模拟稳定的含侵蚀性二氧化碳的地下水环境，为分析研究含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土的碳化规律提供合适的环境条件和试验方法，为综合分析和评估地下混凝土结构的耐久性奠定基础。

四、附图说明

图1是本发明所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置的结构示意图。

图2是实施例2的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳的浓度情况图。

图3是实施例2的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土试块断面28天碳化深度图。

图4是实施例3的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳的浓度情况图。

图5是实施例3的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土试块断面28天碳化深度图。

五、具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的装置和技术方案作进一步详细描述。

实施例1

对照图1，本发明所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置，由分层架1、样品箱2、浸泡箱3、废液箱4、盖板5、导水管6、流量控制器7构成，具体结构和连接方式为：

所述分层架1设有三层，上层放置样品箱2，中层放置浸泡箱3，下层放置废液箱4，样品箱2底部和浸泡箱3底部之间用1根带流量控制器7的导水管6连接，浸泡箱上部和废液箱之间用2根导水管6连接，样品箱2和浸泡箱3的顶部覆盖盖板5。

所述样品箱2中放置含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液8，所述浸泡箱中放置用于进行含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验的浸泡溶液9，所述废液箱中放置从浸泡箱中流出的含侵蚀性二氧化碳地下水浸泡溶液的废液10。

所述盖板上钻有两个通气孔，分别位于两侧，两个通气孔的总面积占整个盖板面积的0.1～2％。

所述流量控制器可将导水管中溶液的流速控制在5～100ml/min范围内的某一数值，精度为±2ml/min。

实施例2

本实施例为含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的具体实例，包括以下步骤：

1、配制含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液：

常温下，取1个2000ml的容量瓶，在容量瓶中加入32.0ml冰醋酸，再加蒸馏水定容至2000ml，配制得到每1L溶液中含16.0ml冰醋酸的2.0L冰醋酸溶液，另取1个2000ml的容量瓶，在容量瓶中加入64.0g无水碳酸氢钠，再加蒸馏水定容至2000ml，配制得到每1L溶液中含32.0g无水碳酸氢钠的2.0L碳酸氢钠溶液；将2.0L冰醋酸溶液和2.0L碳酸氢钠溶液加入12.0L水温为0～5℃的蒸馏水中，密封静置24小时后得到含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，并根据《中华人民共和国地质矿产行业标准》DZ/T 0064.48-1993地下水质检验方法-滴定法测定侵蚀性二氧化碳的行业标准，测定该样品溶液中侵蚀性二氧化碳的浓度为119.11mg/L；

2、开展含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验：

对照图1，选取一块干燥的、龄期为28天、尺寸为100mm×100mm×300mm的棱柱体混凝土试块12，用环氧树脂对垂直于试块长轴的2个端面进行密封，保留与长轴平行的4个面，将试块以密封面为底面和顶面的方式置于含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置中，在样品箱2和浸泡箱3中均加满含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，在样品箱2和浸泡箱3顶部盖上盖板5，打开流量控制器7，并将样品溶液的流入速度保持在15.1ml/min，混凝土试块12持续浸泡在含侵蚀性二氧化碳地下水溶液中，开始进行含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验。当样品箱2中的液面低于样品箱箱体高度的三分之一时，打开盖板5，向样品箱2中补充含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液8，在样品箱2中的样品溶液8流入浸泡箱3时，会有浸泡箱3中的浸泡溶液9从上部通过导水管6流入废液箱4，当废液箱4中的液面高于废液箱箱体高度的三分之二时，清理废液箱4中的废液10以避免其溢出。

3、持续监测和调控浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度：

在碳化试验开始1天后，从浸泡箱中量取浸泡溶液的样本，测定该样本中侵蚀性二氧化碳的浓度，此后，在碳化试验过程中，每3天从浸泡箱中量取浸泡溶液的样本，测定该样本中侵蚀性二氧化碳的浓度，持续监测得到的浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度情况如图2所示。由于1天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度为94.1mg/L，低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度119.1mg/L的85％，则说明浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳的消耗量大于从样品箱的样品溶液中的补充量，则调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度至24.8ml/min，由于4天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度86.1mg/L仍低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度119.1mg/L的85％，则继续调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度至34.7ml/min，由于7天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度116.6mg/L不低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度119.1mg/L的85％，则保持样品溶液流入速度在34.7ml/min，继续开展碳化试验。由于在后续实验过程中未出现连续三次出现浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％的情况，无需再次调节流量控制器。

4、分析含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土的碳化深度：

对照图3，达到期望碳化龄期28天时，从浸泡箱中取出试块，将试块沿与密封面平行的方向劈裂，清理断面后在断面上喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液，其中酒精溶液含20％蒸馏水，经30s后，在颜色变化稳定后的断面上沿四条边将每条边等分为6部分，在每个等分点处测定混凝土碳化深度，并对测得的多个混凝土碳化深度值取平均值1.22mm，作为该碳化龄期下混凝土碳化深度的代表值；对从第1天开始测定得到的多个浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度值平均值109.0mg/L，作为该碳化龄期下环境中侵蚀性二氧化碳浓度的代表值；计算得到样品溶液的流入速度稳定后即第7天开始的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的均值为113.4mg/L、标准差为5.28mg/L和变异系数为0.047；绘制表格，列出该碳化龄期下环境中侵蚀性二氧化碳浓度的代表值、样品溶液的流入速度稳定的开始时间、样品溶液的流入速度稳定后浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的均值、标准差和变异系数等环境参数及该环境条件下对应的混凝土碳化深度的代表值，如表1所示，为该环境条件下混凝土的抗碳化性能分析提供参考。

由图2和表1可知，该发明提供的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置及方法，能够利用含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液对试验浸泡溶液进行持续补充，并通过将样品溶液流入速度保持在34.7ml/min，动态补充碳化过程中浸泡溶液中消耗的侵蚀性二氧化碳，同时利用盖板对样品箱和浸泡箱进行覆盖，减少溶液中侵蚀性二氧化碳的流失，实验过程中浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度的变异系数为0.047，未超过0.15的控制范围，说明该装置和方法有效地模拟了稳定的含侵蚀性二氧化碳的地下水环境。

表1实施例2中含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土的碳化深度

实施例3

本实施例为含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的又一具体实例，包括以下步骤：

1、配制含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液：

常温下，取1个2000ml的容量瓶，在容量瓶中加入24.0ml冰醋酸，再加蒸馏水定容至2000ml，配制得到每1L溶液中含12.0ml冰醋酸的2.0L冰醋酸溶液，另取1个2000ml的容量瓶，在容量瓶中加入48.0g无水碳酸氢钠，再加蒸馏水定容至2000ml，配制得到每1L溶液中含24.0g无水碳酸氢钠的2.0L碳酸氢钠溶液；将2.0L冰醋酸溶液和2.0L碳酸氢钠溶液加入12.0L水温为0～5℃的蒸馏水中，密封静置24小时后得到含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，并根据《中华人民共和国地质矿产行业标准》DZ/T 0064.48-1993地下水质检验方法-滴定法测定侵蚀性二氧化碳的行业标准，测定该样品溶液中侵蚀性二氧化碳的浓度为103.3mg/L；

2、开展含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验：

对照图1，选取一块干燥的、龄期为28天、尺寸为100mm×100mm×300mm的棱柱体混凝土试块12，用环氧树脂对垂直于试块长轴的2个端面进行密封，保留与长轴平行的4个面，将试块以密封面为底面和顶面的方式置于含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置中，在样品箱2和浸泡箱3中均加满含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，在样品箱2和浸泡箱3顶部盖上盖板5，打开流量控制器7，并将样品溶液的流入速度保持在15.0ml/min，混凝土试块12持续浸泡在含侵蚀性二氧化碳地下水溶液中，开始进行含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验。当样品箱2中的液面低于样品箱箱体高度的三分之一时，打开盖板5，向样品箱2中补充含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液8，在样品箱2中的样品溶液8流入浸泡箱3时，会有浸泡箱3中的浸泡溶液9从上部通过导水管6流入废液箱4，当废液箱4中的液面高于废液箱箱体高度的三分之二时，清理废液箱4中的废液10以避免其溢出。

3、持续监测和调控浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度：

在碳化试验开始1天后，从浸泡箱中量取浸泡溶液的样本，测定该样本中侵蚀性二氧化碳的浓度，此后，在碳化试验过程中，每3天从浸泡箱中量取浸泡溶液的样本，测定该样本中侵蚀性二氧化碳的浓度，持续监测得到的浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度情况如图4所示。由于1天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度为71.4mg/L，低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度103.3mg/L的85％，则说明浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳的消耗量大于从样品箱的样品溶液中的补充量，则调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度至24.7ml/min，由于4天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度72.6mg/L仍低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度103.3mg/L的85％，则继续调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度至34.7ml/min，由于7天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度93.6mg/L不低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度103.3mg/L的85％，则保持样品溶液流入速度在34.7ml/min，继续开展碳化试验。由于在后续实验过程中未出现连续三次出现浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％的情况，无需再次调节流量控制器。

4、分析含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土的碳化深度：

对照图5，达到期望碳化龄期28天时，从浸泡箱中取出试块，将试块沿与密封面平行的方向劈裂，清理断面后在断面上喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液，其中酒精溶液含20％蒸馏水，经30s后，在颜色变化稳定后的断面上沿四条边将每条边等分为6部分，在每个等分点处测定混凝土碳化深度，并对测得的多个混凝土碳化深度值取平均值0.66mm，作为该碳化龄期下混凝土碳化深度的代表值；对从第1天开始测定得到的多个浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度值平均值95.3mg/L，作为该碳化龄期下环境中侵蚀性二氧化碳浓度的代表值；计算得到样品溶液的流入速度稳定后即第7天开始的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的均值为102.2mg/L、标准差为12.1mg/L和变异系数为0.118；绘制表格，列出该碳化龄期下环境中侵蚀性二氧化碳浓度的代表值、样品溶液的流入速度稳定的开始时间、样品溶液的流入速度稳定后浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的均值、标准差和变异系数等环境参数及该环境条件下对应的混凝土碳化深度的代表值，如表2所示，为该环境条件下混凝土的抗碳化性能分析提供参考。

由图4和表2可知，该实验过程中浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度的变异系数为0.118，也未超过0.15的控制范围，说明该装置和方法有效地模拟了稳定的含侵蚀性二氧化碳的地下水环境。

表2实施例3中含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土的碳化深度

Claims (10)

1.一种含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1、配制含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液：常温下，按照每1L冰醋酸溶液中含8.0～20.0ml冰醋酸的比例配制冰醋酸溶液，按照碳酸氢钠溶液的浓度与冰醋酸溶液浓度之间的对应关系为每1L冰醋酸溶液中含x ml冰醋酸对应每1L碳酸氢钠溶液中含2x g无水碳酸氢钠的标准配制碳酸氢钠溶液，即每1L碳酸氢钠溶液中对应含有16.0g～40.0g的无水碳酸氢钠，最后将冰醋酸溶液、碳酸氢钠溶液和水温为0～5℃的蒸馏水按体积比为1:1:6的方式混合，密封静置24小时后得到含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，并测定该样品溶液中侵蚀性二氧化碳的浓度；

1.2、开展含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验：选取干燥的棱柱体混凝土试块，用环氧树脂对垂直于试块长轴的2个端面进行密封，保留与长轴平行的4个面，将试块以密封面为底面和顶面的方式置于含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验装置中，在样品箱和浸泡箱中均加满含侵蚀性二氧化碳地下水样品溶液，打开流量控制器，并将样品溶液的流入速度保持在5～100ml/min之间的某一数值，混凝土试块持续浸泡在含侵蚀性二氧化碳地下水溶液中，开始进行含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验；

1.3、持续监测和调控浸泡溶液中的侵蚀性二氧化碳浓度：在碳化试验开始1天后，从浸泡箱中量取浸泡溶液样本，测定该样本中侵蚀性二氧化碳的浓度，此后，在碳化试验过程中，每3天从浸泡箱中量取浸泡溶液样本，测定该样本中侵蚀性二氧化碳的浓度，当1天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％，则说明浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳的消耗量大于从样品箱的样品溶液中的补充量，则应调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度；如4天后测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度仍低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％，则继续调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度；直至测得的浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度不低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％，则保持最后一次调整后的样品溶液流入速度，如在后续实验过程中出现连续三次出现浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度低于样品箱中样品溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的85％的情况，则需再次调节流量控制器，加大样品溶液的流入速度；

1.4、分析含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土的碳化深度：达到期望碳化龄期时，从浸泡箱中取出试块，测定混凝土试块碳化深度的代表值；对从第1天开始测定得到的多个浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度值取平均值，作为该碳化龄期下环境中侵蚀性二氧化碳浓度的代表值；计算样品溶液的流入速度稳定后浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的均值、标准差和变异系数；绘制表格，列出该碳化龄期下环境中侵蚀性二氧化碳浓度的代表值、样品溶液的流入速度稳定的开始时间、样品溶液的流入速度稳定后浸泡溶液中侵蚀性二氧化碳浓度的均值、标准差和变异系数等环境参数及该环境条件下对应的混凝土碳化深度的代表值。

2.根据权利要求1所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法，其特征在于，所述测定混凝土试块碳化深度的代表值是将混凝土试块沿与密封面平行的方向劈裂，清理断面后在断面上喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液，其中酒精溶液含20％蒸馏水，经30s后，在颜色变化稳定后的断面上沿四条边将每条边等分为4至11部分，在每个等分点处测定混凝土碳化深度，并对测得的多个混凝土碳化深度值取平均值，作为该碳化龄期下混凝土碳化深度的代表值。

3.根据权利要求1所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法，其特征在于，所述混凝土碳化深度是从混凝土表面沿混凝土表面法线方向到呈现深色的未碳化区域之间的距离，当测点处的未碳化区域分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，从该粗骨料颗粒的两侧绘制虚拟未碳化区域分界线，此时混凝土碳化深度取从混凝土表面沿混凝土表面法线方向到虚拟未碳化区域分界线之间的距离，碳化深度范围为0～150mm。

4.根据权利要求1所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法，其特征在于，所述期望碳化龄期范围为28～365天。

5.一种适用于权利要求1所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的装置，包括分层架、样品箱、浸泡箱、废液箱、盖板、导水管以及流量控制器，其特征在于，所述分层架设有三层，上层放置样品箱，中层放置浸泡箱，下层放置废液箱，样品箱底部和浸泡箱底部之间用带有流量控制器的导水管连接，浸泡箱上部和废液箱之间用导水管连接，样品箱和浸泡箱的顶部覆盖盖板。

6.根据权利要求5所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的装置，其特征在于，所述样品箱中放置含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液，当样品箱中的液面低于箱体高度的三分之一时，向样品箱中补充含侵蚀性二氧化碳人工地下水样品溶液。

7.根据权利要求5所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的装置，其特征在于，所述浸泡箱中放置用于进行含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验的浸泡溶液。

8.根据权利要求5所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的装置，其特征在于，所述废液箱中放置从浸泡箱中流出的含侵蚀性二氧化碳地下水浸泡溶液的废液，当废液箱中的液面高于废液箱箱体高度的三分之二时，清理废液箱中的废液以避免其溢出。

9.根据权利要求5所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的装置，其特征在于，所述盖板上钻有两个通气孔，分别位于两侧，两个通气孔的总面积占整个盖板面积的0.1～2％。

10.根据权利要求5所述的含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土加速碳化试验方法的装置，其特征在于，所述流量控制器可将导水管中溶液的流速控制在5～100ml/min范围内的某一数值，精度为±2ml/min。