CN114002122B - 持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土耐久性评估技术领域，提供一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备和测试方法，通过建立结构简单的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，具有能够快速测试混凝土等材料在持续荷载压力下抵抗离子侵蚀的能力；本发明可以在测试过程中实时监测阴极溶液和阳极溶液里电导率的变化，通过溶液电导率的标定，得到阴极和阳极溶液里离子浓度的变化，进而获得混凝土离子渗透系数，具有检测精度高，检测成本低的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土耐久性评估技术领域，涉及一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备和测试方法。
背景技术
混凝土材料的抗氯离子或硫酸根粒子侵蚀能力是评价混凝土材料耐久性能的一个重要指标。现有的混凝土抵抗离子侵入测试方法包括用电法、NEL法、RCM法；其中，用电法具有方法操作简单，成本低，检测有效性高的特点。用电法的是利用外加电场，检测混凝土的导电能力，再通过导电能力评价渗透性指标，按照ASTMC1202测试氯离子的渗透性。用电法的基本原理是将饱水混凝土样品放入两端装有溶液的容器中，一端装满3％的氯化钠溶液，另一端装满0.3mol/L的氢氧化钠溶液，负极与氯化钠溶液相连，正极与氢氧化钠溶液相连。确定连接有效，施加直流电压，进行实验，在实验的过程中，氯化钠溶液中负电氯离子将从试样中向正极迁移，相应电位就会增大。因此，实验中通过对电量值的判断，就能够推断出渗透率。
但是，现有的混凝土材料的抗离子侵蚀性能的测试方法具有的弊端如下：
1)只获取了溶液的作用，对于外界荷载叠加的耦合作用获取不准确；其中，需要事先进行荷载加载，使得测试时使用的试件样品为荷载卸载后的状态，导致在测试过程中监测到的作用与实际作用相差较大；2)目前的测试的方法和设备无法进行混凝土材料在荷载与腐蚀离子溶液耦合作用下的长期耐久性能测试；3)对于溶液离子浓度的变化无法实现自动监测。
因此，亟需一种能够对混凝土材料在荷载与腐蚀离子溶液耦合作用下的长期耐久性能进行测试的混凝土抵抗离子侵入试验设备和测试方法。
发明内容
本发明提供一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备和测试方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，包括电导率检测部和用于向混凝土试样施加荷载的荷载模拟部；荷载模拟部包括向混凝土试样施加荷载的应力加载单元和用于测量应力加载单元的荷载数值的压力传感器；
电导率检测部包括溶液槽，混凝土试样将溶液槽分隔成阴极溶液槽和阳极溶液槽；在混凝土试样与阴极溶液槽的连接面上设置有阴极电极，在混凝土试样与阳极溶液槽的连接面上设置有阳极电极，阳极电极与阴极电极与直流电源相连接；
在阳极溶液槽与阴极溶液槽内分别填充有阳极溶液和阴极溶液；在阳极溶液槽上设置有用于测试阳极溶液的电导率和温度的阳极电导率检测仪；在阴极溶液槽上设置有用于测试阴极溶液的电导率和温度的阴极电导率检测仪。
进一步，优选的，还包括控制中心，控制中心用于控制荷载模拟部进行荷载检测，以及控制电导率检测部进行电导率和温度检测。
进一步，优选的，应力加载单元包括固定梁和设置在固定梁的正上方的可上下移动的活动梁；混凝土试件被夹持在固定梁和活动梁之间。
进一步，优选的，在混凝土试件的暴露表面上敷设有隔离层；其中，混凝土试件的暴露表面为：除与阳极溶液槽的连接面和与阴极溶液槽的连接面之外，暴露在阴极溶液或阳极溶液中的表面。
进一步，优选的，固定梁与活动梁为导电材料；且，在混凝土试件与固定梁和活动梁的接触面上设置有绝缘层。
进一步，优选的，阳极溶液槽和阴极溶液槽均为密封槽。
本发明还保护一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验测试方法，
将混凝土试样置于用于向混凝土试样施加荷载的应力加载单元中，应力加载单元和混凝土试样位于溶液槽的中间，混凝土试样将溶液槽分隔成阴极溶液槽和阳极溶液槽；
通过控制中心控制应力加载单元向混凝土试样加载设定荷载值的荷载；在混凝土试样与阴极溶液槽的连接面上设置有阴极电极，在混凝土试样与阳极溶液槽的连接面上设置有阳极电极，阳极电极与阴极电极与直流电源相连接；
在混凝土试样的两侧的阳极溶液槽与阴极溶液槽内分别填充有阳极溶液和阴极溶液；
通过控制中心利用阳极电导率检测仪或阴极电导率检测仪进行检测，获得电导率和温度；
通过所获得的电导率、温度以及预先测定的电导率标定氯离子浓度的规律，获得阳极离子变化数据或阴极离子变化数据；
通过阳极离子变化数据或阴极离子变化数据获得混凝土离子渗透系数。
进一步，优选的，所述电导率标定氯离子浓度的规律通过化学滴定法测得不同电导率对应的氯离子浓度对电导率测定仪进行标定获得。
进一步，优选的，设定荷载值小于混凝土试件的85％的最大承载值。
本发明通过建立结构简单的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备和测试方法，具有能够快速测试混凝土等材料在持续荷载压力下抵抗离子(例如氯离子或硫酸根离子等)侵蚀的能力；本发明可以在测试过程中实时监测阴极溶液和阳极溶液里电导率的变化，通过溶液电导率的标定，得到阴极和阳极溶液里离子浓度的变化，进而获得混凝土离子渗透系数，具有检测精度高，检测成本低的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的应力加载单元的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验测试方法的流程示意图；
其中，1、混凝土试件；2、应力加载单元；21、固定梁；22、活动梁；23、支撑柱；3、压力传感器；4、溶液槽；41、阳极溶液槽；42、阴极溶液槽；5、直流电源；6、控制中心；7、阳极电极；8、阴极电极；9、阳极电导率检测仪；10、阴极电导率检测仪；11、隔离层；12、绝缘层；13、密封塞；14、螺栓孔；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
电导率与溶液中粒子的浓度有关，离子浓度越高，溶液的电导率就越大，因此，电导率表征了溶液中离子浓度的变化，进而根据阴极氯离子或阳极氯离子变化数据计算混凝土氯离子的渗透系数。本发明的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备可以实现对待检测混凝土材料试件在精确控制荷载下的抗离子侵蚀性能。
实施例1
图1和图2对本发明实施例提供的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备的结构进行了整体描述；其中，图1为本发明实施例提供的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备的结构示意图，图2为本发明实施例提供的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备的应力加载单元的结构示意图；持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备不仅适用于混凝土材料，也适用于砂浆等其他建筑材料。
参照图1所示，一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，包括电导率检测部和用于向混凝土试样1施加荷载的荷载模拟部；荷载模拟部包括向混凝土试样1施加荷载的应力加载单元2和用于测量应力加载单元2的荷载数值的压力传感器3；电导率检测部包括溶液槽4，混凝土试样1将溶液槽4分隔成阴极溶液槽42和阳极溶液槽41；在混凝土试样1与阴极溶液槽42的连接面上设置有阴极电极8，在混凝土试样1与阳极溶液槽41的连接面上设置有阳极电极7，阳极电极7与阴极电极8与直流电源5相连接；在阳极溶液槽41与阴极溶液槽42内分别填充有阳极溶液和阴极溶液；在阳极溶液槽41上设置有用于测试阳极溶液的电导率和温度的阳极电导率检测仪9；在阴极溶液槽42上设置有用于测试阴极溶液的电导率和温度的阴极电导率检测仪10。还包括控制中心6，控制中心6用于控制荷载模拟部进行荷载检测，以及控制电导率检测部进行电导率和温度检测。
具体地说，持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备是通过控制中心6控制荷载模拟部的应力加载单元2对混凝土试样1进行荷载加载；并且通过控制直流电源5以及阴极电导率检测仪10和阳极电导率检测仪9进行电导率和温度的检测。其中，直流电源5将恒定电压施加在混凝土试样1两侧的阳极电极7和阴极电极8上，并将电压、所测电流等数据传输入控制中心6中；阴极电导率检测仪10、阳极电导率检测仪11均也将测试过程中检测到的温度以及电导率传输入控制中心6。控制中心6通过上述数据可以根据已有的标准公式进行计算，计算出混凝土材料抵抗离子侵入的指标。
在另一些可行性的实施例中，应力加载控制模块控制活动梁的精度为0.1mm；如果在具体的应用场景中，如果对于荷载压力数值的精度有更高的要求，则可以根据实际的需求进行移动精度的设置。
在混凝土试件1的暴露表面上敷设有隔离层11；其中，混凝土试件1的暴露表面为：除与阳极溶液槽41的连接面和与阴极溶液槽42的连接面之外，暴露在阴极溶液或阳极溶液中的表面。也就是，混凝土试件1与阳极溶液槽41的连接面和与阴极溶液槽42的连接面均为离子侵入面，除了离子侵入面之外的所有表面均为暴露面。为了提高本发明的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备的检测精准度，保证阳极溶液(阴极溶液)中的离子仅通过混凝土的离子侵入面进行迁移，在混凝土试件1的暴露面进行包覆，实现混凝土试件1除离子侵入面之外的部分不与阳极溶液(阴极溶液)进行接触。隔离层11可以但不限制为橡胶垫。若混凝土试件的左右两侧为离子侵入面，则其前后两侧面需要用隔离层进行包覆，隔离。隔离层的作用还包括需要保证有效的密封性，防止溶液漏出。
如图2所示，应力加载单元2包括固定梁21和设置在固定梁21的正上方的可上下移动的活动梁22；混凝土试件1被夹持在固定梁21和活动梁22之间。在具体的实施过程中，活动梁22可上下移动地设置在支撑柱23上。活动梁22在支撑柱23上的位移是通过控制中心6控制的。具体地说，通过控制中心6的应力加载控制模块控制活动梁22上下移动，对待检测的混凝土试块1进行施加设定的荷载，而具体的荷载数值可由荷载模拟部的压力传感器3进行荷载数值的检测。需要说明的是，支撑柱23为耐腐蚀材质，可以但不限制于不锈钢等。在具体的实施过程中，注意混凝土试件与支撑柱不可接触，且在混凝土试件与支撑柱之间留有空隙，以便于对混凝土试件的暴露面进行包覆。需要注意的是，作为设置在溶液槽底部的固定梁的表面、以及活动梁的表面均需要进行隔离层包覆。作为本实施例的改进，为了进一步避免，为了避免阳极溶液(阴极溶液)与活动梁、固定梁的直接接触而引起活动梁和固定梁的直接导电，固定梁21与活动梁22为导电材料；且，在混凝土试件1与固定梁21和活动梁22的接触面上设置有绝缘层12。即在混凝土试件的上下侧面上设置绝缘层，绝缘层的材料，可以但不限制于为1mm的环氧涂层。当活动梁或者固定梁采用的高强不导电材料时，可以不设置隔离层。也就是说，固定梁与活动梁建议为绝缘材料，若不满足，例如固定梁与活动梁为钢材等可导电材料时，则在混凝土试件与固定梁和活动梁的接触面上需设置有绝缘层。
混凝土试样1将溶液槽4分隔成阴极溶液槽42和阳极溶液槽41；在具体的实施过程中，阴极溶液槽42和和阳极溶液槽41是两个对称设置在混凝土的左右两侧的盒状结构；在混凝土试样1与阴极溶液槽42的连接面上设置有阴极电极8，在混凝土试样1与阳极溶液槽41的连接面上设置有阳极电极7；在具体的实施过程中，阳极电极作为阳极溶液槽与混凝土试样的连接面，也就是阳极溶液槽作为一个盒体，阳极电极直接作为靠近混凝土试样的一个侧面；阴极电极作为阴极溶液槽的一个侧面；在另一些可行性的实施例中，将朝向混凝土试样的侧面设置为阳极电极的盒状阳极溶液槽通过螺栓固定在应力加载单元上。如图3所示，需要在作为隔离层的橡胶垫内留有螺栓孔14，便于在待测混凝土样品前后两侧固定阴极阳极溶液槽。为了进一步提升试验设备的检测精准性，将阳极溶液槽41和阴极溶液槽42设置均为密封槽。如图2所示，在阳极溶液槽41和阴极溶液槽42的进液口上设置密封塞13，以防止测试过程中溶液的蒸发而引起溶液离子浓度的变化。其中，密封塞的材质，可以但不限制于橡胶或软木。
阳极电极7与阴极电极8与直流电源5相连接；其中，阳极电极7与阴极电极8均为耐腐蚀材料，可以但不限于不锈钢。在阳极溶液槽41与阴极溶液槽42内分别填充有阳极溶液和阴极溶液；溶液的种类和离子浓度根据实际需要进行配置，比如氯化钠、硫酸钠等盐溶液。示例如下，一端装满3％的氯化钠溶液，另一端装满0.3mol/L的氢氧化钠溶液。
在阳极溶液槽41上设置有用于测试阳极溶液的电导率和温度的阳极电导率检测仪9；在阴极溶液槽42上设置有用于测试阴极溶液的电导率和温度的阴极电导率检测仪10。
控制中心将获取的电压、所测电流等数据、温度以及电导率，通过上述数据可以根据已有的标准公式进行计算，计算出混凝土材料抵抗离子侵入的指标。最终，通过终端的输出设备将所计算出的混凝土材料抵抗离子侵入的指标数据进行输出。
终端的输出设备可以作为示例而非限定，本申请实施例中的终端设备可以为计算机、平板电脑、手机等。在另一些可行性的实施例中，输出设备包括处理器、存储器和总线，处理器可以采用通用的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，微处理器，应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现前述本发明方法实施例所提供的技术方案。存储器可以是只读存储器(Read Only Memory，ROM)，静态存储设备，动态存储设备或者随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)。存储器可以存储操作系统和其他应用程序。在通过软件或者固件来实现本发明实施例提供的技术方案时，用于实现本发明前述方法实施例提供的任一可选技术方案的程序代码保存在存储器中，并由处理器来执行。通信接口用以与其他交换机或控制控制设备通信。总线可包括一通路，在设备各个部件(例如处理器、存储器、电容传感器和通信接口)之间传送信息。处理器用于执行计算机程序实现上述的应用于持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验的测试方法，应用与上述各应用于持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备相同，在此不再赘述。
本发明的一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，可以兼顾持续载荷与腐蚀离子耦合，用户可以根据实际需要设定荷载水平、离子种类以及浓度指标等；通过溶液电导率的标定以及测定，能够实施监测阴极溶液、阳极溶液的离子浓度变化，进而能够实时计算并输出混凝土抵抗离子侵入能力。
图3对本发明实施例提供的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验测试方法的流程进行了描述；其中，图3为本发明实施例提供的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验的测试方法流程示意图。参照图3所示，
本发明还保护一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验测试方法，
S1、将混凝土试样1置于用于向混凝土试样施加荷载的应力加载单元2中，应力加载单元2和混凝土试样1位于溶液槽4的中间，混凝土试样1将溶液槽4分隔成阴极溶液槽42和阳极溶液槽41；
S2、通过控制中心6控制应力加载单元2向混凝土试样1加载设定荷载值的荷载；在混凝土试样1与阴极溶液槽42的连接面上设置有阴极电极8，在混凝土试样1与阳极溶液槽的连接面上设置有阳极电极7，阳极电极7与阴极电极8与直流电源5相连接；
S3、在混凝土试样1的两侧的阳极溶液槽41与阴极溶液槽42内分别填充有阳极溶液和阴极溶液；
S4、通过控制中心6利用阳极电导率检测仪9或阴极电导率检测仪10进行检测，获得电导率和温度；
S5、通过所获得的电导率、温度以及预先测定的电导率标定氯离子浓度的规律，获得阳极离子变化数据或阴极离子变化数据；
S6、通过阳极离子变化数据或阴极离子变化数据获得混凝土离子渗透系数。
在具体的实施过程中，首先准备符合规定尺寸的混凝土材料试样，建议将混凝土材料切成100mm×100mm×50mm尺寸，这一方面是为了方便加载，100mm×50mm的加载面要求的加载作用力不是很高，另一方面是考虑到混凝土内粗骨料最大粒径为20mm，为了避免离子直接绕过粗骨料就从一边的溶液直接到达另一边溶液，采用厚度为2.5倍粗骨料最大粒径，即50mm。确定好所需加载的荷载作用力的具体数值，可根据实际混凝土服役荷载应力水平或者所需的荷载作用力等确定。为了保证测试的安全性，设定荷载值小于混凝土试件的85％的最大承载值，也就是所加荷载要求不超过混凝土样品85％最大承载力。准备好阴极阳极溶液，比如阴极溶液采用5％质量浓度的氯化钠溶液，阳极溶液采用1.2％质量浓度的氢氧化钠溶液。通过控制中心控制应力加载单元给所测混凝土试样加载到所需荷载水平，并维持恒定。将含有电极的阴极、阳极溶液槽通过螺栓固定于应力加载设备上；然后，将准备好的阳极溶液加入阳极溶液槽，阴极溶液加入阴极溶液槽。连接好阳极、阴极电导率测定仪、阳、阴极电极、直流电源等，选定所需的直流电压，确保直流电源与阴极阳极电极连接正确；开始测试，控制中心开始记录和计算。
若腐蚀离子为氯离子，在测试计算处理中，混凝土氯离子渗透系数可以根据标准NT BUILD 335(公式一)进行计算，其中氯离子浓度的变化数据可由前期电导率变化的标定规律得出，阴极氯离子变化数据以及阳极氯离子变化数据都可以用来计算混凝土氯离子渗透系数；需要说明的是，测试前期以阴极氯离子变化数据为主，因为阴极溶液槽的氯离子还没有穿透混凝土试样，到达阳极溶液槽。在测试报告中，应对采用的阴极溶液槽还是阳极溶液槽的氯离子数据进行明确说明。
其中，公式一NT BUILD 335，
Dssm＝QRTL/(ZFC‘UA)
Dssm是采用规范NT BUILD 335测得的混凝土氯离子渗透系数，单位为m2/s；Q为氯离子从阴极槽穿过混凝土到阳极槽的流量，单位为kg/s；R为气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；T为溶液绝对温度，取测试过程中平均温度，单位为K；L为混凝土试块厚度，即氯离子穿透混凝土路径上的厚度，单位为m；Z为离子价态，氯离子价态为1；F为法拉第常数，F＝9.648×104J/(V·mol)；C’为阴极槽初始氯离子浓度，单位为kg/m3；U为混凝土试块两侧电压差，单位为V；A为混凝土试块一侧与溶液解除的暴露面面积，试件两侧暴露面面积相同，单位为m2。
测试完成后，测试完成，关闭所有设备，将阳极、阴极溶液槽溶液倒出，将阳极、阴极溶液槽与应力加载单元分离，通过控制中心控制应力加载单元设备对混凝土试样进行卸载，取出混凝土试样，进行其他测试；比如阴极溶液槽的氯离子还没有穿透混凝土试样情况下的氯离子侵入深度，从而得到采用NT BUILD 492(公式二)的混凝土氯离子渗透系数等。在测试报告中，应对采用的计算混凝土氯离子渗透系数的具体标准进行明确说明。
其中，公式二NT BUILD 492，
Dnssm＝0.0239(273+T)’L(xd-0.0238((273+T)’Lxd/(U-2))0.5)/((U-2)t)
Dnssm是采用规范NT BUILD 492测得的混凝土氯离子渗透系数，单位为×10-12m2/s；T’为溶液温度，取测试过程中平均温度，单位为℃；xd为氯离子侵入混凝土平均深度，单位为mm，可以通过测试完成时劈裂混凝土试件并在劈裂面喷洒0.1mol/L硝酸银溶液方法测得；L为混凝土试块厚度，单位为mm；U为混凝土试块两侧电压差，单位为V；t为测试时间，单位为小时。
进一步，优选的，所述电导率标定氯离子浓度的规律通过化学滴定法测得不同电导率对应的氯离子浓度对电导率测定仪进行标定获得。具体地说，初始样品测试过程中，电导率测定仪需要根据阴极溶液、阳极溶液中目标离子浓度进行标定，如氯离子或硫酸根离子浓度，在后续的样品测试过程中，可以通过溶液电导率的变化推定溶液离子浓度的变化。
也就是说，对同种混凝土的试样首次测试时，在测试过程中，根据电导率变化间隔，取出阴极、阳极溶液样品，用化学滴定法测定，用以标定溶液电导率测定仪，后续对同种混凝土材料进行测定时，不再需要标定。
具体地说，需要通过化学滴定法进行标定；当溶液发生酸碱中和化学反应时，由于生成了弱电解质水，溶液的电导率将会随着反应的进行而产生相应的变化，根据电导率变化曲线上的转折点可以确定对应溶液的浓度。反应过程中的电导率变化可以利用电导率传感器并连接数据采集器实时进行采集，实验结果数据将输入到计算机中，利用DB-Lab软件进行处理。电导率传感器是测定溶液电导率的一类传感器，它通过测定流过两个固定电极之间的电流而间接测量电导率。
本发明的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备和测试方法，可以兼顾持续载荷与腐蚀离子耦合，用户可以根据实际需要设定荷载水平、离子种类以及浓度指标等；通过溶液电导率的标定以及测定，能够实施监测阴极溶液、阳极溶液的离子浓度变化，进而能够实时计算并输出混凝土抵抗离子侵入能力的技术效果。
最后应说明的是，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等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，其特征在于，
包括电导率检测部和用于向混凝土试件施加荷载的压力荷载模拟部；所述荷载模拟部包括向混凝土试件持续施加荷载的应力加载单元和用于测量所述应力加载单元的荷载数值的压力传感器；
所述电导率检测部包括溶液槽，所述混凝土试件将所述溶液槽分隔成阴极溶液槽和阳极溶液槽；在所述混凝土试件与所述阴极溶液槽的连接面上设置有阴极电极，在所述混凝土试件与所述阳极溶液槽的连接面上设置有阳极电极，所述阳极电极与所述阴极电极与直流电源相连接；
在所述阳极溶液槽与所述阴极溶液槽内分别填充有阳极溶液和阴极溶液；在所述阳极溶液槽上设置有用于测试阳极溶液的电导率和温度的阳极电导率检测仪；在所述阴极溶液槽上设置有用于测试阴极溶液的电导率和温度的阴极电导率检测仪；通过所述阳极电导率检测仪和阴极电导率检测仪检测所述混凝土试件在持续荷载压力下的电导率；
还包括控制中心，所述控制中心用于控制所述荷载模拟部进行荷载检测，以及控制所述电导率检测部进行电导率和温度检测，并根据设定的荷载水平、离子种类、浓度指标以及标定的溶液电导率，实施监测阴极溶液和阳极溶液的离子浓度变化，进而实时计算并输出混凝土抵抗氯离子侵入能力；其中，当阴极溶液和阳极溶液的离子浓度变化为氯离子从阴极槽穿过混凝土到阳极槽的流量时，通过公式获取混凝土氯离子渗透系数判定混凝土抵抗氯离子侵入能力；
Dssm＝QRTL/(ZFC’UA)
Dssm是混凝土氯离子渗透系数，单位为m2/s；Q为氯离子从阴极槽穿过混凝土到阳极槽的流量，单位为kg/s；R为气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；T为溶液绝对温度，取测试过程中平均温度，单位为K；L为混凝土试件厚度，即氯离子穿透混凝土路径上的厚度，单位为m；Z为离子价态，氯离子价态为1；F为法拉第常数，F＝9.648×104J/(V·mol)；C’为阴极槽初始氯离子浓度，单位为kg/m3；U为混凝土试件两侧电压差，单位为V；A为混凝土试件一侧与溶液解除的暴露面面积，试件两侧暴露面面积相同，单位为m2。
2.如权利要求1所述的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，其特征在于，
所述应力加载单元包括固定梁和设置在所述固定梁的正上方的可上下移动的活动梁；所述混凝土试件被夹持在所述固定梁和所述活动梁之间。
3.如权利要求2所述的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，其特征在于，
在所述混凝土试件的暴露表面上敷设有隔离层；其中，所述混凝土试件的暴露表面为：除与所述阳极溶液槽的连接面和与所述阴极溶液槽的连接面之外，暴露在阴极溶液或阳极溶液中的表面。
4.如权利要求2所述的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，其特征在于，所述固定梁与所述活动梁为导电材料；且在所述混凝土试件与所述固定梁和所述活动梁的接触面上设置有绝缘层。
5.如权利要求1所述的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备，其特征在于，所述阳极溶液槽和所述阴极溶液槽均为密封槽。
6.一种持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验测试方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验设备；
将混凝土试件置于用于向所述混凝土试件持续施加压力荷载的应力加载单元中，所述应力加载单元和所述混凝土试件位于溶液槽的中间，所述混凝土试件将所述溶液槽分隔成阴极溶液槽和阳极溶液槽；
通过控制中心控制所述应力加载单元向所述混凝土试件加载设定荷载值的荷载；在所述混凝土试件与所述阴极溶液槽的连接面上设置有阴极电极，在所述混凝土试件与所述阳极溶液槽的连接面上设置有阳极电极，所述阳极电极与所述阴极电极与直流电源相连接；
在所述混凝土试件的两侧的阳极溶液槽与所述阴极溶液槽内分别填充有阳极溶液和阴极溶液；
通过所述控制中心利用阳极电导率检测仪或阴极电导率检测仪对所述在持续荷载压力下的混凝土试件进行检测，获得电导率和温度；
通过所获得的电导率、温度以及预先测定的电导率标定氯离子浓度的规律，获得阳极离子变化数据或阴极离子变化数据；
通过所述阳极离子变化数据或阴极离子变化数据获得混凝土氯离子渗透系数。
7.如权利要求6所述的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验方法，其特征在于，所述电导率标定氯离子浓度的规律通过化学滴定法测得不同电导率对应的氯离子浓度对电导率测定仪进行标定获得。
8.如权利要求6所述的持续载荷作用下混凝土抵抗离子侵入试验方法，其特征在于，
所述设定荷载值小于所述混凝土试件的85％的最大承载值。
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| WO2018103463A1 (zh) * | 2016-12-08 | 2018-06-14 | 河海大学 | 一种基于石墨烯/水泥复合材料对混凝土中氯离子含量的检测装置和检测方法 |
| CN109655380A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-04-19 | 石家庄铁道大学 | 在弯曲载荷作用下测试氯离子在混凝土中扩散系数的方法 |
| LU500213B1 (en) * | 2019-12-24 | 2021-06-28 | Univ Qingdao Technology | Concrete loading device for simulating stress state of any point of tunnel |
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2021
- 2021-10-29 CN CN202111271744.3A patent/CN114002122B/zh active Active
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