CN106680180B - 一种氯离子跨混凝土迁移量的监测装置、方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氯离子跨混凝土迁移量的监测装置，包括贮液池、胶套管、上盖板、电极、盐桥、支架；所述上盖板设置于胶套管上端；所述胶套管外封混凝土试件后置于贮液池底部的支架上，使位于混凝土试件下端的贮液池作为阴极室，位于混凝土试件上端、胶套管及上盖板之间的空腔作为阳极室；所述电极包括镍电极、钛电极、银‑氯化银电极和饱和甘汞电极。本发明还公共开了一种氯离子跨混凝土迁移量的监测方法及应用。本发明可以测定氯离子的迁移量和迁移速率，应用于评价混凝土中氯离子的渗透性。相比于传统的混凝土氯离子扩散系数仪（RCM），本发明操作简单，造价低廉，可以实时监测，适用范围广，且不会对试件产生破坏。
Description
技术领域
本发明涉及氯离子选择电极领域，尤其是涉及混凝土中氯离子迁移量和速率的监测装置、方法及应用。
背景技术
混凝土作为一种建筑材料，其耐久性一直是研究的热点。虽然微裂缝对构件的承载能力不会产生大的影响，但在桥梁工程的氯盐环境下，氯离子会透过保护层的裂缝到达钢筋表面，加速钢筋的腐蚀。腐蚀产物膨胀进一步加速裂缝的开展，直至对构件产生破坏。因此，混凝土中氯离子渗透性的测定有着重要的意义。
目前氯离子渗透性试验方法可分为三大类：自然扩散法、外加电场加速扩散法和压力渗透法。自然扩散法需要的时间较长，相比之下，外加电场加速扩散法快速，是目前应用最广泛的方法。外加电场加速扩散法主要包括ACTM C 1202试验方法及其改进方法和RCM试验方法。ACTM C 1202法通过测定一定的电场下混凝土通过的总电量来评价混凝土中氯离子的渗透性，由于孔隙溶液中离子的浓度、温度等因素对测量结果有较大的影响，容易产生误差，而混凝土氯离子扩散系数仪（RCM）通过在劈裂面上喷洒硝酸银，根据氯化银的产物的位置推算氯离子扩散系数。这种测定方法不适合高渗型混凝土，也不能跟踪氯离子跨混凝土的迁移过程，得到氯离子迁移量和迁移速率与时间的关系。此外，RCM法需要劈裂试件，对试件产生破坏，试件不能重复使用。
目前仍未有一种简单、准确、直观的测定混凝土中氯离子迁移量的方法及装置。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种氯离子跨混凝土迁移量的监测装置、方法及应用。本发明所采用的技术方案是在附加电场的作用下，通过电化学工作站测定混凝土表面银-氯化银电极与参比电极的电位差，根据氯离子浓度和电位差的半对数标准曲线得到氯离子跨混凝土的迁移量与时间的关系。
本发明一方面提供一种氯离子跨混凝土迁移量的监测装置，
包括贮液池、胶套管、上盖板、电极、盐桥、支架；
所述上盖板设置于胶套管上端；
所述胶套管外封混凝土试件后置于贮液池底部的支架上，使位于混凝土试件下端的贮液池作为阴极室，位于混凝土试件上端、胶套管及上盖板之间的空腔作为阳极室；
所述电极包括镍电极、钛电极、银-氯化银电极和饱和甘汞电极，所述镍电极通过支架固定于贮液池底部的阴极室中，所述钛电极通过支架固定于阳极室内，所述银-氯化银电极和饱和甘汞电极固定于上盖板，向下延伸并穿过钛电极的两个通孔到达混凝土试件上表面，所述饱和甘汞电极末端接上盐桥与银-氯化银电极隔间隙相望。
进一步地，所述上盖板中部设有方便钛电极接通外部电路的插口，所述贮液池的池壁设有用于固定及方便镍电极接通外部电路的插口。
进一步地，所述上盖板、胶套管、混凝土试件、支架、电极的连接采用环氧树脂胶粘、搭接或卡位方式固定连接。
进一步地，所述上盖板、贮液池和胶套管均采用透明材料制作。
进一步地，所述贮液池、胶套管为圆柱体。
进一步地，所述的镍电极、钛电极为圆形网格板。
本发明同时提供了一种基于氯离子跨混凝土的迁移量的监测方法，采用所述监测装置，包括以下步骤：
（1）将混凝土试件浸泡于KNO3和KOH溶液中，拿出后用胶套管密封试件侧表面；
（2）将适量的NaCl、KNO3和KOH溶液加入阴极室中； KNO3和KOH溶液通过上盖板加入阳极室中；
（3）在盐桥中加入相同浓度的KNO3溶液；
（4）将阳极室中的饱和甘汞电极和银-氯化银电极分别与电化学仪器的参比电极和工作电极相连接，将钛电极和镍电极分别与稳压直流电源的正负极相连接；
（5）通入恒定电压，通过电化学工作站测定混凝土试件表面银-氯化银电极与参比电极的电位差随时间的变化，再根据氯离子浓度和电位差的半对数标准曲线推得氯离子跨混凝土迁移量与时间的关系。
进一步地，所述NaCl、KNO3和KOH的浓度区间分别为1~4mol/L、0.1~1mol/L、0.05~0.3mol/L。
进一步地，所述稳压直流电源的电压范围为10~60V。
更进一步地，本发明还提供了上述监测方法应用于评定混凝土中氯离子渗透性上。
与现有技术相比，该本发明具有适用范围广、成本低、操作简便、可以实时监测、对试件不产生破坏等特点，实现无损检测，包括：
（1）适用范围广：氯离子扩散系数仪或ACTM C 1202法只适合评价一定密实度范围内混凝土中氯离子的渗透性，而本发明装置及方法测定的是氯离子的迁移过程，不受时间和混凝土渗透性能的限制。
（2）成本低：RCM方法使用昂贵的硝酸银检测氯离子，作为耗材，成本高，而本发明方法通过测定电极电位差来测定氯离子迁移量，耗材少，成本低。
（3）操作简便：RCM实验需要劈开实验试件，观察劈裂面的氯化银分布推算混凝土氯离子扩散系数，操作繁琐复杂，而本发明方法测定的是跨过混凝土到达上表面的氯离子浓度，无需劈开试件。
（4）实时监测：相比于最后只能推得一个氯离子扩散系数，本发明装置及方法可以直观地通过测定电极的电位差得到氯离子迁移量和迁移速率随时间的变化关系，反映氯离子在外电场下跨混凝土迁移的全过程。
（5）对试件不产生破坏：本发明方法不会对试件产生结构性的破坏，试件在反向电场的作用下，内部的氯离子全部迁移出，试件可以循环使用。
附图说明
图1本发明实施例1的装置外观结构图。
图2本发明实施例1的装置透视图。
图3本发明实施例1的装置中上盖板的结构示意图。
图4本发明实施例1的装置中镍电极的结构示意图。
图5本发明实施例1的装置中钛电极的结构示意图。
图6本发明实施例1的装置中银-氯化银电极的结构示意图。
图7本发明实施例1的装置中饱和甘汞电极的结构示意图。
图8本发明实施例1的装置中支架的结构示意图。
图9本发明实施例2所得的氯离子跨混凝土迁移量随时间变化的曲线。
图中所示：1为贮液池，2为胶套管，3为上盖板，4为银-氯化银电极，5为饱和甘汞电极，6为钛电极，7为镍电极，8为支架，9为混凝土试件。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1至图8所示，一种氯离子跨混凝土迁移量的监测装置，
包括贮液池1、胶套管2、上盖板3、电极、盐桥、支架8，所述上盖板3、贮液池1和胶套管2均采用透明材料制作。
所述上盖板3和胶套管2均为圆柱形，所述上盖板3设置于胶套管2上端，采用卡位固定连接方式与胶套管2相连接；
所述胶套管2外封混凝土试件9后置于通过环氧树脂等胶粘结固定在圆柱形贮液池1底部的支架8上，使位于混凝土试件9下端的贮液池1作为阴极室，位于混凝土试件9上端、胶套管及上盖板3之间的空腔作为阳极室；从而保证阴极室的氯离子只能通过混凝土下表面向上迁移；
所述电极包括镍电极7、钛电极6、银-氯化银电极4和饱和甘汞电极5，所述镍电极7通过支架8固定于贮液池底部的阴极室中，优选形状为圆形的网格板；所述钛电极6通过支架8固定于阳极室内，优选形状为圆形的网格板；本领域技术人员根据具体情况，也可选择钛电极6代替镍电极7。所述银-氯化银电极4和饱和甘汞电极5固定于上盖板3，向下延伸并穿过钛电极6的两个通孔到达混凝土试件9上表面，所述饱和甘汞电极5末端接上盐桥与银-氯化银电极4隔间隙相望。本实施例中，银-氯化银电极4和饱和甘汞电极5分别固定于上盖板3中心左右两侧，银-氯化银电极4的外形没有严格的要求，优选细长的圆柱体，电极尖端与混凝土试件9上表面处于同一水平线上，饱和甘汞电极5通过盐桥与银-氯化银电极4相靠近。
所述上盖板3中部设有方便钛电极6接通外部电路的插口，所述贮液池1的池壁设有用于固定及方便镍电极7接通外部电路的插口，用环氧树脂等胶粘结固定。
本实施例中，贮液池1、胶套管2、上盖板3、混凝土试件9、支架8、电极的连接除了采用环氧树脂胶粘、搭接或卡位固定连接外，也可采用本领域其他常规连接方式。
实施例2
一种基于氯离子跨混凝土的迁移量的监测方法，采用所述监测装置，包括以下步骤：
（1）将大小为直径为100mm、高度为100mm的混凝土试件9浸泡于KNO3和KOH溶液中，拿出后用胶套管2密封试件侧表面；
（2）将250mL含KNO3、KOH和NaCl的混合溶液加入阴极室中，它们的浓度分别为0.3mol/L、0.3mol/L和2mol/L，将250mL含KNO3和KOH的混合溶液加入阳极室中，它们的浓度分别为0.3mol/L和0.3mol/L；
（3）在盐桥中加入0.3mol/L的KNO3溶液；
（4）将阳极室中的饱和甘汞电极5和银-氯化银电极4分别与电化学仪器的参比电极和对电极相连接，将钛电极6和镍电极7分别与稳压直流电源的正负极相连接；
（5）通入30V恒定电压，通过采用上海辰华仪器有限公司CHI620D电化学工作站测定混凝土试件9表面银-氯化银电极4与参比电极的电位差随时间的变化，测定外加30V电场下每隔5min阳极室中银-氯化银电极4和饱和甘汞电极5间的电位差，再根据氯离子浓度和电位差的半对数标准曲线推得氯离子跨混凝土迁移量与时间的关系, 绘制阳极室内氯离子浓度随时间变化的曲线图，见附图7。
实施例3
一种基于氯离子跨混凝土的迁移量的监测方法，采用所述监测装置，包括以下步骤：
（1）将大小为直径为100mm、高度为100mm的混凝土试件9浸泡于KNO3和KOH溶液中，拿出后用胶套管2密封试件侧表面；
（2）将250mL含KNO3、KOH和NaCl的混合溶液加入阴极室中，它们的浓度分别为0.1mol/L、0.1mol/L和1mol/L，将250mL含KNO3和KOH的混合溶液加入阳极室中，它们的浓度分别为0.1mol/L和0.1mol/L；
（3）在盐桥中加入0.1mol/L的KNO3溶液；
（4）将阳极室中的饱和甘汞电极5和银-氯化银电极4分别与电化学仪器的参比电极和对电极相连接，将钛电极6和镍电极7分别与稳压直流电源的正负极相连接；
（5）通入60V恒定电压，通过采用上海辰华仪器有限公司CHI620D电化学工作站测定混凝土试件9表面银-氯化银电极4与参比电极的电位差随时间的变化，测定外加60V电场下每隔5min阳极室中银-氯化银电极4和饱和甘汞电极5间的电位差，再根据氯离子浓度和电位差的半对数标准曲线推得氯离子跨混凝土迁移量与时间的关系，绘制出阳极室内氯离子浓度随时间变化的曲线图。
实施例4
一种基于氯离子跨混凝土的迁移量的监测方法，采用所述监测装置，包括以下步骤：
（1）将大小为直径为100mm、高度为100mm的混凝土试件9浸泡于KNO3和KOH溶液中，拿出后用胶套管2密封试件侧表面；
（2）将250mL含KNO3、KOH和NaCl的混合溶液加入阴极室中，它们的浓度分别为1mol/L、0.05mol/L和4mol/L，将250mL含KNO3和KOH的混合溶液加入阳极室中，它们的浓度分别为1mol/L和0.05mol/L；
（3）在盐桥中加入浓度为1mol/L的KNO3溶液；
（4）将阳极室中的饱和甘汞电极5和银-氯化银电极4分别与电化学仪器的参比电极和对电极相连接，将钛电极6和镍电极7分别与稳压直流电源的正负极相连接；
（5）通入60V恒定电压，通过采用上海辰华仪器有限公司CHI620D电化学工作站测定混凝土试件9表面银-氯化银电极4与参比电极的电位差随时间的变化，测定外加60V电场下每隔5min阳极室中银-氯化银电极4和饱和甘汞电极5间的电位差，再根据氯离子浓度和电位差的半对数标准曲线推得氯离子跨混凝土迁移量与时间的关系, 绘制出阳极室内氯离子浓度随时间变化的曲线图。
实施例5
根据上述实施例所绘制的阳极室内氯离子浓度随时间变化的曲线图，本实施例将上述监测方法应用于评定混凝土中氯离子渗透性上，实现跟踪氯离子跨混凝土的迁移过程，得到氯离子迁移量和迁移速率与时间的关系，简单、准确、直观。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种氯离子跨混凝土迁移量的监测装置，其特征在于：包括贮液池（1）、胶套管（2）、上盖板（3）、电极、盐桥、第一支架和第二支架；
所述上盖板（3）设置于胶套管（2）上端；
所述胶套管（2）外封混凝土试件（9）后置于贮液池（1）底部的第一支架上，使位于混凝土试件（9）下端的贮液池（1）作为阴极室，位于混凝土试件（9）上端、胶套管及上盖板（3）之间的空腔作为阳极室；
所述电极包括镍电极（7）、钛电极（6）、银-氯化银电极（4）和饱和甘汞电极（5），所述镍电极（7）通过第一支架固定于贮液池底部的阴极室中，所述钛电极（6）通过第二支架固定于阳极室内，所述银-氯化银电极（4）和饱和甘汞电极（5）固定于上盖板（3），向下延伸并穿过钛电极6）的两个通孔到达混凝土试件（9）上表面，所述饱和甘汞电极（5）末端接上盐桥与银-氯化银电极（4）隔间隙相望；所述上盖板（3）中部设有方便钛电极（6）接通外部电路的插口，所述贮液池（1）的池壁设有用于固定及方便镍电极（7）接通外部电路的插口；所述上盖板（3）、胶套管（2）、混凝土试件（9）、第一支架、第二支架、电极的连接采用环氧树脂胶粘、搭接或卡位方式固定连接。
2.根据权利要求1所述氯离子跨混凝土的迁移量的监测装置，其特征在于：所述上盖板（3）、贮液池（1）和胶套管（2）均采用透明材料制作。
3.根据权利要求1所述氯离子跨混凝土的迁移量的监测装置，其特征在于：所述贮液池（1）、胶套管（2）为圆柱体。
4.根据权利要求1所述氯离子跨混凝土的迁移量的监测装置，其特征在于：所述的镍电极（7）、钛电极（6）为圆形网格板。
5.一种基于氯离子跨混凝土的迁移量的监测方法，采用如权利要求1至4中任一项所述监测装置，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将混凝土试件（9）浸泡于KNO3和KOH溶液中，拿出后用胶套管（2）密封试件侧表面；
（2）将适量的NaCl、KNO3和KOH溶液加入阴极室中；KNO3和KOH溶液通过上盖板（3）加入阳极室中；
（3）在盐桥中加入相同浓度的KNO3溶液；
（4）将阳极室中的饱和甘汞电极（5）和银-氯化银电极（4）分别与电化学仪器的参比电极和工作电极相连接，将钛电极（6）和镍电极（7）分别与稳压直流电源的正负极相连接；
（5）通入恒定电压，通过电化学工作站测定混凝土试件（9）表面银-氯化银电极4与参比电极的电位差随时间的变化，再根据氯离子浓度和电位差的半对数标准曲线推得氯离子跨混凝土迁移量与时间的关系。
6.根据权利要求5所示的监测方法，其特征在于：所述NaCl、KNO3和KOH的浓度区间分别为1~4mol/L、0.1~1mol/L和0.05~0.3mol/L。
7.根据权利要求5所示的监测方法，其特征在于：所述稳压直流电源的电压范围为10~60V。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的监测方法，其特征在于：在评定混凝土中氯离子渗透性的应用。
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