CN110082279A - 一种测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木工程材料性能测试方法技术领域，涉及一种测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法，工艺过程包括连接试件、产生信号、测量参数、数值分析和显示结果五个步骤，激励电路产生稳定度好、准确度高和可调性好的正弦交流信号，测量电路测量正弦交流信号信号的增益值、电压、电流、幅值和相位参数，主控CPU根据测量参数分析、计算得出混凝土抗氯离子渗透性并控制液晶屏予以显示；其结构简单，主控CPU作为微控器检测和控制激励电路、测量电路和液晶屏显示电路，激励电路能够产生电压为1伏、频率为1000赫兹的交流信号，具有测试速度快，能够避免极化反应和温升过高对测试精度的影响，为测量电路提供信号源。
Description
技术领域：
本发明属于土木工程材料性能测试方法技术领域，涉及一种测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法，基于交流电直观且快速的测量混凝土的抗氯离子渗透性数值。
背景技术：
建筑工程中的混凝土结构构件在服役的生命周期内，在经受冻融、碳化、酸碱腐蚀或碱-骨料反应的影响下，使用功能和结构安全会遭到破坏；自20世纪60年代以来，混凝土的耐久性问题越来越受到专家学者的重视，是当前土木工程界不容忽视的问题之一；经过多年研究发现，影响混凝土耐久性的各种破坏机理都与混凝土的渗透性有关：A.M.内维尔指出：“为了得到耐久的混凝土，必须相应的提高抗渗性。”，这一思想在诸多文献中得以体现，混凝土的渗透性越低，其抵抗水和侵蚀性介质侵入的能力就越低，所以，渗透性(或称抗渗性)是评价混凝土耐久性的重要指标；混凝土的渗透性是指气体、液体或离子受压力、浓度差或电场作用在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度。
目前，测量混凝土抗氯离子渗透性的方法包括电通量法和快速氯离子迁移系数法(RCM)：电通量法是由Whiting提出，并发展为美国的AASHTO T277和ASTM C1202两个标准，是目前国际上最流行的混凝土渗透性快速评价方法，该法也被我国现行标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准(GB/T 20082-2009)》采用，该方法的具体流程是在试件两侧的有机玻璃注液池中分别注入0.3mol/L的NaOH和3％的NaCl溶液，试件经真空饱水后两端加60V的直流电压，Cl-在电场和浓度差的作用下加速扩散，测量6h内通过混凝土试件的总电量(库仑)，总电量大小跟Cl-的渗透性相关，单位时间内通过试件的电量越大，混凝土的渗透性就越大；该方法操作简便，但施加60V的高直流电压产生的极化反应，会使溶液温度升高，影响试验结果，如果降低试验电压，又会大大延长试验的时间；RCM方法是德国氯离子电迁移快速试验方法发展中的一种版本，而且已先后被瑞士SLA262/1-2003标准和德国BAW标准草案(2004.05)采纳。经过多年的发展，RCM法在国际上被认为是当前测量在非稳态下氯离子扩散系数较为精确的试验方法之一，其虽然简单实用、测试准确，但是要求试件的骨料粒径不得大于25mm，封装过程繁琐，试验时间随试件的不同而变化；此外，史美伦等采用交流阻抗谱评价离子在其中的扩散阻抗的试验设备昂贵，试验步骤复杂。
中国专利200820300121.8公开的一种混凝土RCM氯离子扩散系数测定仪涉及的计算机按照以下步骤计算被测混凝土试样的电阻率ρ：步骤(1)，用户输入期望频率、期望电流、电压尝试值和上限值、以及所述被测混凝土试样的截面积S和高度H，并记录测试开始时刻，步骤(2)，把所述期望频率和电压尝试值输出到所述89C52型微处理器中，步骤(3)，在所述89C52型微处理器控制下，分别用所述TLC5615型幅值调整D/A模块和AD8932型直接数字频率合成器，分别把所述电压尝试值和期望频率调制成幅值和频率的激励信号，并通过所述AD534型乘法器合成后，再通过所述CVA-1000型功率放大模块调制成高频交流电压，步骤(4)，通过所述DAM-3502型隔离采样模块采集所述程控高频交流电源输出回路的频率、电压和电流值，经所述89C52型微处理器采集后送往所述计算机，步骤(5)，所述计算机判断该输出回路中的电流值是否等于所述的期望电流：若不相等，则用比例积分微分模块处理后，转步骤(2)，把电流差值转换成调节后的电压值送往所述89C52型微处理器，若相等，则按下式计算所述被测混凝土试样的电阻率ρ，单位为Ω·m，ρ＝V/I·S/1000H，其中：V为加到所述紫铜电极的电压值，I为所述测量回路中的电流值，步骤(6)，按以下方式判断所述混凝土试样的抗渗透性：ρ＝100Ω·m，抗渗透性为低，ρ＝100-500Ω·m，抗渗透性为中等，ρ＝500-1000Ω·m，抗渗透性为高，ρ＞1000Ω·m，抗渗透性为很高；中国专利200610026463.0公开的一种混凝土氯离子渗透性能的快速－锈蚀测试方法是：A、将准备好的、中间设有一钢筋网片的混凝土试件，浸泡于由NaCl和0.3MNaOH、蒸馏水配制成的3.0％化学纯质量百分比NaCl和0.3MNaOH的混合水溶液中，并且使溶液液面离暴露面的距离不小于20mm处，保持环境温度为23±2℃；且浸泡用NaCl水溶液应每1个星期更换一次，并在试验过程中及试验结束后检查浸泡溶液的NaCl浓度；B、试件连接60±0.1伏的外加直流电，在测试周期不大于24小时内定期记录电流值，并绘成电流值－时间曲线图；当电流值明显增大、并在增长率超过10％/24小时，停止通电；C、用干洗法清除混凝土暴露表面残渣，并打磨平整；D、用混凝土剖面切削机沿垂直暴露面的方向对混凝土试样按平行于暴露面的层面进行分层取样，取样层的厚度应小于2mm，最外层取样层应小于3mm；取样深度不小于钢筋外表面，取样层数不小于20；每取样层取样重量应该满足取样混凝土粉末样品均匀的最小重量，一般根据混凝土集料粒径确定；E、应用NTBUILD208，AAHSTOT260进行精确测定，测定混凝土粉末样品中酸溶性氯化物的氯离子含量，其氯离子含量测量精度应该达到0.001％；上述专利涉及的测量方法和现有技术中的测量方法存在测量结果准确性得不到保证的问题。因此，研发设计一种测量过程简单、测量速度快、测量成本低和测量结果精确的混凝土抗氯离子渗透性数值测量方法，利用交流电实现直观和快速测量混凝土抗氯离子渗透性数值的功效，具有社会和经济价值。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种测量过程简单、测量速度快、测量成本低和测量结果精确的混凝土抗氯离子渗透性数值测量方法，利用交流电实现直观和快速测量混凝土抗氯离子渗透性的功效。
为了实现上述目的，本发明涉及的测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法是在混凝土抗氯离子渗透性测量器上实现的，其具体工艺过程包括连接试件、产生信号、测量参数、数值分析和显示结果共五个步骤：
(1)连接试件：将混凝土抗氯离子渗透性测量器与浸泡在质量浓度为3％的NaCl水溶液中的混凝土试件电连接，开启混凝土抗氯离子渗透性测量器；
(2)产生信号：DDS电路采用直接数字频率合成技术产生频率为1KHz的正弦交流信号，正弦交流信号经过滤波电路后到达稳幅电路，稳幅电路采用自动增益控制电路将正弦交流信号的幅值稳定在1V，然后正弦交流信号经过由扩流电路和输出端口保护电路构成的推挽电路同时输出到主控CPU和测量电路，以使主控CPU检测到正弦交流信号，保证正弦交流信号的可靠性；
(3)测量参数：测量电路端口处的凯尔文检测电路采用4线检测电路将检测信号从正弦交流信号中分离出来，以提高正弦交流信号的准确度，电压放大电路和电流放大电路分别对正弦交流信号进行电压和电流采样，并进行预设的预放大，进一步提高正弦交流信号稳定度，正弦交流信号进入1KHz的选频电路，选频电路保留与正弦交流信号相同特征的电信号，滤除无关干扰杂波，进一步提高正弦交流信号的可靠性，正弦交流信号进入程控放大电路后，主控CPU检测正弦交流信号的当前幅值和失真度，根据当前幅值控制程控放大电路对正弦交流信号进行程控放大，将正弦交流信号放大至设定的最大不失真幅度，并送入整流电路，同时记录当前增益值，在主控CPU的控制下采样电路分别对电压和电流信号进行采样和数字化，然后，主控CPU将正弦交流信号送入鉴幅电路和鉴相电路进行幅值与相位的测量；
(4)数值分析：主控CPU根据当前增益值、电压、电流、幅值和相位测量值采用前馈神经网络算法进行分析、加权分析和数据统计，判断电路性质，根据混凝土阻抗谱特性进行数据处理，计算和测定出混凝土试件抗氯离子渗透性的数值；
(5)显示结果：主控CPU通过液晶屏显示电路将混凝土试件抗氯离子渗透性的数值传送至液晶屏予以显示。
本发明涉及的混凝土交流电阻测量器的内部集成有主控CPU、激励电路、测量电路和液晶屏显示电路，主控CPU分别与激励电路、测量电路和液晶屏显示电路电连接，激励电路与测量电路电连接，液晶屏显示电路与外部设置的液晶屏电连接；激励电路由DDS电路、滤波电路、稳幅电路、扩流电路和输出端口保护电路构成；测量电路由凯尔文检测电路、电压放大电路、电流放大电路、选频电路、程控放大电路、整流电路、采样电路、鉴幅电路和鉴相电路构成。
本发明涉及的主控CPU能够监测测量电路的信号波形、幅度和相位参数，并根据波形特征对通道参数进行调整；激励电路能够产生电压为1伏、频率为1000赫兹的交流信号，为测量电路提供信号源；DDS电路为DDS数字频率合成电路，其中的DDS信号发生器U1为AD9833，采用直接数字频率合成技术，把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相当的水平，并且在宽频率范围内进行精细的频率调节，信号源能够工作于调制状态，对输出电平进行调节，以输出各种波形，DDS电路采用ADI公司的DDS公司的DDS芯片AD9833，信号控制参数由主控CPU通过SPI端口输入DDS发生器U1，控制其产生相应正弦交流信号，DDS电路产生设定频率和设定振幅的正弦波作为测量电路的激励信号；稳幅电路采用AGC自动增益控制电路，将输出信号幅值锁定在预期值上，其中，U2和U3为可变增益运算放大电路，固定增益由电阻R10和R14决定；控制电压由引脚Pin1与Pin2之间的电压差决定，电压差越大，增益越大；根据引脚Pin2所接电位器设置所需的偏置电位；三极管Q1和Q2组成检波电路，再经积分电容C15积分电压，驱动调整引脚Pin1的电位值，从而调整U2和U3的电压增益；引脚Pin4的电位值决定输出电压幅值，分别由电阻R6、R7和电阻R11、R12的分压值决定；扩流电路和输出端口保护电路由三极管Q3和Q4构成推挽电路，增大输出电流，以弥补运算放大器输出电流不足的弊端；输出端口保护包括两种保护电路：一是二极管D3和D4起钳位作用，防止端口过压；二是电阻R22和R23对端口电压进行采样，再与电阻R24和R25所设定电压阈值进行比较，当端口触碰外来带电体，且电压幅度超过所设阈值，对主控CPU产生中断信号进行报警和提示；其中的U4A和U4B均为TL082；凯尔文检测电路能够实现凯尔文四线检测，测量被测电阻Rt时，在激励回路HF和LF上施加激励信号I，从检测回路HS和LS上测量数值，以显著降低电阻R100和R200对测量值的影响，同时由于检测回路电流极小，电阻R300和R400对测量值影响较小，能够提高测量精度；程控放大电路中的U17采用ADI公司的高精度数字电位器，结合运算放大电路U18B实现程控放大功能，U18B为TL082，高精度数字电位器的阻值精度为1％，具有10Bit分度，1024档可调阻值，阻值线性度高，能够实现精确的电压放大控制，其中CTL-BUS为主控CPU控制总线，由主控CPU设置数字电位器的通道数据，以调整程控放大的增益；采样电路由积分电容C29进行信号的瞬时采样，三极管Q5进行泄放，输入端和输出端采用运算放大器U15和U16进行隔离；鉴相电路的比较器U5和U6对信号进行整形，与非门U7和U8构成RS触发器，利用下跳沿触发特性提取两路输入信号的相位差，XTAL2作为时间信号发生器，由计数器记录相位差信号数值，并输入主控CPU进行统计分析，实现信号相位的鉴别；其中的U5和U6均为TL082，U7、U8、U9、U10、U11、U12、U13和U14均为LVC2G00。
本发明与现有技术相比，激励电路产生稳定度好、准确度高和可调性好的正弦交流信号(频率为1KHz，幅值为1V)，测量电路测量正弦交流信号信号的增益值、电压、电流、幅值和相位参数，主控CPU根据测量参数分析、计算得出混凝土抗氯离子渗透性并控制液晶屏予以显示；其结构简单，主控CPU作为微控器检测和控制激励电路、测量电路和液晶屏显示电路，激励电路能够产生电压为1伏、频率为1000赫兹的交流信号，具有测试速度快，能够避免极化反应和温升过高对测试精度的影响，为测量电路提供信号源，推挽电路具有响应速度快和驱动能力强的优点。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程框图。
图2为本发明涉及的混凝土抗氯离子渗透性测量器的主体结构原理示意图。
图3为本发明涉及的混凝土抗氯离子渗透性测量器功能结构原理示意图。
图4为本发明涉及的激励电路的功能结构原理示意图。
图5为本发明涉及的DDS电路的功能结构原理示意图。
图6为本发明涉及的稳幅电路的功能结构原理示意图。
图7为本发明涉及的扩流电路和端口保护电路的功能结构原理示意图。
图8为本发明涉及的测量电路的功能结构原理示意图。
图9为本发明涉及的凯尔文检测电路的功能结构原理示意图。
图10为本发明涉及的程控放大电路的功能结构原理示意图。
图11为本发明涉及的采样电路的功能结构原理示意图。
图12为本发明涉及的鉴相电路的功能结构原理示意图。
图13为本发明实施例4涉及的交流电测法与电通量法的测量结果线性关系示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例涉及的测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法是在混凝土抗氯离子渗透性测量器上实现的，其具体工艺过程包括连接试件、产生信号、测量参数、数值分析和显示结果共五个步骤：
(1)连接试件：将混凝土抗氯离子渗透性测量器与浸泡在质量浓度为3％的NaCl水溶液中的混凝土试件电连接，开启混凝土抗氯离子渗透性测量器；
(2)产生信号：DDS电路121采用直接数字频率合成技术产生频率为1KHz的正弦交流信号，正弦交流信号经过滤波电路122后到达稳幅电路123，稳幅电路123采用自动增益控制电路(AGC电路)将正弦交流信号的幅值稳定在1V，然后正弦交流信号经过由扩流电路124和输出端口保护电路125构成的推挽电路同时输出到主控CPU11和测量电路13，以使主控CPU11检测到正弦交流信号，保证正弦交流信号的可靠性；
稳幅电路123输出电流过小，在不同的负载下难以保证足够的负载能力，在输出端采用电压跟随器来推动推挽电路作为信号输出电路，同时，在输出端需要检测外接元件，外部电路性质复杂，甚至有可能误接外部带电体，在输出端采用钳位电路，将端口电压锁定在允许的限度内，以保护输出端不会因误接外部器件而损坏，并将端口电位传送至主控CPU11进行故障提示；
(4)测量参数：测量电路13端口处的凯尔文检测电路131采用4线检测电路将检测信号从正弦交流信号中分离出来，以提高正弦交流信号的准确度，电压放大电路132和电流放大电路133分别对正弦交流信号进行电压和电流采样，并进行预设的预放大，进一步提高正弦交流信号稳定度，正弦交流信号进入1KHz的选频电路134，选频电路134保留与正弦交流信号相同特征的电信号，滤除无关干扰杂波，进一步提高正弦交流信号的可靠性，正弦交流信号进入程控放大电路135后，主控CPU11检测正弦交流信号的当前幅值和失真度，根据当前幅值控制程控放大电路135对正弦交流信号进行程控放大，将正弦交流信号放大至设定的最大不失真幅度，并送入整流电路136，同时记录当前增益值，在主控CPU11的控制下采样电路137分别对电压和电流信号进行采样和数字化，然后，主控CPU11将正弦交流信号送入鉴幅电路138和鉴相电路139进行幅值与相位的测量；
(4)数值分析：主控CPU11根据当前增益值、电压、电流、幅值和相位测量值采用前馈神经网络算法进行分析、加权分析和数据统计，判断电路性质，根据混凝土阻抗谱特性进行数据处理，计算和测定出混凝土试件抗氯离子渗透性的数值；
(5)显示结果：主控CPU11通过液晶屏显示电路14将混凝土试件抗氯离子渗透性的数值传送至液晶屏15予以显示。
本实施例涉及的混凝土抗氯离子渗透性测量器的内部集成有主控CPU11、激励电路12、测量电路13和液晶屏显示电路14，主控CPU11分别与激励电路12、测量电路13和液晶屏显示电路14电连接，激励电路12与测量电路13电连接，液晶屏显示电路14与外部设置的液晶屏15电连接；激励电路12由DDS电路121、滤波电路122、稳幅电路123、扩流电路124和输出端口保护电路125构成；测量电路13由凯尔文检测电路131、电压放大电路132、电流放大电路133、选频电路134、程控放大电路135、整流电路136、采样电路137、鉴幅电路138和鉴相电路139构成。
本实施例涉及的主控CPU(中央处理器)11能够监测测量电路13的信号波形、幅度和相位参数，并根据波形特征对通道参数进行调整；激励电路12能够产生电压为1伏、频率为1000赫兹的交流信号，为测量电路13提供信号源；DDS电路121为DDS数字频率合成电路，其中的DDS信号发生器U1为AD9833，采用直接数字频率合成技术，把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相当的水平，并且在宽频率范围内进行精细的频率调节，信号源能够工作于调制状态，对输出电平进行调节，以输出各种波形，DDS电路121采用ADI公司的DDS公司的DDS芯片AD9833，信号控制参数由主控CPU11通过SPI端口(PIN6、PIN7和PIN8)输入DDS发生器U1，控制其产生相应正弦交流信号，DDS电路121产生设定频率和设定振幅的正弦波作为测量电路13的激励信号；稳幅电路123采用AGC自动增益控制电路，将输出信号幅值锁定在预期值上，其中，U2和U3为可变增益运算放大电路，固定增益由电阻R10和R14决定；控制电压由引脚Pin1与Pin2之间的电压差决定，电压差越大，增益越大；根据引脚Pin2所接电位器设置所需的偏置电位；三极管Q1和Q2组成检波电路，再经积分电容C15积分电压，驱动调整引脚Pin1的电位值，从而调整U2和U3的电压增益；引脚Pin4的电位值决定输出电压幅值，分别由电阻R6、R7和电阻R11、R12的分压值决定；扩流电路124和输出端口保护电路125由三极管Q3和Q4构成推挽电路，增大输出电流，以弥补运算放大器输出电流不足的弊端；输出端口保护包括两种保护电路：一是二极管D3和D4起钳位作用，防止端口过压；二是电阻R22和R23对端口电压进行采样，再与电阻R24和R25所设定电压阈值进行比较，当端口触碰外来带电体，且电压幅度超过所设阈值，对主控CPU11产生中断信号进行报警和提示；其中的U4A和U4B均为TL082；凯尔文检测电路131能够实现凯尔文四线检测，测量被测电阻Rt时，在激励回路HF和LF上施加激励信号I，从检测回路HS和LS上测量数值，以显著降低电阻R100和R200对测量值的影响，同时由于检测回路电流极小，电阻R300和R400对测量值影响较小，能够提高测量精度；程控放大电路135中的U17采用ADI公司的高精度数字电位器，结合运算放大电路U18B实现程控放大功能，U18B为TL082，高精度数字电位器的阻值精度为1％，具有10Bit分度，1024档可调阻值，阻值线性度高，能够实现精确的电压放大控制，其中CTL-BUS为主控CPU11控制总线，由主控CPU11设置数字电位器的通道数据，以调整程控放大的增益；采样电路137由积分电容C29进行信号的瞬时采样，三极管Q5进行泄放，输入端和输出端采用运算放大器U15和U16进行隔离；鉴相电路139的比较器U5和U6对信号进行整形，与非门U7和U8构成RS触发器，利用下跳沿触发特性提取两路输入信号的相位差，XTAL2作为时间信号发生器，由计数器记录相位差信号数值，并输入主控CPU11进行统计分析，实现信号相位的鉴别；其中的U5和U6均为TL082，U7、U8、U9、U10、U11、U12、U13和U14均为LVC2G00。
实施例2：
本实施例涉及的测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法称为交流电测法，分别采用交流电测法和电通量法对实验室制备的混凝土试件进行氯离子渗透性测量，实验室制备的混凝土试件是以P.O 52.5普通硅酸盐水泥、细度模数为3.12的河砂、5-20mm连续级配的碎石、江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂和青岛本地自来水为原料，按照水灰比为0.6，水泥300kg/m3、石子1191kg/m3、砂699kg/m3、水160kg/m3、减水剂1.11kg/m3的配合比制备的直径为100mm，高为50mm的三个圆柱体试件，在水中养护至7天和28天，分别对三个试件先进行交流电阻测试，后进行电通量法测试：
养护7天时，根据交流电阻测量值和试件规格得到交流电阻率代表值为41.23Ω·m，按照表1的评定标准评价结果为渗透性高；电通量代表值为5480C，按照表2的评定标准评价结果为渗透性高；表明交流电测法与电通量法的评价结果一致。
养护28天时，根据交流电阻测量值和试件规格得到交流电阻率代表值为96.62Ω·m按照表1的评定标准评价结果为渗透性高；电通量代表值为4393C；按照表2的评定标准评价结果为渗透性高；表明交流电测法与电通量法的评价结果一致。
表1：交流电测法测量混凝土氯离子渗透性的评定标准
| 电阻率(Ω·m) | 氯离子渗透性 |
| ＜100 | 高 |
| 180-100 | 中等 |
| 280-180 | 低 |
| 580-280 | 很低 |
| ＞580 | 极低(可忽略) |
表2：电通量法测量混凝土氯离子渗透性的评定标准
| 电通量(C) | 氯离子渗透性 |
| ＞4000 | 高 |
| 2000-4000 | 中等 |
| 1000-2000 | 低 |
| 100-1000 | 很低 |
| ＜100 | 极低(可忽略) |
实施例3：
本实施例涉及的测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法称为交流电测法，分别采用交流电测法和电通量法对实际工程中的混凝土取芯试件进行氯离子渗透性测量，混凝土取芯试件的配合比为：水灰比0.32，水泥470kg/m3、石子1044kg/m3、河砂726kg/m3、水151kg/m3、外加剂5.17kg/m3，测试龄期为210天和212天，先进行交流电阻测试，然后进行电通量法测试：
龄期210天时，根据交流电阻测量值和试件规格得到交流电阻率代表值为1626.56Ω·m，按照表1的评定标准评价结果为渗透性很低；电通量代表值为162C，按照表2的评定标准评价结果为渗透性很低；表明本交流电测法与电通量法的评价结果一致。
龄期212天时，根据交流电阻测量值和试件规格得到交流电阻率代表值为96.62Ω·m，按照表1的评定标准评价结果为渗透性很低；电通量代表值为407C，按照表2的评定标准评价结果为渗透性很低；表明交流电测法与电通量法的评价结果一致。
实施例4：
本实施例涉及的测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法称为交流电测法，分别采用交流电测法和电通量法对实验室制备的混凝土试件进行氯离子渗透性测量，实验室制备的混凝土试件是按照水灰比为0.2-0.6的不同配合比制备的一批直径为100mm，高为50mm的圆柱体混凝土试件，养护至7天、14天、28天和56天，共计56组，每组3个混凝土试件，每组混凝土试件同时采用交流电测法和电通量法测量，每组取3个混凝土试件电阻率的算术平均值作为该组混凝土试件的电阻率代表值，当最大值或最小值与中间值的差值超过中间值的15％时，取其余两个混凝土试件的电阻率值的算术平均值作为该组混凝土试件的试验结果测定值；当有两个测定值与中间值的差值都超过中间值15％，取中间值作为测定值，评定标准见表1，由交流电阻率换算得到的交流电导率与电通量法的测量结果线性关系图，表明：由交流电阻率换算得到的交流电导率与电通量法的测量结果之间具有良好的相关性，交流电测法与电通量法的测量结果相关性达到了0.9002，交流电测法与电通量法的评价结果趋于一致；其中，从液晶屏15直接读取的电阻值按照公式：换算电阻率，式中，ρ为混凝土试件的电阻率，精确到1Ω·m，R为混凝土试件的电阻，精确到1Ω，S为混凝土试件与NaCl水溶液接触的端面面积(mm2)，精确到1mm2，L为混凝土试件的厚度(mm)，精确到1mm。
Claims (3)
1.一种测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法，其特征在于具体工艺过程包括连接试件、产生信号、测量参数、数值分析和显示结果共五个步骤：
(1)连接试件：将混凝土抗氯离子渗透性测量器与浸泡在质量浓度为3％的NaCl水溶液中的混凝土试件电连接，开启混凝土抗氯离子渗透性测量器；
(2)产生信号：DDS电路采用直接数字频率合成技术产生频率为1KHz的正弦交流信号，正弦交流信号经过滤波电路后到达稳幅电路，稳幅电路采用自动增益控制电路将正弦交流信号的幅值稳定在1V，然后正弦交流信号经过由扩流电路和输出端口保护电路构成的推挽电路同时输出到主控CPU和测量电路，以使主控CPU检测到正弦交流信号，保证正弦交流信号的可靠性；
(3)测量参数：测量电路端口处的凯尔文检测电路采用4线检测电路将检测信号从正弦交流信号中分离出来，以提高正弦交流信号的准确度，电压放大电路和电流放大电路分别对正弦交流信号进行电压和电流采样，并进行预设的预放大，进一步提高正弦交流信号稳定度，正弦交流信号进入1KHz的选频电路，选频电路保留与正弦交流信号相同特征的电信号，滤除无关干扰杂波，进一步提高正弦交流信号的可靠性，正弦交流信号进入程控放大电路后，主控CPU检测正弦交流信号的当前幅值和失真度，根据当前幅值控制程控放大电路对正弦交流信号进行程控放大，将正弦交流信号放大至设定的最大不失真幅度，并送入整流电路，同时记录当前增益值，在主控CPU的控制下采样电路分别对电压和电流信号进行采样和数字化，然后，主控CPU将正弦交流信号送入鉴幅电路和鉴相电路进行幅值与相位的测量；
(4)数值分析：主控CPU根据当前增益值、电压、电流、幅值和相位测量值采用前馈神经网络算法进行分析、加权分析和数据统计，判断电路性质，根据混凝土阻抗谱特性进行数据处理，计算和测定出混凝土试件抗氯离子渗透性的数值；
(5)显示结果：主控CPU通过液晶屏显示电路将混凝土试件抗氯离子渗透性的数值传送至液晶屏予以显示。
2.根据权利要求1所述的测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法，其特征在于混凝土交流电阻测量器的内部集成有主控CPU、激励电路、测量电路和液晶屏显示电路，主控CPU分别与激励电路、测量电路和液晶屏显示电路电连接，激励电路与测量电路电连接，液晶屏显示电路与外部设置的液晶屏电连接；激励电路由DDS电路、滤波电路、稳幅电路、扩流电路和输出端口保护电路构成；测量电路由凯尔文检测电路、电压放大电路、电流放大电路、选频电路、程控放大电路、整流电路、采样电路、鉴幅电路和鉴相电路构成。
3.根据权利要求2所述的测量混凝土抗氯离子渗透性数值的方法，其特征在于主控CPU能够监测测量电路的信号波形、幅度和相位参数，并根据波形特征对通道参数进行调整；激励电路能够产生电压为1伏、频率为1000赫兹的交流信号，为测量电路提供信号源；DDS电路为DDS数字频率合成电路，其中的DDS信号发生器U1为AD9833，采用直接数字频率合成技术，把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相当的水平，并且在宽频率范围内进行精细的频率调节，信号源能够工作于调制状态，对输出电平进行调节，以输出各种波形，DDS电路采用ADI公司的DDS公司的DDS芯片AD9833，信号控制参数由主控CPU通过SPI端口输入DDS发生器U1，控制其产生相应正弦交流信号，DDS电路产生设定频率和设定振幅的正弦波作为测量电路的激励信号；稳幅电路采用AGC自动增益控制电路，将输出信号幅值锁定在预期值上，其中，U2和U3为可变增益运算放大电路，固定增益由电阻R10和R14决定；控制电压由引脚Pin1与Pin2之间的电压差决定，电压差越大，增益越大；根据引脚Pin2所接电位器设置所需的偏置电位；三极管Q1和Q2组成检波电路，再经积分电容C15积分电压，驱动调整引脚Pin1的电位值，从而调整U2和U3的电压增益；引脚Pin4的电位值决定输出电压幅值，分别由电阻R6、R7和电阻R11、R12的分压值决定；扩流电路和输出端口保护电路由三极管Q3和Q4构成推挽电路，增大输出电流，以弥补运算放大器输出电流不足的弊端；输出端口保护包括两种保护电路：一是二极管D3和D4起钳位作用，防止端口过压；二是电阻R22和R23对端口电压进行采样，再与电阻R24和R25所设定电压阈值进行比较，当端口触碰外来带电体，且电压幅度超过所设阈值，对主控CPU产生中断信号进行报警和提示；其中的U4A和U4B均为TL082；凯尔文检测电路能够实现凯尔文四线检测，测量被测电阻Rt时，在激励回路HF和LF上施加激励信号I，从检测回路HS和LS上测量数值，以显著降低电阻R100和R200对测量值的影响，同时由于检测回路电流极小，电阻R300和R400对测量值影响较小，能够提高测量精度；程控放大电路中的U17采用ADI公司的高精度数字电位器，结合运算放大电路U18B实现程控放大功能，U18B为TL082，高精度数字电位器的阻值精度为1％，具有10Bit分度，1024档可调阻值，阻值线性度高，能够实现精确的电压放大控制，其中CTL-BUS为主控CPU控制总线，由主控CPU设置数字电位器的通道数据，以调整程控放大的增益；采样电路由积分电容C29进行信号的瞬时采样，三极管Q5进行泄放，输入端和输出端采用运算放大器U15和U16进行隔离；鉴相电路的比较器U5和U6对信号进行整形，与非门U7和U8构成RS触发器，利用下跳沿触发特性提取两路输入信号的相位差，XTAL2作为时间信号发生器，由计数器记录相位差信号数值，并输入主控CPU进行统计分析，实现信号相位的鉴别；其中的U5和U6均为TL082，U7、U8、U9、U10、U11、U12、U13和U14均为LVC2G00。
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