CN113916874B - 一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，步骤为：步骤1，制备与待测混凝土大坝组分且配比相同的混凝土试件，建立混凝土试样的碳化深度‑碳酸钙含量关系曲线；步骤2，对待测混凝土大坝进行钻孔取芯，测量混凝土大坝芯的碳酸钙含量；步骤3，将步骤2得到的每个区域的碳酸钙含量在步骤1建立的碳化深度‑碳酸钙含量关系曲线上找到对应碳化深度，即得到该区域的碳化深度。本发明方法解决现有混凝土大坝碳化深度测定过程中造成大体积混凝土破坏与损伤且测定结果准确性差的问题。

Description

一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法
技术领域
本发明属于大体积混凝土检测技术领域，涉及一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法。
背景技术
混凝土碳化主要会影响混凝土内的钢筋锈蚀情况。混凝土的碳化深度如果超出预期太多，会加剧混凝土内的钢筋锈蚀，导致大体积混凝土中本应由钢筋来承担的结构的拉应力直接作用在混凝土上，会造成结构加速破坏。
现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝、隧道基础等。其中混凝土碳化会引起钢筋锈蚀，使工程结构受到损伤并缩短了使用年限，进而必须要对工程进行加固或维修，从而造成很大的直接和间接的经济损失。
碳化深度的测定是为了提前了解大体积混凝土的耐久性，并对整体结构尤其是钢筋的锈蚀程度有明确的了解，从而提前加以预防，减少不必要的人力与经济损失。
目前大体积混凝土的碳化深度的测定方法如下：(1)采用适当的工具在混凝土测区表面形成直径一孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度，约等于保护层厚度；(2)除去孔洞中的粉尘和碎屑，不能用液体冲洗；(3)在凿开的混凝土表面滴1％的酚酞酒精溶液；4、当已碳化与未碳化界线清楚时，再用碳化深度测定尺测量自混凝土表面至深处不变色、有代表的交界处垂直距离1～2次，该距离即为混凝土的碳化深度值，并在测区选取n个碳化深度测点，得到相应碳化深度测量值，即可进行平均碳化深度值的计算。但上述方法存在一些问题与不足：(1)酚酞测试法的测量精度不够高，可能导致测量一次碳化深度未能达到测量目的的情况，这会对坝体造成多处破坏与损伤，进而可能造成别的方面影响；(2)目前利用传统方法时会使用游标卡尺，而游标卡尺的量程较大，操作耗时繁琐且易产生误差，虽然能满足使用要求，但是测定时容易产生误差，导致测定结果不准确，且携带不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，解决现有混凝土大坝碳化深度测定过程中造成大体积混凝土破坏与损伤且测定结果准确性差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备与待测混凝土大坝组分且配比相同的混凝土试件，建立混凝土试样的碳化深度-碳酸钙含量关系曲线；
步骤2，对待测混凝土大坝进行钻孔取芯，测量混凝土大坝芯的碳酸钙含量；
步骤3，将步骤2得到的每个区域的碳酸钙含量在步骤1建立的碳化深度-碳酸钙含量关系曲线上找到对应碳化深度，即得到该区域的碳化深度。
本发明的特征还在于，
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1，采用与待测混凝土大坝组分及配比相同的原料制备若干个150×150×150mm的立方体混凝土试件；
步骤1.2，将步骤1.1制备的混凝土试件置于去除二氧化碳的标准养护箱养护28天；
步骤1.3，对步骤1.2养护好的混凝土试件分别进行3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天的碳化处理；
步骤1.4，测量经步骤1.3处理后的混凝土试件的碳化深度和碳酸钙含量，得到碳化深度-碳酸钙含量关系曲线。
步骤1.2中，养护箱的温度为20℃±3℃，相对湿度不低于95％。
步骤1.3具体按照以下步骤实施：
步骤1.3.1，将步骤1.2养护好的混凝土试件中的任意5个面涂上5mm的石蜡进行密封以隔绝二氧化碳；
步骤1.3.2，将步骤1.3.1处理的混凝土试件放入碳化箱内进行碳化3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天，若干混凝土试件之间间隔不小于50mm。
步骤1.3.2中，碳化过程中碳化箱内二氧化碳浓度为20％±3％，湿度为70％±5％，温度为20℃±5℃。
步骤1.4具体按照以下步骤实施：
步骤1.4.1，对步骤1.3处理的每个碳化龄的混凝土试件进行钻孔取芯，每个混凝土试件钻取3个圆柱体混凝土芯；
步骤1.4.2，对步骤1.4.1每个碳化龄的混凝土试件钻取的3个混凝土芯分别喷洒1％的酚酞酒精溶液，则混凝土芯上出现变红区域，分别以变红区域边界线的峰值与谷值为起点相背各延伸10mm，得到两个延伸边界，两个延伸边界之间的区域为过渡区，位于变红区域的延伸边界至混凝土芯变红一侧的端部为未碳化区，另一个延伸边界至混凝土芯未变红一侧的端部为碳化区；
步骤1.4.3，以碳化区与过渡区的交界面为研磨起点，在研磨起点处将混凝土芯切断，将碳化区磨成粉末，测量其碳酸钙含量；
步骤1.4.4，以研磨起点向过渡区进行多次研磨，每次研磨1mm，每次研磨后对研磨所得的粉末进行碳酸钙含量测量，连续3次检测碳酸钙含量数值之间的变化小于5％时，停止研磨，测量剩余混凝土芯的长度，以连续三次研磨过程中第一次的开始研磨位置为碳化深度，则碳化深度＝150mm-剩余混凝土芯的长度+2mm；
步骤1.4.5，将步骤1.4.4剩余混凝土芯磨成粉末，测量其碳酸钙含量；
步骤1.4.6，将步骤1.4.3、步骤1.4.4及步骤1.4.5测得的碳酸钙含量相加，得到每个混凝土芯的碳酸钙含量，取3个混凝土芯的碳酸钙含量的平均值作为每个碳化龄最终的碳酸钙含量；
步骤1.4.7，根据步骤1.4.4得到的碳化深度及步骤1.4.6得到的碳酸钙含量绘制碳化深度-碳酸钙含量关系曲线。
步骤1.4.1中，每个混凝土芯的长度为150mm、直径为30mm。
步骤2的具体过程为：分别在混凝土大坝上游坝面的最高水位线、混凝土大坝下游坝面的最高水位线、闸墩、溢流堰面及混凝土轻型坝挡水面板的背水面的最高水位线上按梅花型布置进行钻孔取芯，得到不同区域的混凝土大坝芯，将钻孔进行密封，将每个区域的多个混凝土大坝芯分别研磨成粉，测量其碳酸钙含量，求取每个区域的多个混凝土大坝芯的碳酸钙含量的平均值，作为该区域的碳酸钙含量。
混凝土大坝芯为圆柱形，长度为150mm、直径为30mm。
本发明的有益效果是，
(1)本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，钻孔尺寸为150mm×30mm，而现有测量方法钻孔尺寸至少为100mm×300mm，钻孔尺寸明显减小，从而减小了对混凝土大坝表面结构以及大坝整体渗流稳定的损伤；
(2)本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，能够准确测量出混凝土试件的碳化部分与未碳化部分的分界面，为防止钢筋锈蚀提供更为准确地碳化深度数据；
(3)本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，通过碳化深度-碳酸钙含量曲线，在检测大坝碳化深度时，只需钻孔取芯碾压成粉后测量碳酸钙含量便可获得精确的碳化深度，能够供一座大坝全寿命周期使用，全面的分析混凝土大坝从表面到内部碳化的具体状况；
(4)本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，本发明测量方法简便，节省了人力和测量成本。
附图说明
图1是本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法中混凝土芯的结构示意图；
图2是本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法中碳化深度-碳酸钙含量关系曲线；
图3是本发明实施例涉及某混凝土大坝碳化深度-碳酸钙含量关系曲线。
图中，1.碳化区，2.过渡区，3.未碳化区域，4.研磨起点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备与待测混凝土大坝组分且配比相同的混凝土试件，建立混凝土试样的碳化深度-碳酸钙含量关系曲线；
步骤1.1，采用与待测混凝土大坝组分及配比相同的原料制备若干个150×150×150mm的立方体混凝土试件；混凝土试件尺寸的选择依据我国50余座混凝土坝碳化深度的调研结果设定的，所调研的50余座混凝土坝的碳化深度均未超过150mm；
步骤1.2，将步骤1.1制备的混凝土试件置于去除二氧化碳的标准养护箱养护28天；
养护箱的温度为20℃±3℃，相对湿度不低于95％；
步骤1.3，对步骤1.2养护好的混凝土试件分别进行3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天的10个碳化龄的碳化处理，每个碳化龄制作1个混凝土试件；
具体过程为：
步骤1.3.1，将步骤1.2养护好的混凝土试件中的任意5个面涂上5mm的石蜡进行密封以隔绝二氧化碳；
步骤1.3.2，将步骤1.3.1处理的混凝土试件放入碳化箱内进行碳化3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天，若干混凝土试件之间间隔不小于50mm；
碳化箱保证密封状态，不能采用水封，碳化过程中碳化箱内二氧化碳浓度为20％±3％，湿度为70％±5％，温度为20℃±5℃；
步骤1.4，测量经步骤1.3处理后的混凝土试件的碳化深度和碳酸钙含量，得到碳化深度-碳酸钙含量关系曲线；
具体过程为：
步骤1.4.1，对步骤1.3处理的每个碳化龄的混凝土试件进行钻孔取芯，每个混凝土试件钻取3个圆柱体混凝土芯，每个混凝土芯的长度为150mm、直径为30mm；
步骤1.4.2，对步骤1.4.1每个碳化龄的混凝土试件钻取的3个混凝土芯分别喷洒1％的酚酞酒精溶液(1g酚酞溶于100ml酒精中)，则混凝土芯上出现变红区域，如图1所示，分别以变红区域边界线的峰值与谷值为起点相背各延伸10mm，得到两个延伸边界，两个延伸边界之间的区域为过渡区2，位于变红区域的延伸边界至混凝土芯变红一侧的端部为未碳化区3，另一个延伸边界至混凝土芯未变红一侧的端部为碳化区1；
步骤1.4.3，以碳化区1与过渡区2的交界面为研磨起点4，在研磨起点4处将混凝土芯切断，将碳化区1磨成粉末，测量其碳酸钙含量；
步骤1.4.4，以研磨起点4向过渡区2进行多次研磨，每次研磨1mm，每次研磨后对研磨所得的粉末进行碳酸钙含量测量，当连续3次检测碳酸钙含量数值之间的变化小于5％时，停止研磨，测量剩余混凝土芯的长度，以连续三次研磨过程中第一次的开始研磨位置为碳化深度，则碳化深度＝150mm-剩余混凝土芯的长度+2mm；
步骤1.4.5，将步骤1.4.4剩余混凝土芯磨成粉末，测量其碳酸钙含量；
步骤1.4.6，将步骤1.4.3、步骤1.4.4及步骤1.4.5测得的碳酸钙含量相加，得到每个混凝土芯的碳酸钙含量，取3个混凝土芯的碳酸钙含量的平均值作为每个碳化龄最终的碳酸钙含量；
步骤1.4.7，根据步骤1.4.4得到的碳化深度及步骤1.4.6得到的碳酸钙含量绘制碳化深度-碳酸钙含量关系曲线，如图2所示；
步骤2，对待测混凝土大坝进行钻孔取芯，测量混凝土大坝芯的碳酸钙含量；
具体过程为：分别在混凝土大坝上游坝面的最高水位线、混凝土大坝下游坝面的最高水位线、闸墩、溢流堰面及混凝土轻型坝挡水面板的背水面的最高水位线上按梅花型布置进行钻孔取芯，得到不同区域的混凝土大坝芯，将钻孔进行密封，防止二氧化碳进入钻孔，将每个区域的多个混凝土大坝芯分别研磨成粉，测量其碳酸钙含量，求取每个区域的多个混凝土大坝芯的碳酸钙含量的平均值，作为该区域的碳酸钙含量；
混凝土大坝芯为圆柱形，长度为150mm、直径为30mm；
步骤3，将步骤2得到的每个区域的碳酸钙含量在步骤1建立的碳化深度-碳酸钙含量关系曲线上找到对应碳化深度，即得到该区域的碳化深度。
本发明所涉及的碳酸钙含量测量采用碳酸钙含量数字压力分析仪进行测量，原理为：利用压力变送器将碳酸钙与过量盐酸产生化学反应生成的二氧化碳气体压力转换为数字进行显示，通过压力值查表得出其对应的碳酸钙占混凝土的质量分数。其化学反应如下：
CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2。
实施例
步骤1.1，依照确定的某混凝土大坝混凝土材料实际配比(详见表2)制备10个1#正方体混凝土试件；
表2 1#混凝土大坝组分及配比
步骤1.2，将10个混凝土试件置于去除二氧化碳的标准养护箱养护28天；
步骤1.3，对步骤1.2养护好的混凝土试件中一个150×150mm的面留出，其余5个面均涂5mm的石蜡密封；将密封后的混凝土试件放入碳化箱内，相邻的混凝土试件中的留出面(未涂石蜡的面)之间间隔不小于50mm，分别进行3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天的碳化试验(碳化试验按照国家标准《普通混凝土长期性和耐久性试验方法标准》(GB/T 50082-2009)的规定进行)；
碳化箱保证密封状态，不能采用水封，碳化过程中碳化箱内二氧化碳浓度为20％±3％，湿度为70％±5％，温度为20℃±5℃；
将碳化后的混凝土试件钻孔取混凝土芯(长度为150mm、直径为30mm)，清理混凝土芯断面上的粉末，在断面上喷上1％的酚酞乙醇溶液，确定混凝土芯的碳化区，过渡区，未碳化区域，研磨起点；以碳化区1与过渡区2的交界面为研磨起点4，在研磨起点4处将混凝土芯切断，将碳化区1磨成粉末，测量其碳酸钙含量为A；
以研磨起点4向过渡区2进行多次研磨，每次研磨1mm，每次研磨后对研磨所得的粉末进行碳酸钙含量测量，测量平均碳酸钙含量为B。当连续三次测量结果不变时，停止研磨，测量剩余混凝土芯的长度，以连续三次研磨过程中第一次的开始研磨位置为碳化深度，则碳化深度＝150mm-剩余混凝土芯的长度+2mm；
随后，将剩余混凝土芯磨成粉末，测量其碳酸钙含量C；
碳酸钙含量为A、B、C相加，得到每个混凝土芯的碳酸钙含量，取3个混凝土芯的碳酸钙含量的平均值作为每个碳化龄最终的碳酸钙含量；
根据3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天的碳化深度及碳酸钙含量数据，即可得到碳化深度-碳酸钙含量关系曲线，见图3；
分别在该混凝土大坝上游坝面的最高水位线、混凝土大坝下游坝面的最高水位线、闸墩、溢流堰面及混凝土轻型坝挡水面板的背水面的最高水位线上按梅花型布置进行钻孔取芯，得到不同区域的混凝土大坝芯，将钻孔进行密封，防止二氧化碳进入钻孔，将每个区域的多个混凝土大坝芯分别研磨成粉，测量其碳酸钙含量，求取每个区域的多个混凝土大坝芯的碳酸钙含量的平均值，作为该区域的碳酸钙含量。
通过图3曲线可以测得混凝土大坝在建设期、运行期、维修期等全寿命周期的精确碳化深度。
本发明方法的步骤1可根据混凝土大坝常用的实际组分及配比情况，将常用的情况均进行混凝土试验，测量碳化深度及碳酸钙含量，得到碳化深度-碳酸钙含量关系曲线；在后期根据待测混凝土大坝的组分及配比选取其对应的碳化深度-碳酸钙含量关系曲线即可。
本发明检测方法避免了现场预留大量同条件养护试件，不需通过游标卡尺就能准确评价混凝土的碳化深度，省时省力，且克服了现有混凝土游标卡尺测试中数据误差较大的弊端，本发明可以测试混凝土从施工期、运行期及维修期的碳化深度，实现了全寿命周期的碳化深度精确测量。

Claims (7)

1.一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备与待测混凝土大坝组分且配比相同的混凝土试件，建立混凝土试样的碳化深度-碳酸钙含量关系曲线；
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1，采用与待测混凝土大坝组分及配比相同的原料制备若干个150×150×150mm的立方体混凝土试件；
步骤1.2，将步骤1.1制备的混凝土试件置于去除二氧化碳的标准养护箱养护28天；
步骤1.3，对步骤1.2养护好的混凝土试件分别进行3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天的碳化处理；
步骤1.4，测量经步骤1.3处理后的混凝土试件的碳化深度和碳酸钙含量，得到碳化深度-碳酸钙含量关系曲线；
步骤1.4具体按照以下步骤实施：
步骤1.4.1，对步骤1.3处理的每个碳化龄的混凝土试件进行钻孔取芯，每个混凝土试件钻取3个圆柱体混凝土芯；
步骤1.4.2，对步骤1.4.1每个碳化龄的混凝土试件钻取的3个混凝土芯分别喷洒1%的酚酞酒精溶液，则混凝土芯上出现变红区域，分别以变红区域边界线的峰值与谷值为起点相背各延伸10mm，得到两个延伸边界，两个延伸边界之间的区域为过渡区（2），位于变红区域的延伸边界至混凝土芯变红一侧的端部为未碳化区（3），另一个延伸边界至混凝土芯未变红一侧的端部为碳化区（1）；
步骤1.4.3，以碳化区（1）与过渡区（2）的交界面为研磨起点（4），在研磨起点（4）处将混凝土芯切断，将碳化区（1）磨成粉末，测量其碳酸钙含量；
步骤1.4.4，以研磨起点（4）向过渡区（2）进行多次研磨，每次研磨1mm，每次研磨后对研磨所得的粉末进行碳酸钙含量测量，当连续3次检测碳酸钙含量数值之间的变化小于5%时，停止研磨，测量剩余混凝土芯的长度，以连续三次研磨过程中第一次的开始研磨位置为碳化深度，则碳化深度=150mm-剩余混凝土芯的长度+2mm；
步骤1.4.5，将步骤1.4.4剩余混凝土芯磨成粉末，测量其碳酸钙含量；
步骤1.4.6，将步骤1.4.3、步骤1.4.4及步骤1.4.5测得的碳酸钙含量相加，得到每个混凝土芯的碳酸钙含量，取3个混凝土芯的碳酸钙含量的平均值作为每个碳化龄最终的碳酸钙含量；
步骤1.4.7，根据步骤1.4.4得到的碳化深度及步骤1.4.6得到的碳酸钙含量绘制碳化深度-碳酸钙含量关系曲线；
步骤2，对待测混凝土大坝进行钻孔取芯，测量混凝土大坝芯的碳酸钙含量；
步骤3，将步骤2得到的每个区域的碳酸钙含量在步骤1建立的碳化深度-碳酸钙含量关系曲线上找到对应碳化深度，即得到该区域的碳化深度。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，其特征在于，步骤1.2中，养护箱的温度为20℃±3℃，相对湿度不低于95%。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，其特征在于，步骤1.3具体按照以下步骤实施：
步骤1.3.1，将步骤1.2养护好的混凝土试件中的任意5个面涂上5mm的石蜡进行密封以隔绝二氧化碳；
步骤1.3.2，将步骤1.3.1处理的混凝土试件放入碳化箱内进行碳化3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天，若干混凝土试件之间间隔不小于50mm。
4.根据权利要求3所述的一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，其特征在于，步骤1.3.2中，碳化过程中碳化箱内二氧化碳浓度为20%±3%，湿度为70%±5%，温度为20℃±5℃。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，其特征在于，步骤1.4.1中，每个混凝土芯的长度为150mm、直径为30mm。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：分别在混凝土大坝上游坝面的最高水位线、混凝土大坝下游坝面的最高水位线、闸墩、溢流堰面及混凝土轻型坝挡水面板的背水面的最高水位线上按梅花型布置进行钻孔取芯，得到不同区域的混凝土大坝芯，将钻孔进行密封，将每个区域的多个混凝土大坝芯分别研磨成粉，测量其碳酸钙含量，求取每个区域的多个混凝土大坝芯的碳酸钙含量的平均值，作为该区域的碳酸钙含量。
7.根据权利要求6所述的一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期高精度测量方法，其特征在于，混凝土大坝芯为圆柱形，长度为150mm、直径为30mm。
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