CN117147696B - 一种低pH混凝土pH值无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料性能检测技术领域，提供了一种低pH混凝土pH值无损检测方法。本发明提供的低pH混凝土pH值无损检测方法，包括以下步骤：测试低pH混凝土的超声波波速，根据测得的超声波波速值以及超声波波速‑pH函数关系模型，得到低pH混凝土的pH值；所述超声波波速‑pH函数关系模型为低pH混凝土标准试块不同龄期磨碎溶出法测定的pH值与超声波波速的关系模型；所述低pH混凝土标准试块配合比和所述待测混凝土的配合比相同。本发明提供的检测方法不会对待测低pH混凝土结构造成损伤，能够实现对工程现场混凝土结构的无损检测。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料性能检测技术领域，尤其涉及一种低pH混凝土pH值无损检测方法。
背景技术
核能的开发利用会产生大量毒性大、半衰期长且发热量高的高放射性废料，该种废料的安全处置对于核工业可持续发展、保护环境和人类健康至关重要。目前高放射性废料通常置于储存罐、膨润土等屏障系统中再被深埋在500～1000m的岩体中，使之与人类生存环境永久隔离。在地下处置库竖井、巷道建设过程中需要混凝土材料进行支护及衬砌，为了防止渗入处置库的地下水pH值过高导致膨润土防护层失效，处置库建设过程中使用的混凝土构筑物pH值须在施工后一定时间内降低至11以下，即处置库建设用混凝土应为低pH混凝土。
现场低pH混凝土结构施工完成后，需持续进行pH值检测，以确定现场条件下低pH混凝土pH值变化趋势，为后续施工工序开展和结构安全评价提供依据。混凝土材料pH普遍采用磨碎溶出法测定，需对现场低pH混凝土结构钻芯取样，钻芯取样过程会对混凝土结构完整性产生破坏，属于有损检测。处置库建设需经常对混凝土结构进行pH测试，钻芯取样的取样点易形成防护薄弱点，威胁处置库防护体系安全，取样完成后需对取芯位置采用低pH混凝土填补，新浇筑的混凝土需重新养护。然而新、旧混凝土的pH值不同，导致混凝土结构内部pH分布不均衡，极大影响低pH混凝土浇筑结构的耐久性，增加了应用风险。同时磨碎溶出法测定pH值的工艺复杂，在工程现场开展难度较大。
因此，亟需提供一种针对低pH混凝土浇筑结构的pH值无损检测的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低pH混凝土pH值无损检测方法。本发明提供的检测方法无需对待测低pH混凝土浇筑结构进行破坏，能够实现对工程现场的低pH混凝土浇筑结构的无损检测。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种低pH混凝土pH值无损检测方法，包括以下步骤：
测试待测低pH混凝土的超声波波速，根据测得的超声波波速值以及超声波波速-pH函数关系模型，得到待测低pH混凝土的pH值；
所述超声波波速-pH函数关系模型为低pH混凝土标准试块不同龄期的pH值与超声波波速的关系模型；所述低pH标准混凝土试块配合比和所述待测低pH混凝土配合比相同。
优选的，所述超声波波速-pH函数关系模型的构建方法包括以下步骤：
(1)提供低pH混凝土标准试块；
(2)测定所述低pH混凝土标准试块各龄期的超声波波速以及pH值：
(3)根据测试得到各龄期对应的超声波波速和pH值，确定低pH混凝土标准试块超声波波速-pH函数关系模型。
优选的，所述无损检测方法还包括构建模型数据库；所述模型数据库包括利用不同配合比低pH混凝土标准试块测试得到的若干个超声波波速-pH函数关系模型；在对待测低pH混凝土的pH值进行测试时，根据待测混凝土的配合比从数据库中选择对应的模型。
优选的，所述低pH混凝土标准试块的原料包括水泥-硅灰胶凝材料体系、骨料和外加剂。
优选的，所述超声波波速采用混凝土超声波检测仪进行检测。
优选的，所述步骤(2)中，对低pH混凝土标准试块进行超声波波速检测的方法包括以下步骤：
选择低pH混凝土标准试块成型时的侧面作为检测面；在所述检测面上选择对称的3～5个检测点；将超声波检测仪的换能器置于检测点上，测定超声波波速。
优选的，所述低pH混凝土标准试块的pH值采用磨碎溶出法测定。
优选的，所述磨碎溶出法包括以下步骤：
将所述低pH混凝土标准试块依次进行破碎和研磨，得到粉末样品；
在18～22℃条件下，将所述粉末样品和蒸馏水混合搅拌后过滤，测定滤液的pH值，得到所述低pH混凝土标准试块的pH值。
优选的，所述粉末样品和蒸馏水的质量比为1:10。
优选的，对待测低pH混凝土进行超声波波速检测的方法包括以下步骤：
以待测低pH混凝土浇筑结构的模板侧面为测试面；
在所述检测面上选择对称的3～5个检测点；
将超声波检测仪的换能器置于检测点上，测定超声波波速。
本发明提供了一种低pH混凝土pH值无损检测方法，包括以下步骤：测试待测低pH混凝土的超声波波速，根据测得的超声波波速值以及超声波波速-pH函数关系模型，得到待测低pH混凝土的pH值；所述超声波波速-pH函数关系模型为低pH混凝土标准试块不同龄期的pH值与超声波波速的关系模型；所述低pH标准混凝土配合比和所述待测混凝土配合比相同。
低pH混凝土胶凝材料为普通硅酸盐水泥、加密硅灰，加密硅灰掺量超过胶凝材料质量的37.5％，主要是利用加密硅灰高SiO2含量、高火山灰反应活性作用，与普通硅酸盐水泥水化生成的Ca(OH)2发生火山灰反应生成低钙硅比的水化硅酸钙凝胶，Ca(OH)2含量随水化反应程度的加深而逐渐降低，即混凝土pH值降低。且随水化反应程度的加深，加密硅灰逐步改善混凝土体系内部孔隙结构，使低pH混凝土微观结构更密实，而超声波在混凝土中传播的速度与混凝土的组成成分、内部结构孔隙密切相关，混凝土致密性越好，超声波在混凝土中的传播速度越高。即随着水化反应程度的加深，超声波波速值也逐渐增大。
超声波波速与pH值均为低pH混凝土体系内部水化反应程度的宏观表征，两者呈现明显反比增长的关系，并且，当所述低pH混凝土体系内部水化反应完成后，超声波波速与pH值则呈现稳定状态。本发明首先利用低pH混凝土标准试块的超声波波速与其pH值拟合分析，构建低pH混凝土超声波波速-pH函数关系模型，然后对待测低pH混凝土结构进行超声波波速检测，将超声波波速检测结果代入超声波波速-pH函数关系模型中，确定待测低pH混凝土pH值，无需对工程现场待测混凝土结构进行钻孔取样，操作简单。
附图说明
图1为本发明提供的低pH混凝土pH值无损检测流程图；
图2为实施例1所述低pH混凝土标准试块超声波波速测点分布情况；
图3为实施例1所述低pH混凝土超声波波速-pH函数关系模型。
具体实施方式
本发明提供了一种低pH混凝土pH值无损检测方法，包括以下步骤：
测试待测低pH混凝土的超声波波速，根据测得的超声波波速值以及超声波波速-pH函数关系模型，得到待测低pH混凝土的pH值；
所述超声波波速-pH函数关系模型为低pH混凝土标准试块不同龄期的pH值与超声波波速的关系模型；所述低pH标准混凝土试块配合比和所述待测低pH混凝土配合比相同。
图1为本发明提供的低pH混凝土pH值无损检测流程图，下面结合图1进行详细说明。
在本发明中，所述超声波波速-pH函数关系模型的构建方法优选包括以下步骤：
(1)提供低pH混凝土标准试块；
(2)测定所述低pH混凝土标准试块各龄期的超声波波速以及pH值；
(3)根据测试得到各龄期对应的超声波波速和pH值，确定低pH混凝土标准试块超声波波速-pH函数关系模型。
在本发明中，所述低pH混凝土标准试块的原料优选包括水泥-硅灰胶凝材料体系、骨料和外加剂。在本发明中，所述水泥-硅灰胶凝材料优选包括硅酸盐水泥和硅灰，所述骨料优选包括砂子和石子，所述外加剂优选包括减水剂、氯化钙、聚丙烯纤维和减缩剂中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，所述低pH混凝土标准试块的原材料优选为普通硅酸盐水泥、硅灰、减水剂、氯化钙、减缩剂、聚丙烯纤维、砂子和石子。
在本发明中，所述超声波波速优选采用混凝土超声波检测仪进行检测。在本发明中，对低pH混凝土标准试块进行超声波波速检测的方法优选包括以下步骤：选择低pH混凝土标准试块成型时的侧面作为检测面；在所述检测面上选择对称的3～5个检测点；将超声波检测仪的换能器置于检测点上，测定超声波波速。在本发明具体实施例中，优选在所述检测面上对称地选择上、中、下的3～5个检测点；以测量结果平均值作为相应龄期低pH混凝土超声波波速；测试时，所述换能器与检测点质检涂抹耦合剂，同时将换能器压紧稳定在检测点上；所述耦合剂优选为黄油。
在本发明中，所述低pH混凝土标准试块的pH值优选采用磨碎溶出法测定。在本发明中，所述磨碎溶出法优选包括以下步骤：将所述低pH混凝土标准试块依次进行破碎和研磨，得到粉末样品；在本发明中，所述粉末样品的粒径优选为小于2mm；在18～22℃条件下，将所述粉末样品和蒸馏水混合搅拌后过滤，测定滤液的pH值，得到所述低pH混凝土标准试块的pH值。在本发明中，所述粉末样品和蒸馏水的质量比优选为1:10，在本发明的具体实施例中，每个龄期下低pH混凝土标准试块的pH值优选平行测试三次，三次pH值测定结果与平均值之差应小于0.1，否则应重新测定。
在本发明中，优选对龄期为3、7、14、28、60、80、90、120和150天的低pH混凝土标准试块的超声波波速和pH值进行测定。
在本发明中，测试得到各龄期对应的超声波波速和pH值后，优选基于数值拟合，以超声波波速为自变量，以pH为因变量，构建超声波波速-pH函数关系模型。在本发明中，所述超声波波速-pH函数关系模型为指数函数模型，公式为ypH＝R-aebx，所述ypH为pH值，R、a和b为与低pH混凝土配比和组成成分相关的常数，x为超声波波速。在本发明中，所述低pH混凝土超声波波速与pH的对应关系与混凝土配合比和组成成分性能相关，不受低pH混凝土龄期、养护环境因素影响，低pH混凝土配合比和组分确定后，超声波波速-pH函数关系模型即可确定。
在本发明中，对待测低pH混凝土进行超声波波速检测的方法优选包括以下步骤：以待测低pH混凝土浇筑结构的模板侧面为测试面；在所述检测面上选择对称的3～5个检测点；将超声波检测仪的换能器置于检测点上，测定超声波波速。在本发明中，对待测低pH混凝土进行超声波波速检测时，待测低pH混凝土表面优选平整、洁净，同时优选在换能器与待测低pH混凝土表面涂抹耦合剂，所述耦合剂优选为黄油。
在本发明中，所述无损检测方法还优选包括构建模型数据库；所述模型数据库优选包括利用不同配合比的低pH混凝土标准试块测试得到的若干个超声波波速-pH函数关系模型；在对待测低pH混凝土的pH值进行测试时，根据待测低pH混凝土的配合比从数据库中选择对应的模型。
在本发明中，超声波在混凝土中传播的速度与混凝土的组成成分、内部结构孔隙密切相关，混凝土致密性越好，超声波在混凝土中的传播速度越高。而pH值与超声波波速相同，均为低pH混凝土体系水化反应程度的宏观表征，超声波波速与pH值呈现明显反比增长关系，两者均与低pH混凝土体系内部水化反应程度相对应，当水化反应充分进行或停止后，超声波波速与pH值则呈现稳定状态。同时，超声波波速与pH值的对应关系与低pH混凝土配合比、组成成分性能有关，低pH混凝土配合比、原材料确定后，超声波波速-pH函数关系模型则固定不变，不受混凝土龄期、养护环境因素影响。本发明提供的低pH混凝土pH值无损检测方法操作简单，实施速度快，对低pH混凝土结构无损伤，不会增加低pH混凝土应用的风险，不受检测部位的限制，适于在耐久性、安全性要求高的低pH混凝土结构中应用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种低pH混凝土超声波波速-pH函数关系模型的构建方法：
(1)提供若干个低pH混凝土标准试块
本发明实施例1提供的低pH混凝土标准试块采用了相同的组成成分，不同的配合比的两种混凝土，以研究不同配合比对超声波波速-pH函数关系模型的影响，具体的低pH混凝土原料、配合比和养护条件见表1。
以表1所述低pH混凝土原料和配合比配置4组混凝土拌合物，浇筑混凝土标准试块，所述混凝土标准试块尺寸为150mm×150mm×150mm，将浇筑好的混凝土标准试块置于相应室内试验预设的温度和湿度条件下进行养护。
表1低pH混凝土原料、配比和养护条件
表1中配比1所浇筑的低pH混凝土标准试块分别置于养护温度为20℃、相对湿度为80％，养护温度为10℃、相对湿度为60％，养护温度为26℃、相对湿度为90％的养护条件下进行养护，以研究不同养护条件对超声波波速-pH函数关系模型的影响。
(2)测定所述若干个低pH混凝土标准试块各龄期的超声波波速以及pH值
对低pH混凝土标准试块超声波进行测量，选择成型时的两个侧面作为测试面，超声波检测仪换能器在两个测量面上对称布置，每个测量面上选择上、中、下分布的5个检测点，换能器与试件检测点之间涂抹黄油，将换能器压紧并稳定，避免耦合情况不良影响超声波波速测量结果，以测量结果平均值作为相应龄期低pH混凝土超声波波速。所述低pH混凝土标准试块超声波波速测点分布情况如图2所示，由图2可以看出中间测点位于相应测试面正中心，上、下测点距离试块边缘均为37.5mm。
将混凝土标准试块破碎、研磨，称取10g粉末样品，在20℃条件下，将蒸馏水和粉末样品按照10:1的质量比混合后，搅拌30min，搅拌的转速为1200r/min，用滤纸过滤后测定滤液的pH值，作为低pH混凝土pH值。每个低pH混凝土标准试块在每个养护龄期均测试三个试样，三个样品的pH值测定结果与平均值之差应小于0.1，否则应重新测定。相应龄期低pH混凝土超声波波速与pH测试结果如表2所示。
表2低pH混凝土标准试块超声波波速与pH值试验结果
(3)根据测试得到各龄期对应的超声波波速和pH值，确定低pH混凝土标准试块超声波波速-pH函数关系模型
根据表2的试验结果，基于数值拟合手段，以超声波波速为自变量，以pH为因变量，构建低pH混凝土超声波波速-pH函数关系模型，所述低pH混凝土超声波波速-pH函数关系模型如图3所示。
由图3可以看出，超声波波速-pH函数关系模型的相关性系数R2大于0.998，说明超声波波速-pH函数关系模型函数代表性较好，能够反应相应配合比低pH混凝土超声波波速-pH间的对应关系。
配比1和配比2相比仅多添加了外加剂(减缩剂、氯化钙、聚丙烯纤维)，胶凝材料和骨料的种类和用量均相同，但由图3可以看出，两组配比对应的低pH混凝土标准试块的超声波波速-pH函数关系模型参数差别较大。并且，配比1对应的低pH混凝土标准试块分别放置于三种条件下养护，但由图3可以看出，配比1对应的三组低pH混凝土标准试块的超声波波速-pH函数关系模型相同。
由此看来，本发明所提供的超声波波速-pH函数关系模型与低pH混凝土配比、组成成分性能等因素相关，但不受龄期、养护条件的影响。低pH混凝土原料和配比确定后，其超声波波速-pH函数关系模型则固定不变。当待测低pH混凝土配合比确定后其超声波波速-pH函数关系模型随之确定，不用考虑环境条件的差别，无需要对函数关系模型进行相应参数修正。
(4)测试待测低pH混凝土的超声波波速
所述低pH标准混凝土试块配合比和所述待测低pH混凝土的配合比相同，保证测区内混凝土表面平整、洁净，以待测低pH混凝土浇筑结构的模板侧面为测试面，在所述检测面上选择对称的5个检测点，换能器与试件检测点之间涂抹黄油，将超声波检测仪的换能器置于检测点上，测定超声波波速。将测得的混凝土超声波波速值代入超声波波速-pH函数关系模型中，确定待测低pH混凝土的pH值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种低pH混凝土pH值的无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
测试待测低pH混凝土的超声波波速，根据测得的超声波波速值以及超声波波速-pH函数关系模型，得到待测低pH混凝土的pH值；
所述超声波波速-pH函数关系模型为低pH混凝土标准试块不同龄期的pH值与超声波波速的关系模型；所述低pH混凝土标准试块的配合比和所述待测低pH混凝土的配合比相同。
2.根据权利要求1所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，所述超声波波速-pH函数关系模型的构建方法包括以下步骤：
(1)提供低pH混凝土标准试块；
(2)测定所述低pH混凝土标准试块各龄期的超声波波速以及pH值；
(3)根据测试得到各龄期对应的超声波波速和pH值，确定低pH混凝土标准试块超声波波速-pH函数关系模型。
3.根据权利要求1或2所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，所述无损检测方法还包括构建模型数据库；所述模型数据库包括利用不同配合比的低pH混凝土标准试块测试得到的若干个超声波波速-pH函数关系模型；在对待测低pH混凝土的pH值进行测试时，根据待测低pH混凝土的配合比从数据库中选择对应的模型。
4.根据权利要求2所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，所述低pH混凝土标准试块的原材料包括水泥-硅灰胶凝材料体系、骨料和外加剂。
5.根据权利要求1或2所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，所述超声波波速采用混凝土超声波检测仪进行检测。
6.根据权利要求2所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对混凝土标准试块进行超声波波速检测的方法包括以下步骤：
选择低pH混凝土标准试块成型时的侧面作为检测面；在所述检测面上选择对称的3～5个检测点；将超声波检测仪的换能器置于检测点上，测定超声波波速。
7.根据权利要求2所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，所述低pH混凝土标准试块的pH值采用磨碎溶出法测定。
8.根据权利要求7所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，所述磨碎溶出法包括以下步骤：
将所述低pH混凝土标准试块依次进行破碎和研磨，得到粉末样品；
在18～22℃条件下，将所述粉末样品和蒸馏水混合搅拌后过滤，测定滤液的pH值，得到所述低pH混凝土标准试块的pH值。
9.根据权利要求8所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，所述粉末样品和蒸馏水的质量比为1:10。
10.根据权利要求1所述的低pH混凝土pH值无损检测方法，其特征在于，对待测低pH混凝土进行超声波波速检测的方法包括以下步骤：
以待测低pH混凝土浇筑结构的模板侧面为测试面；
在所述测试面上选择对称的3～5个检测点；
将超声波检测仪的换能器置于检测点上，测定低pH混凝土超声波波速。
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