CN115308114B - 基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法，包括以下步骤：(1)建立海洋分区模拟侵蚀环境，设置基准组与实验组混凝土试块进行测试；(2)分别测定并计算基准组与实验组混凝土各侵蚀区位表层处的氯离子扩散系数；(3)基于基准组与实验组的氯离子扩散系数及各侵蚀区位的权重系数，计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标。该方法能够便捷地模拟海洋分区侵蚀环境，开展不同分区侵蚀作用下混凝土涂层的防护性能测试实验，克服了传统方法中未考虑分区侵蚀影响及不能定量评估的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及海洋环境下混凝土结构的腐蚀防护领域，具体涉及一种基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法。
背景技术
在海港工程建设中，混凝土结构必须达到均匀密实的状态才能在高温、高湿、高盐的海洋环境下达到设计服役年限。因此国内外学者逐渐采用涂层对混凝土表面进行防护，以增强混凝土表面密实度，阻断外部环境的腐蚀介质向混凝土内部传输的途径。但是在复杂恶劣的海洋环境下，海洋环境被划分为轻度盐雾区、重度盐雾区、潮汐浪溅区、水下区，涂层对混凝土的防护性能会随着海洋区带的腐蚀环境因素和环境腐蚀性而发生变化，所以涂层对混凝土的防护性能具有时变性。
因此，为确保混凝土结构在服役期间能够持续有效的受到表面涂层的防护，有必要对混凝土表面涂层的防护性能进行定量评估。
目前，传统表面涂层的防腐性能的评价指标主要聚焦在涂层的表面色差、光泽度、失光率等表面形貌特征及附着力变化等力学性能。这些涂层评估方法可以大致评估涂层的寿命，但是评估参数比较粗略，只能定性分析涂层对混凝土的防护效果是否优良，既不能对防腐的涂层防护性能进行定量评估，也无法对海洋混凝土结构缩尺模型实验的涂层防护性能进行评估。
发明内容
为定量评估模拟海洋环境下混凝土涂层的时变防护性能，本发明提供一种基于海洋环境分区侵蚀的混凝土涂层防护性能评估方法。通过测定计算不同侵蚀区位的基准组及实验组混凝土中氯离子的扩散系数，进而结合不同侵蚀区位的权重系数得到混凝土涂层的防护性能定量评估指标，对混凝土涂层防护性能进行定量评估。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法，包括以下步骤：
(1)建立海洋分区模拟侵蚀环境，设置基准组与实验组混凝土试块进行测试：将标准养护28d后的混凝土试块分为两组，每组试块进行表面处理后，对试块涂刷300-600g/m2的待测涂层，间隔2-4后再次涂刷等量涂层，室温条件下养护3d后开始实验，以涂刷涂层的混凝土试块作为实验组，未作处理的混凝土试块作为基准组，将基准组与实验组混凝土试块均匀直立于同一塑料箱后，开始海洋分区侵蚀下涂层对混凝土的防护性能测试实验；
(2)分别测定并计算基准组与实验组混凝土各侵蚀区位表层处的氯离子扩散系数：在达到既定实验龄期后，对距基准组和实验组混凝土各侵蚀区位表层深度3mm处进行钻粉、取样，进而通过硝酸银溶液滴定实验，分别测定并计算基准组与实验组混凝土各侵蚀区位氯离子扩散系数，并将基准组和实验组测试得到的氯离子扩散系数分别命名为Di0、Di1，其中，i为海洋分区序号，从混凝土试块顶部向底部依次为1、2、3、4；
(3)基于基准组与实验组的氯离子扩散系数及各侵蚀区位的权重系数，计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标：结合测得的两组不同侵蚀区位氯离子扩散系数，以及各侵蚀区位的权重系数，计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标；
所述计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标的具体计算公式为：
其中，γi为第i分区实验组混凝土与基准组混凝土扩散系数比值；η为涂层防护性能定量评价指标，即η越接近1，涂层防护效果越差，η越接近0，涂层防护效果越好，且0≤η≤1；n为分区个数；i＝1，2，...，n；βi为第i部位混凝土结构权重系数。
步骤(1)所述的海洋分区侵蚀具体为基于桥梁下部结构的环境条件划分侵蚀分区，分为水下区、潮汐浪溅区、重度盐雾区、轻度盐雾区4个侵蚀区位，开始进行涂层的分区侵蚀防护性能测试实验。
步骤(1)所述的建立海洋分区模拟侵蚀环境具体为向塑料箱内加入高度为12cm的海水溶液，将基准组与实验组混凝土试块直立均匀放入塑料箱内，通过温度加热板控制海水的温度，基于现有雾化技术在塑料箱内模拟出盐雾环境，使得浸没区域为水下区，海水液面波动区为潮汐浪溅区，海水液面以上盐雾量从重度逐渐减为轻度，依次为重度盐雾区、轻度盐雾区建立分区侵蚀环境。
所述的水下区、潮汐浪溅区、重度盐雾区、轻度盐雾区分别对应桥梁墩台基础、桥台、桥墩、桥墩以上结构，根据结构重要性将混凝土试块所分4个侵蚀区位的权重系数从下至上取值依次0.22、0.27、0.27、0.24。
步骤(1)所述混凝土试块分为基准组和实验组两组混凝土试块，每组各9个试块。
步骤(2)所述基准组和实验组测试分为30d、60d、90d三个龄期，每组、每个龄期各3个试块。
步骤(1)所述基准组与实验组混凝土试块的尺寸为100×100×400mm。
所述基于桥梁下部结构的环境条件划分侵蚀分区是按桥梁下部结构从下至上0-100mm、100-150mm、150-250mm、250-400mm的范围分为水下区、潮汐浪溅区、重度盐雾区、轻度盐雾区4个侵蚀区位。
步骤(1)所述开始海洋分区侵蚀下涂层对混凝土的防护性能测试步骤为：
(1)将尺寸为100×100×400mm的基准组与实验组混凝土试块均匀直立于塑料箱内，向塑料箱内加入高度为12cm的海水溶液；
(2)根据侵蚀环境条件设置雾化加湿器与温度控制器参数，设置完成后开始分区侵蚀实验，实验分为30d、60d、90d三个龄期，且实验中各组混凝土试块均被从上至下分为4个不同侵蚀区位，在达到规定的龄期后结束实验；
(3)实验结束将混凝土试块取出并且擦拭干净，静置室温后开始对混凝土不同侵蚀区位下3mm深度处钻粉、取样，进而通过硝酸银溶液滴定并计算基准组混凝土及实验组混凝土不同侵蚀区位下的氯离子扩散系数。
在侵蚀环境中，涂层对混凝土具有防护作用，较之基准组混凝土会有不同的侵蚀离子扩散系数，通过将实验组混凝土和基准组混凝土的扩散系数比值与不同侵蚀区位的权重系数结合，从而可以使用混凝土涂层防护性能定量评估方法评价混凝土涂层的防护性能。
本发明的突出优点在于：
采用本发明的方法能够量化评价涂层的防护性能，通过依据侵蚀环境的特点进行分区模拟并计算，进而评估涂层的防护性能。该方法简单快捷，克服了传统评估方法仅依据涂层表观形貌及附着力等特征进行定性评估的缺陷，通过不同侵蚀区位的氯离子扩散系数得到混凝土涂层防护性能定量评估方法，对海洋环境实际侵蚀条件下定量评估混凝土涂层的防护性能具有重要的学术意义和工程应用价值。
附图说明
图1为实施例1的分区侵蚀测试实验示意图。
图2为实施例1的基准组混凝土中氯离子扩散系数随时间变化曲线示意图。
图3为实施例1的实验组混凝土中氯离子扩散系数随时间变化曲线示意图。
图4为实施例1的涂层防护性能评定系数随时间变化曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。
实施例1
本发明所述的基于海洋环境分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法，包括以下步骤：
(1)建立海洋分区模拟侵蚀环境，设置基准组与实验组混凝土试块进行测试：将标准养护28d后的混凝土试块分为两组，每组各9个试块，对试块进行表面处理后，采用毛刷对试块分两次涂刷环氧树脂涂料，每次涂刷300g/m2，间隔2h后再次涂刷等量环氧树脂涂料，室温条件下养护3d后开始实验，以该涂刷涂层的混凝土试块作为实验组，未处理的混凝土试块作为基准组。向塑料箱内加入高度为12cm的海水溶液，建立分区侵蚀环境，将基准组与实验组混凝土试块均匀直立于同一塑料箱后，开始海洋分区侵蚀下涂层对混凝土的防护性能测试实验，测试分为30d、60d、90d三个龄期，每个龄期、每组各3个试块。
(2)分别测定并计算基准组与实验组混凝土各侵蚀区位表层处的氯离子扩散系数：在达到既定实验龄期后，对距基准组和实验组混凝土各侵蚀区位表层深度3mm处进行钻粉、取样，进而通过硝酸银溶液滴定实验，分别测定并计算基准组与实验组混凝土各侵蚀区位氯离子扩散系数，并将基准组和实验组测试得到的氯离子扩散系数分别命名为Di0、Di1。其中，i为分区序号，从混凝土试块顶部向底部依次命名为1、2、3、4。
(3)基于基准组与实验组的氯离子扩散系数及各侵蚀区位的权重系数，计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标：结合测得的两组不同侵蚀区位氯离子扩散系数，以及各侵蚀区位的权重系数，计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标。
所述计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标的具体计算公式为：
其中，γi为第i分区实验组混凝土与基准组混凝土扩散系数比值；n为分区个数；i＝1，2，...，n；βi为第i部位混凝土结构权重系数，η为涂层防护性能定量评价指标，即η越接近1，涂层防护效果越差，η越接近0，涂层防护效果越好，且0≤η≤1。
以上实验步骤进行了多组实验，实验结果如下表所示。
表1基准组混凝土扩散系数(×10-12m2/s)
| 实验龄期 | 浸泡区 | 干湿交替区 | 重度盐雾区 | 轻度盐雾区 |
| 30d | 6.23 | 5.82 | 5.57 | 5.48 |
| 60d | 6.11 | 5.63 | 5.41 | 5.37 |
| 90d | 6.04 | 5.33 | 5.29 | 5.14 |
表2实验组混凝土扩散系数(×10-12m2/s)
| 实验龄期 | 浸泡区 | 干湿交替区 | 重度盐雾区 | 轻度盐雾区 |
| 30d | 2.89 | 2.76 | 2.71 | 2.66 |
| 60d | 2.85 | 2.69 | 2.64 | 2.62 |
| 90d | 2.83 | 2.65 | 2.6 | 2.59 |
表3涂层防护性能定量评价指标
| 实验龄期 | 评定指标η |
| 30d | 0.474 |
| 60d | 0.492 |
| 90d | 0.524 |
实验结果表明，与基准组混凝土试块相比，环氧树脂涂料通过密实混凝土表层结构降低了氯离子在混凝土内部的渗透，对混凝土具有较为显著的防护作用。随着实验时间继续增加至90d，各侵蚀区位的氯离子扩散系数均有所增加，但涂层混凝土扩散系数仍较低于空白组混凝土，且评定系数η均未超过0.5，二者具有良好的相关性，这说明此方法能较好的定量评估涂层的防护性能。
Claims (9)
1.基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立海洋分区模拟侵蚀环境，设置基准组与实验组混凝土试块进行测试：将标准养护28d后的混凝土试块分为两组，将其中一组试块的表面浮浆和油渍处理后，对试块涂刷300-600g/m2的环氧树脂涂料，间隔2-4h后再次涂刷等量环氧树脂涂料，室温条件下养护3d后开始实验，以涂刷环氧树脂涂料的混凝土试块作为实验组，未作处理的混凝土试块作为基准组，将基准组与实验组混凝土试块均匀直立于同一塑料箱后，开始海洋分区侵蚀下涂层对混凝土的防护性能测试实验；
(2)分别测定并计算基准组与实验组混凝土各侵蚀区位表层处的氯离子扩散系数：在达到既定实验龄期后，对距基准组和实验组混凝土各侵蚀区位表层深度3mm处进行钻粉、取样，进而通过硝酸银溶液滴定实验，分别测定并计算基准组与实验组混凝土各侵蚀区位氯离子扩散系数，并将基准组和实验组测试得到的氯离子扩散系数分别命名为Di0、Di1，其中，i为海洋分区序号，从混凝土试块顶部向底部依次为1、2、3、4；
(3)基于基准组与实验组的氯离子扩散系数及各侵蚀区位的权重系数，计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标：结合测得的两组不同侵蚀区位氯离子扩散系数，以及各侵蚀区位的权重系数，计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标；
所述计算混凝土涂层的防护性能定量评价指标的具体计算公式为：
其中，γi为第i分区实验组混凝土与基准组混凝土扩散系数比值；n为分区个数；i＝1，2，...，n；βi为第i部位混凝土结构权重系数；η为涂层防护性能定量评价指标，即η越接近1，涂层防护效果越差，η越接近0，涂层防护效果越好，且0≤η≤1。
2.根据权利要求书1所述的基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法，其特征在于，步骤(1)所述的海洋分区侵蚀具体为基于桥梁下部结构的环境条件划分侵蚀分区，分为水下区、潮汐浪溅区、重度盐雾区、轻度盐雾区4个侵蚀区位，开始进行涂层的分区侵蚀防护性能测试实验。
3.根据权利要求2所述的基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法，其特征在于，步骤(1)所述的建立海洋分区模拟侵蚀环境具体为向塑料箱内加入高度为12cm的海水溶液，将基准组与实验组混凝土试块直立均匀放入塑料箱内，通过温度加热板控制海水的温度，基于现有雾化技术在塑料箱内模拟出盐雾环境，使得浸没区域为水下区，海水液面波动区为潮汐浪溅区，海水液面以上盐雾量从重度逐渐减为轻度，依次为重度盐雾区、轻度盐雾区，最终建立分区侵蚀环境。
4.根据权利要求书2所述的基于海洋分区侵蚀的涂层防护性能的定量评估方法，其特征在于，所述的水下区、潮汐浪溅区、重度盐雾区、轻度盐雾区分别对应桥梁墩台基础、桥台、桥墩、桥墩以上结构，根据结构重要性将混凝土试块所分4个侵蚀区位的权重系数从下至上取值依次0.22、0.27、0.27、0.24。
5.根据权利要求书1所述的基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能的定量评估方法，其特征在于，步骤(1)所述标准养护完成后的混凝土试块共分为基准组和实验组两组混凝土试块，每组共计9个试块。
6.根据权利要求书1所述的基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能的定量评估方法，其特征在于，步骤(2)所述基准组和实验组的测试龄期均分为30d、60d、90d三个龄期，各分组的每个龄期中均含有3个试块。
7.根据权利要求书1所述的基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能的定量评估方法，其特征在于，步骤(1)所述基准组与实验组混凝土试块的尺寸为100×100×400mm。
8.根据权利要求书2所述的基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能的定量评估方法，其特征在于，所述基于桥梁下部结构的环境条件划分侵蚀分区是按桥梁下部结构从下至上0-100mm、100-150mm、150-250mm、250-400mm的范围分为水下区、潮汐浪溅区、重度盐雾区、轻度盐雾区4个侵蚀区位。
9.根据权利要求书1所述的基于海洋分区侵蚀的混凝土涂层防护性能定量评估方法，其特征在于，步骤(1)所述开始海洋分区侵蚀下涂层对混凝土的防护性能测试步骤为：
(1)将尺寸为100×100×400mm的基准组与实验组混凝土试块均匀直立于塑料箱内，向箱内加入12cm深度的海水溶液；
(2)根据侵蚀环境条件设置雾化加湿器与温度控制器参数，设置完成后开始分区侵蚀实验，实验分为30d、60d、90d三个龄期，且实验中各组混凝土试块均被从上至下分为4个不同侵蚀区位，在达到规定的龄期后结束实验；
(3)实验结束后将混凝土试块取出并且擦拭干净，静置室温后开始对混凝土不同侵蚀区位下3mm深度处钻粉、取样，进而通过硝酸银溶液滴定并计算基准组混凝土及实验组混凝土不同侵蚀区位下的氯离子扩散系数。
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2022
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|---|
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