CN107505357A - 一种碱骨料反应程度测试方法及测试装置 - Google Patents

一种碱骨料反应程度测试方法及测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种碱骨料反应程度测试方法及测试装置，属于混凝土检测技术领域。本发明通过在一定电压范围内，测的频率与阻抗的关系曲线，进而得到电化学阻抗复平面图，通过计算，判断骨料是否具有碱活性，对混凝土碱骨料反应程度以及混凝土结构安全性具有重要意义。本发明提供的方法可先在实验室通过频率与阻抗的变化曲线，得到n个阻抗值，得到电化学阻抗的复平面图，通过计算比较与限定值的大小关系，判定是否存在碱骨料反应。本发明通过对交流阻抗谱特征来定性的判断集料的碱活性大小，测试结果比传统的方法更加准确。本发明可用于检测碱骨料反应的程度，测试方便，计算简明，结果可靠。

Description

一种碱骨料反应程度测试方法及测试装置
技术领域
本发明属于混凝土检测技术领域，更具体地说，是涉及一种碱骨料反应程度测试方法及测试装置。
背景技术
混凝土是当今世界上应用最为广泛的建筑材料，我国是世界上最大的水泥混凝土生产国。耐久性通常作为保证结构安全性和适用性的一种时效性能，碱骨料反应是影响混凝土耐久性的主要原因之一，但在结构设计中很少对碱骨料反应进行专门的试验和计算，使得混凝土建筑物和构筑物存在很大隐患。混凝土碱骨料反应（Alkali-aggregatereaction, AAR）是指骨料中特定内部成分在一定条件下与混凝土中的水泥、外加剂、掺合剂等中的碱物质进一步发生化学反应，导致混凝土结构产生膨胀、开裂甚至破坏的现象，严重的会使混凝土结构崩溃。碱骨料反应破坏源于混凝土内部，且持续不断发展，其修补与加固都十分困难，目前我国正处于大规模的基本设施建设时期，混凝土结构大量应用，若对碱骨料反应不采取有效的控制措施，多年以后，我国将背上沉重的维修整治包袱。目前工程界主要采用预防的措施来减少碱骨料反应造成的破坏，所以在施工之前对集料的活性进行准确的判断是减小或避免碱骨料反应的有效方法。
但是现有的碱骨料反应的测试判断方法尚不能较为准确的测试碱骨料反应程度，目前最常用的方法以膨胀法为主，但是现有的膨胀法大多也是通过估测或粗侧试件棒的膨胀率测算的，只能判断碱骨料反应是否在某一较大范围内，而不能判断是否发生了碱骨料反应或者精细地判断碱骨料反应的程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碱骨料反应程度测试方法及测试装置，以解决现有技术中存在的碱骨料反应程度测试不准确的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种碱骨料反应程度测试方法，包括以下步骤：
A，取骨料加工成试件；
B，在所述试件上安装内电极并引出内导线；
C，将所述试件包裹进硅酸盐水泥制成的试块的中心；
D，将所述试块放入导电液中饱水；
E，在所述试块上安装外电极并引出外导线；
F，将所述内导线和所述外导线连接在阻抗测试仪上，使用不同频率进行扫频，测得阻抗随频率的变化曲线，得到电化学阻抗的复平面图；
G，分别取待检测的骨料和无碱活性的骨料重复进行步骤A-F，得到待检测的骨料的电化学阻抗的复平面图和无碱活性的骨料的电化学阻抗的复平面图，通过对比计算，得出待检测的骨料中碱骨料反应的程度。
进一步地，前述的一种碱骨料反应程度测试方法，所述步骤A还包括：将骨料加工成球形试件。
进一步地，前述的一种碱骨料反应程度测试方法，所述步骤B还包括：在所述试件外围包裹金属网，并将所述内电极连接在金属网上。
进一步地，前述的一种碱骨料反应程度测试方法，所述试件粒径为10mm～30mm，所述金属网为铝网，所述铝网的网格边长为1mm～2mm。
进一步地，前述的一种碱骨料反应程度测试方法，所述内电极和所述外电极均为不锈钢电极，所述外电极呈板状。
进一步地，前述的一种碱骨料反应程度测试方法，所述试块为立方体试块，所述试块棱长为70.7mm～100mm，所述试块使用碱含量达到1.5%的硅酸盐水泥与砂混合后的砂浆制作；所述砂浆中水泥与砂质量比为2:1，水灰比为0.3。
进一步地，前述的一种碱骨料反应程度测试方法，所述步骤D中，导电液为饱和氯化钠溶液。
进一步地，前述的一种碱骨料反应程度测试方法，所述步骤F中，使用不同频率进行扫频的频率范围为40Hz～10Hz，采用的电压范围为5mV～20mV。
进一步地，前述的一种碱骨料反应程度测试方法，所述步骤G中，采用公式进行对比计算，式中，D表示碱骨料反应的程度， R2 ’、R2是频率较低时的阻抗。
本发明提供的一种碱骨料反应程度测试装置，包括用于放置导电液的水槽、用于支撑试块的支撑块、用于连接试件的内电极、内导线、用于连接试块的外电极、外导线和阻抗测试仪，所述外导线连接所述外电极和阻抗测试仪，所述内导线连接所述内电极和阻抗测试仪。
本发明提供的一种碱骨料反应程度测试方法及测试装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过在一定电压范围内，测的频率与阻抗的关系曲线，进而得到电化学阻抗复平面图，通过计算，判断骨料是否具有碱活性，对混凝土碱骨料反应程度以及混凝土结构安全性具有重要意义。本发明提供的方法可先在实验室通过频率与阻抗的变化曲线，得到n个阻抗值，得到电化学阻抗的复平面图，通过计算比较与限定值的大小关系，判定是否存在碱骨料反应。本发明通过对交流阻抗谱特征来定性的判断集料的碱活性大小，测试结果比传统的方法更加准确。采用本发明检测碱骨料反应的程度，测试方便，计算简明，结果可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种碱骨料反应程度测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种碱骨料反应程度测试方法测试原理的简化等效电路图；
图3为本发明实施例提供的一种碱骨料反应程度测试方法得到的存在碱活性的骨料的试件阻抗复平面图，存在碱活性即能够发生碱骨料反应；
图4为本发明实施例提供的一种碱骨料反应程度测试方法得到的无碱活性骨料的骨料的试件阻抗复平面图，无碱活性即不发生碱骨料反应。
其中，图中各附图标记：
1-试件；2-试块；3-内电极；4-内导线；5-外电极；6-外导线；7-阻抗测试仪；8-水槽；9-支撑块；Ra-内电极和外电极间的电阻；Rb-试件与试块之间的电阻；C-试件与试块之间的电容。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的一种碱骨料反应程度测试方法进行说明。所述碱骨料反应程度测试方法，包括以下步骤：
A，取骨料加工成试件1；
B，在所述试件1上安装内电极3并引出内导线4；
C，将所述试件1包裹进硅酸盐水泥制成的试块2的中心；
D，将所述试块2放入导电液中饱水；
E，在所述试块2上安装外电极5并引出外导线6；
F，将所述内导线4和所述外导线6连接在阻抗测试仪7上，使用不同频率进行扫频，测得阻抗随频率的变化曲线，得到电化学阻抗的复平面图；
G，分别取待检测的骨料和无碱活性的骨料重复进行步骤A-F，得到待检测的骨料的电化学阻抗的复平面图和无碱活性的骨料的电化学阻抗的复平面图，通过对比计算，得出待检测的骨料中碱骨料反应的程度。
饱水是指将混凝土试块2浸泡在导电液中，使其内部充分吸入导电液，使导电液充满混凝土试块2内的孔隙。在连接在阻抗测试仪7测试时，需要将混凝土试块2脱离导电液，并将试块2表面附着的导电液拭干。
原理：试件1发生碱骨料反应后，其生成物会胀裂试块2的混凝土，导电液进入试块2，使得试块2阻抗会降低。试块2在相同的频率下会得到不同的阻抗，进而可得到电化学阻抗的复平面图，通过计算，判断是否存在碱骨料反应。
本发明提供的碱骨料反应程度测试方法，与现有技术相比，包括一组对比试验，通过在一定电压范围内，测的频率与阻抗的关系曲线，进而得到电化学阻抗复平面图，通过计算，判断骨料是否具有碱活性，对混凝土碱骨料反应程度以及混凝土结构安全性具有重要意义。本发明提供的方法可先在实验室通过频率与阻抗的变化曲线，得到n个阻抗值，得到电化学阻抗的复平面图，通过计算比较与限定值的大小关系，判定是否存在碱骨料反应。本发明通过对交流阻抗谱特征来定性的判断集料的碱活性大小，测试结果比传统的方法更加准确。采用本发明提供的方法检测碱骨料反应的程度，测试方便，计算简明，结果可靠。
进一步地，作为本发明提供的碱骨料反应程度测试方法的一种具体实施方式，所述步骤A还包括：将骨料加工成球形试件，以便于试件的充分的反应和膨胀力的均匀释放。
进一步地，作为本发明提供的碱骨料反应程度测试方法的一种具体实施方式，所述步骤B还包括：在所述试件1外围包裹金属网，并将所述内电极（3）连接在金属网上。这样就可以使整个试件1外围的电荷平衡，使金属网成为电极，保证对比试验中内外电极距离差距在允许范围内，得到更为精确的实验结果。
进一步地，作为本发明提供的碱骨料反应程度测试方法的一种具体实施方式，所述试件1粒径为10mm～30mm，所述金属网为铝网，所述铝网的网格边长为1mm～2mm。采用这种结构既符合相关国家规范的要求，又能尽量增大骨料试件1的尺寸，保证实验准确度，但是由于大尺寸的试件1加工具有一定难度，难以保证其形状的规范性，故综合考虑试件1尺寸不宜过大。
进一步地，作为本发明提供的碱骨料反应程度测试方法的一种具体实施方式，所述内电极3和所述外电极5均为不锈钢电极，所述外电极5呈板状。不锈钢电极在实验过程中不易被腐蚀，能保证实验的准确性；当试块2具有平面时，外电极5呈板状可以直接贴在试块2外部，增大接触面积，使接触面电荷平衡，得到更为精确的实验结果。
进一步地，作为本发明提供的碱骨料反应程度测试方法的一种具体实施方式，所述试块2为立方体试块，所述试块2棱长为70.7mm～100mm，所述试块2使用碱含量达到1.5%的硅酸盐水泥与砂混合后的砂浆制作；所述砂浆中水泥与砂质量比为2:1，水灰比为0.3。试块2棱长过小容易使试块2产生明显的裂缝，影响膨胀力的均匀释放，从而影响实验的准确性，试块2棱长过大会增大电极间的距离，影响阻抗测量，从而影响实验的准确性，采用这种结构既符合相关国家规范的要求，又确保了实验的准确性。
进一步地，作为本发明提供的碱骨料反应程度测试方法的一种具体实施方式，步骤D中，导电液为饱和氯化钠溶液。氯化钠溶液可提高实验的可重复性和导电性。
进一步地，作为本发明提供的碱骨料反应程度测试方法的一种具体实施方式，步骤F中，使用不同频率进行扫频的频率范围为40Hz～10Hz，使用不同频率进行扫频所采用的电压范围为5mV～20mV。
进一步地，作为本发明提供的碱骨料反应程度测试方法的一种具体实施方式，步骤G中，采用公式进行对比计算，式中，D表示碱骨料反应的程度，若D介于0.5～0.8，则判定存在碱骨料反应，R1 ’、R1是频率趋于无穷大时的实阻抗， R2 ’、R2是频率较低时的阻抗；R2 ’和R2的数值，由电化学阻抗的复平面图近似读出，或者，由等效电路拟合得到。
本发明提供的一种碱骨料反应程度测试装置，包括用于放置导电液的水槽8、用于支撑试块2的支撑块9、用于连接试件1的内电极3、内导线4、用于连接试块2的外电极5、外导线6和阻抗测试仪7，所述外导线6连接所述外电极5和阻抗测试仪7，所述内导线4连接所述内电极3和阻抗测试仪7。当试块2具有平面时，所述外电极5为板状电极，支撑块9将试块2支撑起一定距离，保证试块2均匀饱水，同时防止接触水槽，影响实验结果。采用本发明提供的装置，能够方便地测试出碱骨料反应程度，操作简单方便。
实施例：
如图1所示，一种碱骨料反应程度的测试方法，其特征在于将潜在碱活性的骨料和无碱活性的骨料分别加工成球形，将骨料外围用铝网包裹并预埋一个不锈钢板电极，并引出导线。使用碱含量达到1.5%的硅酸盐水泥，制成立方体试块，其中，水泥与砂子质量比为2:1，水灰比为0.3，将球形骨料放置在试块中心。将试块进行饱水养护，测试前放入饱和NaCl溶液中饱水，在试块任一侧面粘贴另一个不锈钢板电极，并夹紧，引出导线。将引出的导线连接在精密阻抗测试仪上，使用不同频率（40Hz～10Hz）进行扫频，交流阻抗测试简化等效电路图如图2所示，在一定的电压范围内（5mV～20mV），立方体试块发生碱骨料反应后，其生成物会胀裂混凝土，Nacl溶液进入，使得阻抗会降低，测得阻抗随频率的变化曲线，进而得到Nyquist图，即可得到电化学阻抗的复平面图如图3-图4所示。其中，R1 ’、R1是频率趋于无穷大时的实阻抗，R2 ’、R2是频率较低时的阻抗。R2 ’和R2的数值，可由Nyquist图近似读出，也可由等效电路拟合得到；若Nyquist图近似读出的值与由等效电路拟合得到的值有较大偏差，则说明测试过程中存在问题，这两者的比较可以作为判断测试是否准确的依据。计算下式：，若D介于0.5～0.8，则判定存在碱骨料反应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
A，取骨料加工成试件（1）；
B，在所述试件（1）上安装内电极（3）并引出内导线（4）；
C，将所述试件（1）包裹进硅酸盐水泥制成的试块（2）的中心；
D，将所述试块（2）放入导电液中饱水；
E，在所述试块（2）上安装外电极（5）并引出外导线（6）；
F，将所述内导线（4）和所述外导线（6）连接在阻抗测试仪（7）上，使用不同频率进行扫频，测得阻抗随频率的变化曲线，得到电化学阻抗的复平面图；
G，分别取待检测的骨料和无碱活性的骨料重复进行步骤A-F，得到待检测的骨料的电化学阻抗的复平面图和无碱活性的骨料的电化学阻抗的复平面图，通过对比计算，得出待检测的骨料中碱骨料反应的程度。
2.如权利要求1所述的一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于：所述步骤A还包括：
将骨料加工成球形试件。
3.如权利要求1所述的一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于：所述步骤B还包括：
在所述试件（1）外围包裹金属网，并将所述内电极（3）连接在金属网上。
4.如权利要求3所述的一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于：所述试件（1）粒径为10mm～30mm，所述金属网为铝网，所述铝网的网格边长为1mm～2mm。
5.如权利要求1所述的一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于：所述内电极（3）和所述外电极（5）均为不锈钢电极，所述外电极（5）呈板状。
6.如权利要求1所述的一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于：所述试块（2）为立方体试块，所述试块（2）棱长为70.7mm～100mm，所述试块（2）使用碱含量达到1.5%的硅酸盐水泥与砂混合后的砂浆制作；所述砂浆中水泥与砂质量比为2:1，水灰比为0.3。
7.如权利要求1所述的一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于：所述步骤D中，导电液为饱和氯化钠溶液。
8.如权利要求1所述的一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于：所述步骤F中，使用不同频率进行扫频的频率范围为40Hz～10Hz，采用的电压范围为5mV～20mV。
9.如权利要求1所述的一种碱骨料反应程度测试方法，其特征在于：所述步骤G中，采用公式进行对比计算，式中，D表示碱骨料反应的程度， R2 ’、R2是频率较低时的阻抗。
10.一种碱骨料反应程度测试装置，其特征在于：用于进行如权利要求1-9中任一项所述的一种碱骨料反应程度测试方法，包括用于放置导电液的水槽（8）、用于支撑试块（2）的支撑块（9）、用于连接试件（1）的内电极（3）、内导线（4）、用于连接试块（2）的外电极（5）、外导线（6）和阻抗测试仪（7），所述外导线（6）连接所述外电极（5）和阻抗测试仪（7），所述内导线（4）连接所述内电极（3）和阻抗测试仪（7）。
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