CN110501274B - 一种测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置及基于该装置的测试方法 - Google Patents
一种测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置及基于该装置的测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种测试钢筋‑混凝土界面氯离子渗透性的装置及基于该装置的测试方法，属于土木工程技术领域，该装置包括恒温箱1、平底皿2、钢筋混凝土试样支架3和支座4，平底皿2设置在恒温箱1内部，平底皿2的底面通过支座4与恒温箱1的内底板连接，钢筋混凝土试样支架3设置在平底皿2的底面上。该装置结构简单且操作方便，利用该装置结合硝酸银显色法，可以测定钢筋‑混凝土界面的渗透性，以反映钢筋与混凝土之间的界面缺陷情况和离子传输性能，该方法简单且易操作。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置及基于该装置的测试方法。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结而形成整体的工程复合材料。通常，混凝土以水泥作为胶凝材料，天然砂、石为骨料，与水、矿物掺合料和外加剂等按一定比例配合而成，因其生产成本低廉、原材料来源广泛、工作性及耐久性良好而被广泛应用于土木工程领域。
在未凝结硬化之前保持塑形状态的混凝土，称为新拌混凝土。随着胶凝材料水化过程的进行，将逐渐从以粘塑性为主的粘聚过程向粘弹性为主的硬化过程发展。新拌混凝土在运输或者静置过程中由于各组分之间的粘聚力不足，骨料下沉，浆体上浮，使得各相分布非匀质性加强，出现新拌混凝土沉降、离析和泌水的现象，这不仅影响硬化后混凝土的强度和耐久性，还会在钢筋-混凝土界面处形成缺陷，而钢筋-混凝土界面缺陷的存在会导致氯离子、氧气、水分等有害物质在界面处的迁移和扩散速率更快，促进钢筋腐蚀的快速发生，同时也会降低钢筋与混凝土之间的粘结力，严重影响到钢筋混凝土结构的安全性和耐久性。因此，急需一种确定钢筋-混凝土界面渗透性的测试方法，以反映钢筋与混凝土之间的界面缺陷情况和离子传输性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置；目的之二在于提供基于该装置测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置，所述装置包括恒温箱1、平底皿2、钢筋混凝土试样支架3和支座4，所述平底皿2设置在所述恒温箱1内部，所述平底皿2的底面通过所述支座4与所述恒温箱1的内底板连接，所述钢筋混凝土试样支架3设置在所述平底皿2的底面上。
优选的，所述平底皿2为截面呈U形的槽体结构。
优选的，所述钢筋混凝土试样支架3上与钢筋混凝土试样接触的面呈网状。
2、基于所述的装置测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的方法，所述方法包括如下步骤：
A、沿钢筋混凝土中钢筋长度方向切割，获得含钢筋及周围混凝土保护层的钢筋混凝土试样，将所述钢筋混凝土试样沿钢筋长度方向的各面用铝箔胶带密封，仅暴露所述钢筋混凝土试样两端；
B、将经步骤A处理后的钢筋混凝土试样垂直放置在钢筋混凝土试样支架3上，即所述钢筋混凝土试样任一未被密封的一端放置在所述钢筋混凝土试样支架3上；
C、向平底皿2中加入质量分数为5-12％的氯化钠溶液至所述氯化钠溶液的液面高于所述钢筋混凝土试样中与所述钢筋混凝土试样支架3接触的端面20-30mm，然后将恒温箱1的温度设定为40-60℃后静置5-8天，期间向所述平底皿2中补充所述氯化钠溶液以保证所述氯化钠溶液的液面高于所述钢筋混凝土试样中与所述钢筋混凝土试样支架3接触的端面20-30mm，接着将钢筋混凝土试样沿钢筋-混凝土界面方向劈开，在切开面上均喷洒浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液，最后放置在黑暗环境中，5-30min后取出，测量各切开面上钢筋-混凝土界面处白色区域的深度，将所述深度记为氯离子的渗透深度，以此来反映钢筋-混凝土界面的氯离子渗透性。
优选的，步骤A中，所述钢筋混凝土试样呈长方体结构，长为150-200mm，横截面为a×a，所述a为钢筋4-6倍直径。
优选的，步骤C中，向平底皿2中加入质量分数为10％的氯化钠溶液至所述氯化钠溶液的液面高于所述钢筋混凝土试样中与所述钢筋混凝土试样支架3接触的端面25mm，然后将恒温箱1的温度设定为50℃后静置7天，期间向所述平底皿2中补充所述氯化钠溶液以保证所述氯化钠溶液的液面高于所述钢筋混凝土试样中与所述钢筋混凝土试样支架3接触的端面25mm，接着将钢筋混凝土试样沿钢筋-混凝土界面方向劈开，在切开面上均喷洒浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液，最后放置在黑暗环境中，10min后取出，测量各切开面上钢筋-混凝土界面处白色区域的深度，将所述深度记为氯离子的渗透深度，以此来反映钢筋-混凝土界面的氯离子渗透性。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置及基于该装置的测试方法，该装置结构简单且操作方便，利用该装置结合硝酸银显色法，可以测定钢筋-混凝土界面的渗透性，以反映钢筋与混凝土之间的界面缺陷情况和离子传输性能，该方法简单且易操作。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置示意图；
图2为实施例1中普通混凝土和实施例2中轻骨料混凝土中钢筋布局设计图；
图3为实施例1和实施例2中各钢筋混凝土试样示意图；
图4为实施例1和实施例2中利用本发明中装置测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性示意图；
图5为实施例1中普通混凝土中氯离子沿钢筋-混凝土界面和混凝土基体渗透深度的实物图；
图6为实施例1中普通混凝土中氯离子沿钢筋-混凝土界面和混凝土基体渗透深度的趋势图；
图7为实施例2中轻骨料混凝土中氯离子沿钢筋-混凝土界面和混凝土基体渗透深度的实物图；
图8为实施例2中轻骨料混凝土中氯离子沿钢筋-混凝土界面和混凝土基体渗透深度的趋势图。
图1中，1恒温箱、2平底皿、3钢筋混凝土试样支架、4支座。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如图1所示，本发明中测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置包括恒温箱1、平底皿2、钢筋混凝土试样支架3和支座4，其中，平底皿2设置在恒温箱1内部，平底皿2的底面通过支座4与恒温箱1的内底板连接，钢筋混凝土试样支架3设置在平底皿2的底面上。平底皿2为截面呈U形的槽体结构，钢筋混凝土试样支架3用于支撑钢筋混凝土试样，使钢筋混凝土试样端面与平底皿2的底面不接触，钢筋混凝土试样支架3上与钢筋混凝土试样接触的面呈网状，以保证钢筋混凝土试样与钢筋混凝土试样支架3接触的端面可以与氯化钠溶液充分接触。
实施例1
测试普通混凝土中钢筋-混凝土界面氯离子渗透性
成型C40强度等级的普通混凝土，混凝土配合比参见表1。钢筋混凝土的尺寸为200mm×150mm×912mm，钢筋混凝土内部水平布置五层钢筋，每层钢筋下方混凝土的高度依次为50mm、250mm、450mm、650mm和850mm，如图2所示。利用图1所示的测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置测试普通混凝土中钢筋-混凝土界面氯离子渗透性，方法如下：
A、试件标准养护28天后，用切割机沿上述钢筋混凝土中钢筋长度方向切割，获得5个含钢筋及周围混凝土保护层的长方体状钢筋混凝土试样，并将各钢筋混凝土试样沿钢筋长度方向的四个面用铝箔胶带密封，仅暴露各钢筋混凝土试样两端；以各钢筋混凝土试样中钢筋所在平面为分界面，依据混凝土保护层在钢筋混凝土原始的上下位置，将各钢筋混凝土试样中分布在分界面两边的混凝土保护层分别标记为上界面和下界面，如图3所示；
B、将经步骤A处理后的各钢筋混凝土试样垂直放置在钢筋混凝土试样支架3上，即钢筋混凝土试样任一未被密封的一端放置在钢筋混凝土试样支架3上，如图4所示；
C、向平底皿2中加入质量分数为10％的氯化钠溶液至氯化钠溶液的液面高于钢筋混凝土试样中与钢筋混凝土试样支架3接触的端面25mm，然后将恒温箱1的温度设定为50℃后静置7天，期间向平底皿2中补充所述氯化钠溶液以保证氯化钠溶液的液面高于钢筋混凝土试样中与钢筋混凝土试样支架3接触的端面25mm，如图4所示，接着用压力机将各钢筋混凝土试样沿钢筋-混凝土界面方向劈开，在切开面上均喷洒浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液，最后放置在黑暗环境中，10min后取出，测量各切开面上钢筋-混凝土界面处白色区域的深度，将深度记为氯离子的渗透深度，以此来反映钢筋-混凝土界面的氯离子渗透性，同时测量并记录钢筋-混凝土界面以外混凝土保护层中白色区域的深度，将深度记为氯离子的渗透深度，以此来反映混凝土基体中氯离子渗透性，结果如图5和图6所示，图6展示了氯离子沿普通混凝土钢筋-混凝土界面和该界面外混凝土基体渗透深度的发展规律，由图6可知，氯离子沿钢筋-混凝土界面的渗透深度明显大于混凝土基体，说明在钢筋-混凝土界面处的确存在着缺陷，界面处的氯离子渗透性远大于混凝土基体中氯离子渗透性。此外，无论布筋高度多高，氯离子沿钢筋-混凝土下界面的渗透深度都要大于上界面，说明钢筋-混凝土下界面的氯离子渗透性比上界面大，这是由于在混凝土浇筑过程中会有气泡上浮，当气泡上浮遇到钢筋时运动受阻，导致气泡聚集在钢筋下方，硬化后形成界面缺陷，这对钢筋腐蚀的控制以及钢筋与混凝土之间的粘结十分不利。最后，由于在混凝土成型振捣过程中，骨料下沉，浆体上浮，导致布筋高度越高处的钢筋与混凝土之间的缺陷更多、粘结强度更低，测得的氯离子沿钢筋-混凝土界面的渗透深度也更大。
表1普通混凝土配合比(kg/m3)
| 强度等级 | 水胶比 | 水泥 | 机制砂 | 石灰石碎石 | 水 | 外加剂 |
| C40 | 0.40 | 400.0 | 736.0 | 1104.0 | 160.0 | 2.0 |
实施例2
测试轻骨料混凝土中钢筋-混凝土界面氯离子渗透性
成型C40强度等级的轻骨料混凝土，混凝土配合比参见表2。钢筋混凝土的尺寸为200mm×150mm×912mm，钢筋混凝土内部水平布置五层钢筋，每层钢筋下方混凝土的高度依次为50mm、250mm、450mm、650mm和850mm，如图2所示。利用图1所示的测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置测试轻骨料混凝土中钢筋-混凝土界面氯离子渗透性，方法如下：
A、试件标准养护28天后，用切割机沿上述钢筋混凝土中钢筋长度方向切割，获得5个含钢筋及周围混凝土保护层的长方体状钢筋混凝土试样，并将各钢筋混凝土试样沿钢筋长度方向的四个面用铝箔胶带密封，仅暴露各钢筋混凝土试样两端；以各钢筋混凝土试样中钢筋所在平面为分界面，依据混凝土保护层在钢筋混凝土原始的上下位置，将各钢筋混凝土试样中分布在分界面两边的混凝土保护层分别标记为上界面和下界面，如图3所示；
B、将经步骤A处理后的各钢筋混凝土试样垂直放置在钢筋混凝土试样支架3上，即钢筋混凝土试样任一未被密封的一端放置在钢筋混凝土试样支架3上，如图4所示；
C、向平底皿2中加入质量分数为10％的氯化钠溶液至氯化钠溶液的液面高于钢筋混凝土试样中与钢筋混凝土试样支架3接触的端面25mm，然后将恒温箱1的温度设定为50℃后静置7天，期间向平底皿2中补充所述氯化钠溶液以保证氯化钠溶液的液面高于钢筋混凝土试样中与钢筋混凝土试样支架3接触的端面25mm，如图4所示，接着用压力机将各钢筋混凝土试样沿钢筋-混凝土界面方向劈开，在切开面上均喷洒浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液，最后放置在黑暗环境中，10min后取出，测量各切开面上钢筋-混凝土界面处白色区域的深度，将深度记为氯离子的渗透深度，以此来反映钢筋-混凝土界面的氯离子渗透性，同时测量并记录钢筋-混凝土界面以外混凝土保护层中白色区域的深度，将深度记为氯离子的渗透深度，以此来反映混凝土基体中氯离子渗透性，结果如图7和图8所示，图8展示了氯离子沿轻骨料混凝土钢筋-混凝土界面和该界面外混凝土基体渗透深度的发展规律，其试验规律基本与实施例1中普通混凝土一致，不同的是，氯离子在轻骨料混凝土中沿钢筋-混凝土界面的渗透深度明显比实施例1中普通混凝土小，说明在轻骨料混凝土中的钢筋-混凝土界面抗渗透性更好，这是因为在轻骨料混凝土中掺加了硅灰，能增强新拌混凝土的稳定性，并提高硬化混凝土的密实性，可以有效改善钢筋-混凝土的界面缺陷和钢筋与混凝土之间的粘结能力。
表2轻骨料混凝土配合比(kg/m3)
| 强度等级 | 水胶比 | 水泥 | 硅灰 | 机制砂 | 页岩陶粒 | 水 | 外加剂 |
| C40 | 0.35 | 460.0 | 40.0 | 570.0 | 655.0 | 175.0 | 2.5 |
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的方法，其特征在于，所述测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的装置包括恒温箱(1)、平底皿(2)、钢筋混凝土试样支架(3)和支座(4)，所述平底皿(2)设置在所述恒温箱(1)内部，所述平底皿(2)的底面通过所述支座(4)与所述恒温箱(1)的内底板连接，所述钢筋混凝土试样支架(3)设置在所述平底皿(2)的底面上；
所述平底皿(2)为截面呈U形的槽体结构；
所述钢筋混凝土试样支架(3)上与钢筋混凝土试样接触的面呈网状；
基于所述装置测试钢筋-混凝土界面氯离子渗透性的方法包括如下步骤：
A、沿钢筋混凝土中钢筋长度方向切割，获得含钢筋及周围混凝土保护层的钢筋混凝土试样，将所述钢筋混凝土试样沿钢筋长度方向的各面用铝箔胶带密封，仅暴露所述钢筋混凝土试样两端；
B、将经步骤A处理后的钢筋混凝土试样垂直放置在钢筋混凝土试样支架（3）上，即所述钢筋混凝土试样任一未被密封的一端放置在所述钢筋混凝土试样支架（3）上；
C、向平底皿（2）中加入质量分数为5-12％的氯化钠溶液至所述氯化钠溶液的液面高于所述钢筋混凝土试样中与所述钢筋混凝土试样支架（3）接触的端面20-30mm，然后将恒温箱（1）的温度设定为40-60℃后静置5-8天，期间向所述平底皿（2）中补充所述氯化钠溶液以保证所述氯化钠溶液的液面高于所述钢筋混凝土试样中与所述钢筋混凝土试样支架（3）接触的端面20-30mm，接着将钢筋混凝土试样沿钢筋-混凝土界面方向劈开，在切开面上均喷洒浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液，最后放置在黑暗环境中，5-30min后取出，测量各切开面上钢筋-混凝土界面处白色区域的深度，将所述深度记为氯离子的渗透深度，以此来反映钢筋-混凝土界面的氯离子渗透性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中，所述钢筋混凝土试样呈长方体结构，长为150-200mm，横截面为a×a，所述a为钢筋4-6倍直径。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中，向平底皿（2）中加入质量分数为10％的氯化钠溶液至所述氯化钠溶液的液面高于所述钢筋混凝土试样中与所述钢筋混凝土试样支架（3）接触的端面25mm，然后将恒温箱（1）的温度设定为50℃后静置7天，期间向所述平底皿（2）中补充所述氯化钠溶液以保证所述氯化钠溶液的液面高于所述钢筋混凝土试样中与所述钢筋混凝土试样支架（3）接触的端面25mm，接着将钢筋混凝土试样沿钢筋-混凝土界面方向劈开，在切开面上均喷洒浓度为0.1mol/L的硝酸银溶液，最后放置在黑暗环境中，10min后取出，测量各切开面上钢筋-混凝土界面处白色区域的深度，将所述深度记为氯离子的渗透深度，以此来反映钢筋-混凝土界面的氯离子渗透性。
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