发明内容
基于此,有必要针对在杂散电场的作用下氯离子在混凝土中传输引起混凝土结构的破坏的问题,提供一种混凝土中氯离子迁移特性测试的装置及其方法。
一种混凝土中氯离子迁移特性测试的装置,包括:
用于提供杂散电流的双极性电源模块;
盛放碱性电解液的第一电解池;
以第一混凝土试块为底盖、并放置于所述第一电解池的第二电解池,所述第二电解池盛放有含氯电解液;
与所述双极性电源模块的正极端连接、并放置于所述第一混凝土试块的第一端面的第一正极板,所述第一混凝土试块的第一端面为位于所述第二电解池内部的端面;
与所述双极性电源模块的负极端连接、并放置于所述第一混凝土试块的第二端面的第一负极板,所述第一混凝土试块的第二端面为位于所述第二电解池外表面的端面;
盛放含氯电解液的第三电解池;
以第二混凝土试块为底盖、并放置于所述第三电解池的第四电解池,所述第四电解池盛放有碱性电解液;
与所述双极性电源模块的正极端连接、并放置于所述第二混凝土试块的第一端面的第二正极板,所述第二混凝土试块的第一端面为位于所述第四电解池内部的端面;
与所述双极性电源模块的负极端连接、并放置于所述第二混凝土试块的第二端面的第二负极板,所述第二混凝土试块的第二端面为位于所述第四电解池外表面的端面。
在其中一个实施例中,所述双极性电源模块包括:用于产生杂散电流模拟信号的信号发生器、和与所述信号发生器连接的电源输出模块,所述电源输出模块的正极端连接所述第一正极板和第二正极板,所述电源输出模块的负极端连接所述第一负极板和第二负极板。
在其中一个实施例中,还包括:设置于所述双极性电源模块与所述第一负极板连接线路上的第一电流计,以及设置于所述双极性电源模块与所述第二负极板连接线路上的第二电流计。
在其中一个实施例中,还包括:设置于所述第一混凝土试块的第二端面和所述第一负极板之间的第一排气支撑件,以及设置于所述第二混凝土试块的第二端面和所述第二负极板之间的第二排气支撑件。
在其中一个实施例中,还包括:放置于所述第一电解池、用于支撑所述第一负极板和所述第二电解池的第一支座,以及放置于所述第三电解池、用于支撑所述第二负极板和所述第四电解池的第二支座。
在其中一个实施例中,所述第一支座的支撑面与所述第一电解池的底面的夹角为30°,所述第二支座的支撑面与所述第三电解池的底面的夹角为30°。
在其中一个实施例中,还包括:一端连接所述双极性电源模块的负极端、另一端连接所述第一负极板和所述第二负极板的开关装置。
一种混凝土中氯离子迁移特性测试的方法,应用于任一项实施例所述的混凝土中氯离子迁移特性测试的装置,包括:
当双极性电源模块施加杂散电流的时长达到预设时长时,取出第一混凝土试块和第二混凝土试块;
分别沿所述第一混凝土试块的第一端面和所述第二混凝土试块的第一端面的中心垂直面剖开,并对所得到的剖面喷涂硝酸银溶液,得到显示在剖面的氯离子迁移锋线;
当得到所述氯离子迁移锋线后,将各剖面均分为预设等份,测量各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值;
根据所述各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值得到氯离子迁移特性。
在其中一个实施例中,还包括:
当双极性电源模块施加杂散电流时,获取所述电源模块的负极端与第一负极板之间的第一电流,以及所述电源模块的负极端与第二负极板之间的第二电流;
根据所述第一电流获得氯离子第一迁移量,根据所述第二电流获得氯离子第二迁移量。
在其中一个实施例中,所述根据所述各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值得到氯离子迁移特性的步骤包括:根据所述各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值、所述第一迁移量和所述第二迁移量得到氯离子迁移特性。
上述混凝土中氯离子迁移特性测试的装置及其方法,能够有效模拟在杂散电场作用下,氯离子在混凝土中的迁移过程,获得真实准确的氯离子迁移特性,并且,该测试装置结构简单、成本低,适用范围广。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请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仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在一实施例中,提供一种混凝土中氯离子迁移特性测试的装置,该装置用于对地铁、高铁等电气化铁路沿线的钢筋混凝土结构物进行检测,特别对受杂散电流作用时氯离子在混凝土中的迁移特性进行检测。其中,杂散电流是指在设计或规定回路以外流动的电流。
如图1所示,该装置包括:双极性电源模块101、第一电解池102、第二电解池103、第一正极板104、第一负极板105、第三电解池106、第四电解池107、第二正极板108和第二负极板109。
具体地,双极性电源模块101用于为混凝土中氯离子迁移特性测试提供杂散电流,以便测试在杂散电流驱动下的氯离子迁移特性。杂散电流电场不是一个稳定的直流电场,也不是交流电场,而是介于直流和交流之间的低频率双极性的电场,利用双极性电源模块101模拟实际应用场景中所产生的杂散电流,确保所产生的杂散电流符合实际应用场景中的杂散电流特性。
第一电解池102用于盛放碱性电解液,该碱性电解液作为第一负极电解液,在施加电压时起到传输离子的作用。具体地,第一电解池102所盛放的碱性电解液成分为浓度0.3mol/L的NaOH溶液,其溶剂为蒸馏水或去离子水。
进一步地,第一电解池102的材质可以为橡胶,形状可以为空心的正方体、圆柱体或其他形状,具体形状和尺寸可根据测试需求进行设置,只要满足第一电解池102中可容纳第二电解池103。
在第一电解池102中放置有第二电解池103,第二电解池103以第一混凝土试块200为底盖,也就是说,以第一混凝土试块200作为第二电解池103的底部材料,第二电解池103中盛放有含氯电解液,作为第一正极电解液,在施加的杂散电流作用下,含氯电解液中的氯离子会在正极和负极之间运动。具体地,第二电解池103所盛放的含氯电解液为浓度为10%的NaCl溶液。
进一步地,第二电解池103的材质可以为橡胶,形状可以为空心的正方体、圆柱体或其他形状,具体形状和尺寸可根据测试需求进行设置,具体地,当第二电解池103为空心的圆柱体时,可设置其内径为100mm、厚度为10mm、高度为200mm。此外,第一混凝土试块200的形状和尺寸可基于第二电解池103的形状和尺寸进行设置,例如,第一混凝土试块200为直径为100mm,高度为50mm的圆柱体,以匹配上述内径为100mm的第二电解池103。其中,第一混凝土试块200的高度还可根据第二电解池103中的电解液液面高度进行设定,只要满足将第一混凝土试块200浸泡于第二电解池103中的电解液即可。
进一步地,如图1所示,还包括用于将第一混凝土试块200紧箍于第二电解池103的底端的第一紧箍件117,第一紧箍件117的材质具体可为不锈钢材料。
第一正极板104与双极性电源模块101的正极端连接,并放置于第一混凝土试块200的第一端面,用于模拟电气化铁路结构,具体地,第一混凝土试块200的第一端面为位于第二电解池内部的端面。第一负极板105与双极性电源模块101的负极端连接,并放置于第一混凝土试块200的第二端面,用于模拟大地,具体地,第一混凝土试块200的第二端面为位于第二电解池外表面的端面。
从图1可以看出,第一正极板104浸泡于第二电解池103中的含氯电解液中,第一负极板105浸泡于第一电解池102中的碱性电解液中,且第一正极板104和第一负极板105之间设置有第一混凝土试块200,在施加杂散电流时,可用于模拟并测试在正向电流和/或反向电流作用下,氯离子在混凝土中的迁移特性。氯离子运动具体表现为进入第一混凝土试块200或者被驱逐出第一混凝土试块200。通过对杂散电流作用后的第一混凝土试块200进行分析,从而得到在正向杂散电流作用下,氯离子在混凝土中的迁移特性。
继续参照图1,该混凝土中氯离子迁移特性测试的装置还包括第三电解池106和放置于第三电解池106的第四电解池107。
具体地,第三电解池106盛放有含氯电解液,作为第二负极电解液,在施加电压时起到传输离子的作用,在施加的杂散电流作用下,含氯电解液中的氯离子会在正极和负极之间运动。具体地,第三电解池106所盛放的含氯电解液为浓度为10%的NaCl溶液。
进一步地,第三电解池106的材质可以为橡胶,形状可以为空心的正方体、圆柱体或其他形状,具体形状和尺寸可根据测试需求进行设置,只要满足第三电解池106中可容纳第四电解池107。
第四电解池107以第二混凝土试块300为底盖,也就是说,以第二混凝土试块300作为第四电解池107的底部材料,第四电解池107中盛放有含碱性电解液,作为第二正极电解液,在施加的杂散电流作用下,在施加电压时起到传输离子的作用。具体地,第四电解池107所盛放的碱性电解液成分为浓度0.3mol/L的NaOH溶液,其溶剂为蒸馏水或去离子水。
进一步地,第四电解池107的材质可以为橡胶,形状可以为空心的正方体、圆柱体或其他形状,具体形状和尺寸可根据测试需求进行设置,具体地,当第四电解池107为空心的圆柱体时,可设置其内径为100mm、厚度为10mm、高度为200mm。此外,第二混凝土试块300的形状和尺寸可基于第四电解池107的形状和尺寸进行设置,例如,第二混凝土试块300为直径为100mm,高度为50mm的圆柱体,以匹配上述内径为100mm的第四电解池107。其中,第二混凝土试块300的高度还可根据第四电解池107中的电解液液面高度进行设定,只要满足将第二混凝土试块300浸泡于第四电解池107中的电解液即可。
进一步地,如图1所示,还包括用于将第二混凝土试块300紧箍于第四电解池107的底端的第二紧箍件118,第二紧箍件118的材质具体可为不锈钢材料。
第二正极板108与双极性电源模块101的正极端连接,并放置于第二混凝土试300的第一端面,用于模拟电气化铁路结构,具体地,第二混凝土试块300的第一端面为位于第四电解池内部的端面。第二负极板109与双极性电源模块101的负极端连接,并放置于第二混凝土试300的第二端面,用于模拟大地,具体地,第二混凝土试块300的第二端面为位于第四电解池外表面的端面。
从图1可以看出,第二正极板108浸泡于第四电解池107中的碱性电解液中,第二负极板109浸泡于第三电解池106中的含氯电解液中,且第二正极板108和第二负极板109之间设置有第二混凝土试块300,在施加杂散电流时,可用于模拟并测试在反向电流和/或正向电流作用下,氯离子在混凝土中的迁移特性。氯离子运动具体表现为进入第二混凝土试块300或者被驱逐出第二混凝土试块300。通过对杂散电流作用后的第二混凝土试块300进行分析,从而得到在反向杂散电流作用下,氯离子在混凝土中的迁移特性。
具体地,通过上述混凝土中氯离子迁移特性测试的装置,在杂散电流作用预设时间后,取出第一混凝土试块200和第二混凝土试块300,分别沿第一混凝土试块200的第一端面和第二混凝土试块300的第一端面的中心垂直面剖开,并对所得到的剖面喷涂硝酸银溶液,得到显示在剖面的氯离子迁移锋线。当得到氯离子迁移锋线后,将各剖面均分为预设等份,测量各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值,根据各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值得到氯离子迁移特性。
通过上述混凝土中氯离子迁移特性测试的装置,可有效模拟在杂散电场作用下,氯离子分别受正向电流和反向电流影响时、在混凝土中的迁移过程,从而获得真实准确的氯离子迁移特性,并且,该测试装置结构简单、成本低,适用范围广。
进一步地,继续参照图1,双极性电源模块101包括:用于产生杂散电流模拟信号的信号发生器1011、和与信号发生器1011连接的电源输出模块1012,电源输出模块1012的正极端连接第一正极板104和第二正极板108,电源输出模块1012的负极端连接第一负极板105和第二负极板109。具体地,信号发生器1011与电源输出模块1012通过BNC(Bayonet NutConnector,刺刀螺母连接器)电缆线连接,电源输出模块1012通过导线分别连接第一正极板104、第二正极板108、第一负极板105和第二负极板109。
信号发生器1011产生的杂散电流模拟信号用于模拟电气化铁路结构泄漏的杂散电流。具体地,通过伏安法测得电气化铁路结构与大地之间的电压差作为杂散电流的时程数据输入到信号发生器1011中,利用信号发生器1011产生杂散电流模拟信号,并通过电源输出模块1012输出,使得在第一正极板104和第一负极板105之间、第二正极板108和第二负极板109之间产生杂散电场。
通过将测得的电气化铁路结构与大地之间的电压差作为信号发生器1011的输入数据源,以使得测试环境符合实际场景,提高测试的精确性。
进一步地,还包括:设置于双极性电源模块101与第一负极板105连接线路上的第一电流计110,以及设置于双极性电源模块101与第二负极板109连接线路上的第二电流计111。
利用第一电流计110和第二电流计111可测得正向电流、反向电流作用时,通过混凝土试块的实时电流值,并根据电流值计算电量,进而利用电量计算离子扩散量,基于离子扩散量来分析在正向电流、反向电流作用下的氯离子的迁移特性。
继续参照图1,该测试装置还包括:设置于第一混凝土试块200的第二端面和第一负极板105之间的第一排气支撑件112,以及设置于第二混凝土试块300的第二端面和第二负极板109之间的第二排气支撑件113。
具体地,在第一混凝土试块200的第二端面和第一负极板105之间可设置多个第一排气支撑件112,在第二混凝土试块300的第二端面和第二负极板109之间可设置多个第二排气支撑件113,利用排气支撑件在混凝土试块和负极板之间形成一个排气空间,以便于排出电解过程中产生的气泡,避免对该装置导电性能的影响,从而提高氯离子迁移特性测试的准确性。
进一步地,还包括:放置于第一电解池102、用于支撑第一负极板105和第二电解池103的第一支座114,以及放置于第三电解池106、用于支撑第二负极板109和第四电解池107的第二支座115。具体可将第一支座114和第二支座115均设计为角度可调的支座,使第一支座114的支撑面与第一电解池102的底面的夹角、第二支座115的支撑面与第三电解池106的底面的夹角根据实际需求进行调整,以获得较佳的电解效应。
在一具体实施例中,第一支座114的支撑面与第一电解池102的底面的夹角为30°,第二支座115的支撑面与第三电解池106的底面的夹角为30°,在该角度下,电解气泡可以顺利排出,避免电解气泡对氯离子迁移运动的影响。
在一实施例中,继续参照图1,混凝土中氯离子迁移特性测试的装置还包括:一端连接双极性电源模块的负极端、另一端连接第一负极板和第二负极板的开关装置116。利用开关装置116可控制杂散电流的通断,具体可采用具有定时功能的开关装置,根据测试需求设置开关装置的闭合时长,在达到测试需求的通电时长之后,自动断电。
在另一实施例中,还可将开关装置设置于双极性电源模块101中,通过开关装置控制双极性电源模块101工作。
上述混凝土中氯离子迁移特性测试的装置可有效模拟在杂散电场作用下,氯离子在混凝土中的迁移过程,得到氯离子分别在正向电流和反向电流影响下的迁移特性,从而获得全面且准确的氯离子迁移特性,并且,该测试装置结构简单、成本低,适用范围广。
在另一实施例中,还提供一种混凝土中氯离子迁移特性测试的方法,该方法应用于上述任一项实施例的混凝土中氯离子迁移特性测试的装置,如图2所示,该方法包括步骤S110至步骤S140:
S110,当双极性电源模块施加杂散电流的时长达到预设时长时,取出第一混凝土试块和第二混凝土试块。
通过双极性电源模块对混凝土中氯离子迁移特性测试的装置施加杂散电流,使得测试环境符合实际环境的特征,并预先设定一预设时长,该时长的设定可以满足让氯离子充分运动并达到一定程度的稳定状态,以提高测试的准确性。
在施加电压达到测试条件后断电,并分别取出第一混凝土试块和第二混凝土试块,以进一步检测第一混凝土试块和第二混凝土试块中氯离子的迁移特性。
S120,分别沿第一混凝土试块的第一端面和第二混凝土试块的第一端面的中心垂直面剖开,并对所得到的剖面喷涂硝酸银溶液,得到显示在剖面的氯离子迁移锋线。
在一具体实施例中,取出的混凝土试块,将取出的混凝土试块沿第一端面的中心垂直面剖开,如图3所示,其示出了取出的其中一块混凝土试块的结构示意图,及其沿第一端面的中心垂直面剖开后的剖面示意图。
在剖开混凝土试块之后,对所得到的剖面喷涂硝酸银溶液,具体地,一块混凝土试块可仅对其中一个剖面喷涂硝酸银溶液。具体地,可采用浓度为1%的硝酸银溶液。
喷涂硝酸银溶液后静止一段时长,待硝酸银溶液与氯离子充分反应,混凝土试块中有氯离子的部分变成黑色,基于黑色部分的边界线即可得到氯离子迁移锋线,该迁移锋线可有效表征氯离子在混凝土中的渗透深度。具体地,静止时长可设为5分钟。
S130,当得到氯离子迁移锋线后,将各剖面均分为预设等份,测量各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值。
继续参照图3,在得到氯离子迁移锋线后,将具有氯离子迁移锋线的各剖面分别均分为预设等份,测量各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值。具体地,可将每一剖面均分为10等份,对应地,每一剖面可测得9处均分位置的氯离子迁移锋线的数值。其中,均分处氯离子迁移锋线的数值可通过游标卡尺测量,提高测量的精确性。
S140,根据各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值得到氯离子迁移特性。
在本实施例中,对各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值进行分析,得到氯离子迁移特性。具体地,去除各剖面两端均分处氯离子迁移锋线的数值,分别对每一剖面的剩余迁移锋线的数值求取平均值,得到氯离子的平均渗透深度。如图3所示,去除均分处1和均分处9的迁移锋线的数值,求取均分处2至均分处8的迁移锋线的数值的平均值,根据平均渗透深度分析得到氯离子迁移特性。
进一步地,还可获得每一剖面的迁移锋线的数量,结合迁移锋线的数量均分处氯离子迁移锋线的数值进行分析,得到氯离子迁移特性。
在另一实施例中,混凝土中氯离子迁移特性测试的方法还包括:当双极性电源模块施加杂散电流时,获取电源模块的负极端与第一负极板之间的第一电流,以及电源模块的负极端与第二负极板之间的第二电流;根据第一电流获得氯离子第一迁移量,根据第二电流获得氯离子第二迁移量。
在本实施例中,检测并记录施加杂散电流过程中通过混凝土试块的实时电流值,并根据电流值计算电量,进而利用电量计算离子扩散量,也即氯离子迁移量,基于氯离子迁移量来分析在正向电流、反向电流作用下的氯离子的迁移特性。
进一步地,根据各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值得到氯离子迁移特性的步骤包括:根据各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值、第一迁移量和第二迁移量得到氯离子迁移特性。通过结合各剖面均分处氯离子迁移锋线的数值、第一迁移量和第二迁移量,分别对双极性杂散电流作用下,氯离子在混凝土中的迁移过程进行分析,从而得到更为精确和全面的氯离子迁移特性。
上述混凝土中氯离子迁移特性测试的方法,通过混凝土中氯离子迁移特性测试的装置模拟在杂散电场作用下、氯离子在混凝土中的迁移过程,获得经氯离子影响后的混凝土试块,并对混凝土试块进行处理,得到氯离子在混凝土试块中的迁移锋线,进一步根据迁移锋线以及氯离子的迁移量,快速准确获得氯离子迁移特性,以便基于测试得到的氯离子在混凝土中的迁移特性来提高混凝土抗氯离子渗透性能,进而延长钢筋混凝土结构的使用寿命,提高建筑的安全性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。