CN110187083A - 一种水泥基材料碳化试验测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水泥基材料碳化试验测试装置及测试方法，包括碳化室以及与碳化室相连的CO2发生装置，所述CO2发生装置产生CO2气体通入碳化室内，所述碳化室为一可打开的密封腔室结构，中部设有用于放置水泥基材料试块的挡板，碳化室底部装有液体，碳化室顶部设有空气进气口与泄气口，碳化室内部还设有CO2浓度检测器及湿度计。与现有技术相比，本装置结构简单紧凑、体积小，成本大幅降低，本装置可加速碳化试验，提高反应效率，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基材料碳化试验领域，具体涉及一种水泥基材料碳化试验测试装置及测试方法。
背景技术
混凝土碳化是指潮湿环境下，空气中二氧化碳与混凝土内部氢氧化钙反应生成碳酸钙的过程，又称中性化。碳化会直接导致混凝土碱度降低、微结构发生破坏，造成混凝土疏松、脱落、强度降低。当碳化厚度超过混凝土保护层厚度时，会使钢筋在高碱性环境下形成的致密氧化膜被破坏，导致钢筋锈蚀，混凝土强度降低、耐久性显著劣化。
目前评价水泥基材料碳化性能通常采用碳化试验箱，通过控制系统调节加热管、加湿器、压缩机对箱体内微环境的作用以及二氧化碳气源对内部的补给与中断，使箱内微环境的温湿度和二氧化碳浓度达到试验要求。这类传统碳化试验箱的箱门密封线较长，密封难度提高，且常规碳化试验箱箱体积较大，试件较少时则会出现CO2气体利用率低、试验成本较大等问题，经济性不佳。
专利CN103713023A公开了一种水泥基材料碳化深度测试方法，对前期碳化后的硬化水泥材料试块进行阻抗谱测试，得到阻抗谱图，利用水泥材料的电化学电路模型拟合阻抗谱图，获得电化学参数，然后测试水泥材料的实际碳化深度，把电化学参数和实际碳化深度建立起函数关系，再通过计算电化学参数来计算水泥后期碳化深度。本发明对水泥后期碳化深度进行无损、高效、准确测试，将更有利于混凝土结构耐久性的研究和现场碳化深度的快速检测，然而该方法碳化采用传统的碳化试验箱，依然存在资源利用率低、经济成本高等问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术在碳化测试中密封差、资源利用率低、经济成本高等问题，提供一种结构简单、经济环保、节约资源的水泥基材料碳化性能测试装置及测试方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种水泥基材料碳化试验测试装置，包括碳化室以及与碳化室相连的CO2发生装置，所述CO2发生装置产生CO2气体通入碳化室内，所述碳化室为一可打开的密封腔室结构，中部设有用于放置水泥基材料试块的挡板，碳化室底部装有液体，碳化室顶部设有空气进气口与泄气口，碳化室内部还设有CO2浓度检测器及湿度计。
所述碳化室为透明材料制成。
所述碳化室的顶部设有可打开的顶盖，所述空气进气口与泄气口均设于所述顶盖上。
所述空气进气口与泄气口上分别设有阀门和泄气阀。
碳化室底部的液体为饱和溶液，所述饱和溶液为饱和氯化钠溶液，室温下相对湿度为75％，或者饱和氯化钾溶液，室温下相对湿度为85％。
所述碳化室的侧面设有CO2进气口，所述CO2发生装置通过CO2进气口与碳化室连通。
所述CO2发生装置包括磁力搅拌机、反应瓶以及分液漏斗，所述反应瓶设于所述磁力搅拌机的上部，所述反应瓶的瓶口通过橡胶塞密封，所述分液漏斗下部插入橡胶塞与反应瓶连通，所述分液漏斗上部通过管路与所述反应瓶连通，所述反应瓶产生的CO2通过管路通入碳化室内。
所述反应瓶内装有碳酸盐，所述分液漏斗内装有酸液，分液漏斗下部设有斗颈阀门。
一种水泥基材料碳化试验测试方法，其特征在于，采用上述测试装置进行测试，具体包括如下步骤：
(1)对测试装置的气密性进行检测，确保装置气密性；
(2)对水泥基材料进行加速碳化试验：
打开碳化室，加入维持固定湿度所需的饱和溶液，放入水泥基材料试块，关闭碳化室，湿度固定不变时，打开CO2发生装置，生成的CO2气体通入碳化室，当CO2浓度探测器的读数升至25％时，关闭CO2发生装置，开始水泥基材料碳化测试试验，试验过程中，当CO2浓度小于20％时，继续通入CO2气体，直至达到25％；
(3)碳化深度测量：
当水泥基材料试块试验至预定龄期后，打开碳化室，将水泥基材料试块取出，沿垂直于测试面的方向劈开，向水泥基材料试块的断裂面喷洒酚酞试剂，变成红色的混凝土为未碳化状态，未变红色的水泥基材料为已碳化状态，测量未变色的试块厚度，即为该水泥基材料试块的碳化深度。
其中，对测试装置的气密性检测具体步骤为：打开空气进气口与大气相连通，读取CO2浓度检测器上的读数A；将CO2进气口与CO2发生装置连接，关闭空气进气口和泄气口，向碳化室通入CO2气体，读取CO2浓度检测器的读数B，静置一段时间后，若读数B没有明显变化，则装置气密性好；若读数B下降明显，则装置存在漏气现象，需要对连接部分进行检查，确保气密性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、碳化装置结构简单紧凑、体积小，成本大幅降低，本装置采用密闭碳化室，碳化室中部设有挡板，碳化室底部装有液体，用于控制碳化室内湿度，碳化室内部还设有CO2浓度检测器及湿度计，以便准确控制碳化室的湿度以及测试所需的CO2浓度；
2、CO2发生装置采用实验室常用的酸盐反应生成，成本低，且便于操作及控制；
3、CO2的浓度和湿度可调节，加速碳化试验，提高反应效率，提高CO2的利用效率，节能环保。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图中：碳化室1、水泥基材料试块2、挡板3、饱和溶液4、空气进气口5、CO2浓度检测器6、湿度计7、泄气口8、泄气阀9、阀门10、CO2进气口11、橡胶塞12、分液漏斗13、反应瓶14、磁力搅拌机15。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种水泥基材料碳化试验测试装置，其至少包括碳化室1、空气进气口5、泄气口8、CO2进气口11、分液漏斗13和反应瓶14。
碳化室1为透明材料制成，比如PVC板、亚克力板等，以便于观察试验过程中的试块碳化情况。碳化室1的顶部为盖状，以方便挪取水泥基材料试块2、倒入饱和溶液4。碳化室1的顶盖设有空气进气口5、泄气口8，均配置有阀门10和泄气阀9。碳化室1由挡板3分为上下两部分，上部分用于放置水泥基材料试块2，水泥基材料试块2为长方体或圆柱体形；下部分用于盛放饱和溶液4，其种类根据试验所需湿度要求进行选择。同时，碳化室1内部装有CO2浓度检测器6、湿度计7，方便试验过程中及时调整CO2浓度和湿度，保证碳化试验的准确性。
碳化室1的侧面设有CO2进气口11与反应瓶14密封连接，确保装置的气密性。分液漏斗13、反应瓶14和磁力搅拌机15构成了CO2发生装置。反应瓶14瓶口通过设置有三个通孔的橡胶塞12予以密封，橡胶塞12的一个通孔中插入直线形玻璃管，该玻璃管外接橡胶管，与分液漏斗顶部含有一个通孔的橡胶塞12相连接，保持反应瓶14与分液漏斗13气压恒定，反应时稀盐酸溶液能够正常滴落；在另一个通孔中插入直角形玻璃管，该玻璃管与CO2进气口11相连，以便反应瓶14中生成的CO2气体能顺利通入碳化室1；在第三个通孔中直接插入分液漏斗13的斗颈，稀盐酸能滴入反应瓶14中确保试验正常进行。反应瓶14放置在磁力搅拌机15，提高反应效率。分液漏斗13的斗颈设置有阀门16，以控制分液漏斗开关，调控试验进程。
具体测试步骤如下：
(1)碳化装置气密性检测
当本发明打开空气进气口5与大气相连通时，读取CO2浓度检测器6上的读数A；将本发明的CO2进气口11与反应瓶密封连接；关闭空气进气口5的阀门10和泄气口8的泄气阀9，打开分液漏斗斗颈阀门16，向碳化室中通入一定量的CO2气体，关闭分液漏斗斗颈阀门16，读取CO2浓度检测器的读数B。静置一段时间后，若读数B没有明显变化，说明装置气密性好。若读数B下降明显，说明装置存在漏气现象，需要对连接部分进行检查，确保气密性。
(2)水泥基材料加速碳化试验
打开碳化室1顶盖，加入维持固定湿度所需的饱和溶液4，放入水泥基材料试块2，关闭碳化室1顶盖，静置一段时间。当湿度计7的度数固定不变时，打开分液漏斗斗颈阀门16，控制稀盐酸滴落速度，保证反应生成CO2气体以一定速率通入碳化室中。当CO2浓度探测器6的读数升至25％时，关闭分液漏斗斗颈阀门16；开始水泥基材料碳化测试试验。试验过程中，当CO2浓度探测器6的读数小于20％时，再打开分液漏斗斗颈阀门16，继续反应通入CO2气体，当CO2浓度探测器6的读数升至25％时，关闭分液漏斗斗颈阀门16。
(3)碳化深度测量
水泥基材料试块2试验至预定龄期后，打开碳化室1顶盖，将水泥基材料试块2从碳化室1中取出。将水泥基材料试块2沿垂直于测试面的方向劈开，向水泥基材料试块2的断裂面喷洒酚酞试剂，变成红色的混凝土为未碳化状态，未变红色的水泥基材料为已碳化状态，测量未变色的试块厚度，即为该水泥基材料试块2的碳化深度。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水泥基材料碳化试验测试装置，其特征在于，包括碳化室以及与碳化室相连的CO2发生装置，所述CO2发生装置产生CO2气体通入碳化室内，
所述碳化室为一可打开的密封腔室结构，中部设有用于放置水泥基材料试块的挡板，碳化室底部装有液体，碳化室顶部设有空气进气口与泄气口，碳化室内部还设有CO2浓度检测器及湿度计。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料碳化试验测试装置，其特征在于，所述碳化室为透明材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种水泥基材料碳化试验测试装置，其特征在于，所述碳化室的顶部设有可打开的顶盖，所述空气进气口与泄气口均设于所述顶盖上。
4.根据权利要求1所述的一种水泥基材料碳化试验测试装置，其特征在于，所述空气进气口与泄气口上分别设有阀门和泄气阀。
5.根据权利要求1所述的一种水泥基材料碳化试验测试装置，其特征在于，碳化室底部的液体为饱和溶液，所述饱和溶液为饱和氯化钠溶液或饱和氯化钾溶液。
6.根据权利要求1所述的一种水泥基材料碳化试验测试装置，其特征在于，所述碳化室的侧面设有CO2进气口，所述CO2发生装置通过CO2进气口与碳化室连通。
7.根据权利要求1所述的一种水泥基材料碳化试验测试装置，其特征在于，所述CO2发生装置包括磁力搅拌机、反应瓶以及分液漏斗，
所述反应瓶设于所述磁力搅拌机的上部，所述反应瓶的瓶口通过橡胶塞密封，所述分液漏斗下部插入橡胶塞与反应瓶连通，所述分液漏斗上部通过管路与所述反应瓶连通，所述反应瓶产生的CO2通过管路通入碳化室内。
8.根据权利要求7所述的一种水泥基材料碳化试验测试装置，其特征在于，所述反应瓶内装有碳酸盐，所述分液漏斗内装有酸液，分液漏斗下部设有斗颈阀门。
9.一种水泥基材料碳化试验测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的测试装置进行测试，具体包括如下步骤：
(1)对测试装置的气密性进行检测，确保装置气密性；
(2)对水泥基材料进行加速碳化试验：
打开碳化室，加入维持固定湿度所需的饱和溶液，放入水泥基材料试块，关闭碳化室，湿度固定不变时，打开CO2发生装置，生成的CO2气体通入碳化室，当CO2浓度探测器的读数升至25％时，关闭CO2发生装置，开始水泥基材料碳化测试试验，试验过程中，当CO2浓度小于20％时，继续通入CO2气体，直至达到25％；
(3)碳化深度测量：
当水泥基材料试块试验至预定龄期后，打开碳化室，将水泥基材料试块取出，沿垂直于测试面的方向劈开，向水泥基材料试块的断裂面喷洒酚酞试剂，变成红色的混凝土为未碳化状态，未变红色的水泥基材料为已碳化状态，测量未变色的试块厚度，即为该水泥基材料试块的碳化深度。
10.根据权利要求9所述的一种水泥基材料碳化试验测试方法，其特征在于，对测试装置的气密性检测具体步骤为：
打开空气进气口与大气相连通，读取CO2浓度检测器上的读数A；将CO2进气口与CO2发生装置连接，关闭空气进气口和泄气口，向碳化室通入CO2气体，读取CO2浓度检测器的读数B，静置一段时间后，若读数B没有明显变化，则装置气密性好；若读数B下降明显，则装置存在漏气现象，需要对连接部分进行检查，确保气密性。
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