CN105910930A - 一种混凝土溶蚀试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土溶蚀试验方法,具体涉及化学法加速溶蚀进程方法,溶蚀程度评价指标及其测试方法。发明提出的一种混凝土溶蚀试验方法,其化学法加速混凝土溶蚀进程的方法符合混凝土溶蚀规律,方法简单,操作方便,加速效果显著,溶蚀程度评价指标科学合理,能客观反应混凝土溶蚀程度,溶蚀程度测试方法步骤清晰,测试结果精确度高,特别适用于研究混凝土溶蚀耐久性。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域,具体涉及一种混凝土溶蚀试验方法。
背景技术
溶蚀,也称溶出性侵蚀,是硅酸盐水泥水化产物Ca(OH)2、水化硅酸钙、水化铝酸钙等不断溶解于水的现象。当混凝土与环境水持续接触时水泥水化产物将不断溶解流失,混凝土结构逐渐变得疏松,孔隙率增大,强度降低,进而发生溶蚀破坏。溶蚀是硅酸盐水泥的本质所决定的,从水泥制品刚浸入水中就立即开始,而混凝土溶蚀破坏是一个极其缓慢的过程。20世纪80年代中期全国水工混凝土耐久性及病害调查结果表明,在调查的32座大坝中,渗漏溶蚀病害发生率100%。90年代国家电力公司的调研结果表明,运行多年的丰满、佛子岭、新安江、梅山、古田溪等坝,都存在不同程度的溶蚀病害,其中一些轻型坝尤为严重。另外,工业用污水处理厂结构混凝土以及处置放射性废物的容器等长期与水接触的混凝土工程,溶蚀病害也不容忽视。
冻融循环、碱-骨料反应、渗漏溶蚀、钢筋锈蚀等耐久性问题是威胁混凝土结构安全的主要问题。经过近半个世纪的理论研究与工程实践,除渗漏溶蚀外,上述其它耐久性方面的研究成果丰富,形成了系统的测试方法、评价准则和规程规范。分析原因主要是由于渗漏溶蚀进程极其缓慢,工程界重视程度不够,且实验室很难有效模拟溶蚀过程,缺少试验方法和评价指标。已公开的专利(公开号CN 101393194A)提出了一种电化学加速混凝土溶蚀试验方法和装置,遗憾的是该方法需要有专门的装置,且溶蚀过程是对混凝土试件的全断面的溶蚀,与实际工程中混凝土的溶蚀规律不一致,实际混凝土的溶蚀过程是从与水接触的表面开始不断向内部延伸,另外,溶蚀程度评价方法也不能反应实际情况。本发明涉及一种混凝土溶蚀试验方法,具体涉及化学法加速溶蚀进程方法、溶蚀程度评价指标及其测试方法,特别适用于研究混凝土渗漏溶蚀耐久性。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土溶蚀试验方法,包含化学法加速溶蚀进程方法、溶蚀程度评价指标和测试方法,特别适用于研究混凝土溶蚀耐久性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现:
一种混凝土溶蚀试验方法,该方法包括化学法加速溶蚀进程方法,溶蚀程度评价指标及其测试方法;具体步骤如下:保留混凝土试件溶蚀起始面,其余表面刮涂封闭材料,将混凝土试件放入试验容器中,采用分析纯硝酸铵试剂和去离子水配制1~6mol/L硝酸铵溶液,注入试验容器中,加入硝酸铵溶液的量为硝酸铵溶液应淹没混凝土试件预溶蚀面,化学加速混凝土溶蚀,达到预定溶蚀时间后取出混凝土试件并沿溶蚀起始面法向方向也就是溶蚀发展方向切开,待断面风干后喷指示剂初步确定溶蚀前锋线位置,从混凝土试件中切取包含部分溶蚀起始面和部分初步确定的溶蚀前锋线在内的砂浆小试样,用扫面电镜背散射分析技术,从溶蚀起始面开始沿溶蚀发展方向连续测试砂浆小试件表面钙的相对含量,精确确定溶蚀前锋线位置,测定溶蚀深度,计算以CaO计的钙离子溶出率,本发明提出溶蚀深度和以CaO计的钙离子溶出率为溶蚀程度评价指标,定义溶蚀深度为沿溶蚀发展方向溶蚀起始面至溶蚀前锋线的距离,定义以CaO计的钙离子溶出率为混凝土遭受溶蚀作用区域内钙离子溶出量与水泥中钙离子初始含量的比值。
其中,该方法所述试件溶蚀起始面是试件与溶蚀介质接触的表面。
其中,使用的密封材料与混凝土试件表面有良好的粘结性能,与硝酸铵溶液不发生化学反应或离子交换。
其中,使用的试验容器为塑料容器或有机玻璃槽,试验容器与硝酸铵溶液不发生化学反应或离子交换。
其中,使用的指示剂为酚酞指示剂,酚酞指示剂遇碱性变成粉红色。
其中,该方法所述溶蚀前锋线是指:由于溶蚀作用混凝土中钙离子含量开始降低的临界线,也是混凝土遭受和未遭受溶蚀作用的分界线,随着溶蚀作用持续进行,溶蚀前锋线沿溶蚀发展方向不断向混凝土内部延伸。
其中,该方法所述用背散射分析技术,从溶蚀起始面开始沿溶蚀发展方向连续测试砂浆小试件表面的钙离子相对含量,测试时应避开粗骨料。
其中,该方法所述溶蚀前锋线的确定包括初步确定和精确确定,溶蚀前锋线的初步确定针对混凝土试件,精确确定针对砂浆小试件。
其中,该方法所述混凝土遭受溶蚀作用区域内钙离子溶出量为达到预定溶蚀时间时试验容器中硝酸铵溶液的体积与以CaO计的钙离子浓度的乘积。
其中,该方法所述水泥中钙离子初始含量为遭受溶蚀作用区域混凝土体积、单位体积混凝土中水泥用量、水泥中以CaO计的钙离子百分含量三者的乘积。
本发明的有益效果为:本发明提出的一种混凝土溶蚀试验方法,其化学法加速混凝土溶蚀进程的方法符合混凝土溶蚀规律,方法简单,操作方便,加速效果显著,溶蚀程度评价指标科学合理,能客观反应混凝土溶蚀程度,溶蚀程度测试方法步骤清晰,测试结果精确度高,特别适用于研究混凝土溶蚀耐久性。
附图说明
图1为混凝土试件加速溶蚀试验示意图。
其中1是试验容器、2是硝酸铵溶液、3是混凝土试件、4是溶蚀起始面、5是密封材料、6是溶蚀发展方向。
图2为混凝土试件沿溶蚀发展方向切开断面示意图。
其中21是混凝土试件中未发生溶蚀作用区域(喷指示剂后变为粉红色)、22是密封材料、23是混凝土试件中发生溶蚀作用区域(喷指示剂后不变色)、24是溶蚀起始面、25是砂浆小试样、26是初步确定的溶蚀前锋线、27是溶蚀发展方向。
图3为将混凝土试件沿溶蚀方向切开后,断面晾干后喷酚酞指示剂初步确定溶蚀前锋线位置的示意图。
图4为取包含部分溶蚀起始面和部分初步确定的溶蚀前锋线的砂浆小试件,经干燥、喷金后标注测试线的示意图。
图5为用扫面电镜背散射分析砂浆小试件表面沿溶蚀发展方向测试线上钙的相对含量的示意图。
具体实施方式
一种混凝土溶蚀试验方法,包含化学法加速溶蚀进程方法、溶蚀程度评价指标和测试方法。
一种化学法加速混凝土溶蚀进程方法,清洗混凝土试件表面、晾干,保留试件溶蚀起始面其余表面刮涂封闭材料,将混凝土试件放入试验容器中,配制(1~6)mol/L硝酸铵溶液,将溶液注入试验容器中,化学法加速混凝土溶蚀。
其中,所述溶蚀起始面是试件与硝酸铵溶液接触的表面。
其中,所述密封材料与混凝土试件表面有良好的粘结性能,与硝酸铵溶液不发生化学反应或离子交换。
其中,所述硝酸铵溶液采用分析纯硝酸铵试剂和去离子水配制,硝酸铵溶液应淹没混凝土试件预溶蚀面。
其中,所述试验容器为塑料容器或有机玻璃槽,试验容器与硝酸铵溶液不发生化学反应或离子交换。
其中,试件溶蚀起始面应与硝酸铵溶液充分接触。
混凝土溶蚀程度评价指标,本发明提出溶蚀深度和钙离子(以CaO计)溶出率为混凝土溶蚀程度评价指标,定义溶蚀深度为沿溶蚀发展方向溶蚀起始面至溶蚀前锋线的距离,定义钙离子溶出率为混凝土遭受溶蚀作用区域内钙离子(以CaO计)溶出量与水泥中钙离子(以CaO计)初始含量的比值。
其中,所述溶蚀发展方向为垂直于溶蚀起始面向混凝土内部延伸的方向。
其中,所述溶蚀前锋线是由于溶蚀作用混凝土中钙离子含量开始降低的临界线,也是混凝土遭受和未遭受溶蚀作用的分界线,随着溶蚀作用持续进行,溶蚀前锋线沿溶蚀发展方向不断向混凝土内部延伸。
其中,所述钙离子(以CaO计)溶出量为溶蚀加速试验结束时试验容器中硝酸铵溶液的体积与钙离子(以CaO计)浓度的乘积。
其中,所述混凝土遭受溶蚀作用区域内水泥中钙离子(以CaO计)初始含量为遭受溶蚀作用区域混凝土的体积、单位体积混凝土中水泥用量、水泥中钙离子(以CaO计)百分含量三者的乘积。
混凝土溶蚀程度测试方法,达到预定溶蚀时间后取出混凝土试件,测定试验容器中硝酸铵溶液的体积和钙离子(以CaO计)浓度,计算钙离子(以CaO计)溶出量,沿溶蚀发展方向切开混凝土试件,断面风干后喷指示剂,待断面变色后初步确定溶蚀前锋线位置,从混凝土试件中切取砂浆小试样,在处理好的砂浆小试件表面沿溶蚀发展方向标注测试线,用扫面电镜背散射分析砂浆小试件表面测试线上钙的相对含量,精确确定溶蚀前锋线位置,测定溶蚀深度,计算遭受溶蚀作用区域混凝土体积、单位体积混凝土中水泥用量、水泥中钙离子(以CaO计)百分含量,计算钙离子(以CaO计)溶出率。
其中,所述钙离子(以CaO计)浓度用滴定法或仪器测试。
其中,所述指示剂为酚酞指示剂,酚酞指示剂遇碱性变为粉红色。
其中,初步确定溶蚀前锋线位置即为用肉眼观测试件切割面中粉红色与未变色部分的交界线的位置。
其中,所述砂浆小试件必须包含部分溶蚀起始面和部分初步确定的溶蚀前锋线。
其中,所述砂浆小试件应经干燥、喷金处理。
其中,所述测试线为沿溶蚀发展方向的箭线,起点为溶蚀起始面,穿过初步确定的溶蚀前锋线,箭头指向为溶蚀发展方向。
其中,所述测试线必须避开粗骨料。
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明。
制作混凝土试件3,养护至规定龄期后取出,清洗,晾干,除溶蚀起始面4外其余表面刷涂密封材料5,待密封材料5固化后将混凝土试件3放入试验容器1中,称取分析纯硝酸铵试剂、去离子水,配制(1~6)mol/L硝酸铵溶液2,注入试验容器1中,保持溶蚀起始面4与硝酸铵溶液2充分接触,开始化学加速混凝土溶蚀。
溶蚀至预定时间后量测试验容器1中硝酸铵溶液2的体积VN,测定钙离子浓度q,计算钙离子溶出量G1,G1=q*VN,取出混凝土试件3,沿溶蚀发展方向6切开,待断面(图2)风干后喷酚酞指示剂,变色后初步确定溶蚀前锋线26位置,切取包含部分溶蚀起始面24和部分初步确定的溶蚀前锋线26在内的砂浆小试样25,砂浆小试件25经烘干,喷金后沿溶蚀发展方向在其表面标注测试线,用扫面电镜背散射分析砂浆小试件25表面测试线上钙的相对含量,精确确定溶蚀前锋线位置,测量溶蚀深度H,即,溶蚀前锋线至溶蚀起始面的距离,最后,计算钙离子溶出率r,即,
r=G1/(VC*M*PC)×100%=G1/(H*S*M*PC)×100%
其中,G1为钙离子(以CaO计)溶出量,VC为遭受溶蚀作用区域混凝土体积,H为溶蚀深度,S为混凝土遭溶蚀作用面积、M为单位体积混凝土中水泥用量、PC为水泥中钙离子(以CaO计)百分含量。
实施例1
成型150mm×150mm×150mm混凝土立方体试件,标准养护28d,混凝土水胶比0.46,水泥用量109kg/m3,水泥中CaO含量62.32%。配置2mol/L硝酸铵溶液4L,注入试验容器中。把混凝土试件清洗晾干后将相对称的两个表面刮涂环氧腻子,将混凝土试件放入试验容器中加速溶蚀28d后取出,量测硝酸铵溶液体积为3.64L,测定硝酸铵溶液中钙离子(以CaO计)浓度为5.118g/L,计算钙离子(以CaO计)溶出量为18.630g。将混凝土试件沿溶蚀方向切开,断面晾干后喷酚酞指示剂初步确定溶蚀前锋线位置,如图3。取包含部分溶蚀起始面和部分初步确定的溶蚀前锋线的砂浆小试件,经干燥、喷金后标注测试线,如图4。用扫面电镜背散射分析砂浆小试件表面沿溶蚀发展方向测试线上钙的相对含量,如图5。精确确定溶蚀前锋线刻度为x=21.7mm,即溶蚀深度为21.7mm。计算钙离子(以CaO计)溶出率为30.28%。
实施例2
成型Φ100mm×350mm圆柱体试件,养护28d龄期时取出、晾干,顶面和底面刮涂环氧腻子,混凝土水胶比0.41,水泥用量112.8kg/m3,水泥中CaO含量62.32%。配置1mol/L硝酸铵溶液12L,注入试验容器中。把试件放入试验容器中加速溶蚀25d后取出,量测硝酸铵溶液体积为10.5L,测定硝酸铵溶液中钙离子浓度为1.274g/L,计算钙离子溶出量为13.381g,精确测定溶蚀深度为13.4mm。计算钙离子(以CaO计)溶出率为27.69%。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明,但并不能限定为本发明的保护范围,凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰,均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:该方法包括化学法加速溶蚀进程方法,溶蚀程度评价指标及其测试方法;具体步骤如下:保留混凝土试件溶蚀起始面,其余表面刮涂封闭材料,将混凝土试件放入试验容器中,采用分析纯硝酸铵试剂和去离子水配制1~6mo1/L硝酸铵溶液,注入试验容器中,加入硝酸铵溶液的量为硝酸铵溶液应淹没混凝土试件预溶蚀面,化学加速混凝土溶蚀,达到预定溶蚀时间后取出混凝土试件并沿溶蚀起始面法向方向也就是溶蚀发展方向切开,待断面风干后喷指示剂初步确定溶蚀前锋线位置,从混凝土试件中切取包含部分溶蚀起始面和部分初步确定的溶蚀前锋线在内的砂浆小试样,用扫面电镜背散射分析技术,从溶蚀起始面开始沿溶蚀发展方向连续测试砂浆小试件表面钙的相对含量,精确确定溶蚀前锋线位置,测定溶蚀深度,计算以CaO计的钙离子溶出率,本发明提出溶蚀深度和以CaO计的钙离子溶出率为溶蚀程度评价指标,定义溶蚀深度为沿溶蚀发展方向溶蚀起始面至溶蚀前锋线的距离,定义以CaO计的钙离子溶出率为混凝土遭受溶蚀作用区域内钙离子溶出量与水泥中钙离子初始含量的比值。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:该方法所述试件溶蚀起始面是试件与溶蚀介质接触的表面。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:使用的密封材料与混凝土试件表面有良好的粘结性能,与硝酸铵溶液不发生化学反应或离子交换。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:使用的试验容器为塑料容器或有机玻璃槽,试验容器与硝酸铵溶液不发生化学反应或离子交换。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:使用的指示剂为酚酞指示剂,酚酞指示剂遇碱性变成粉红色。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:该方法所述溶蚀前锋线是指:由于溶蚀作用混凝土中钙离子含量开始降低的临界线,也是混凝土遭受和未遭受溶蚀作用的分界线,随着溶蚀作用持续进行,溶蚀前锋线沿溶蚀发展方向不断向混凝土内部延伸。
7.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:该方法所述用背散射分析技术,从溶蚀起始面开始沿溶蚀发展方向连续测试砂浆小试件表面的钙离子相对含量,测试时应避开粗骨料。
8.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:该方法所述溶蚀前锋线的确定包括初步确定和精确确定,溶蚀前锋线的初步确定针对混凝土试件,精确确定针对砂浆小试件。
9.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:该方法所述混凝土遭受溶蚀作用区域内钙离子溶出量为达到预定溶蚀时间时试验容器中硝酸铵溶液的体积与以CaO计的钙离子浓度的乘积。
10.根据权利要求1所述的一种混凝土溶蚀试验方法,其特征在于:该方法所述水泥中钙离子初始含量为遭受溶蚀作用区域混凝土体积、单位体积混凝土中水泥用量、水泥中以CaO计的钙离子百分含量三者的乘积。
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