专利名称：混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及混凝土氯离子渗透性电量法测试的加载装置，具体涉及一种使混凝土
处于弯曲荷载条件下对其进行氯离子渗透性电量法测试的加载装置，本发明还涉及利用该 加载装置的测试方法。
背景技术：
氯离子渗透性既是表征混凝土渗透性的重要指标，也是用于氯离子含量较高环境 (如海港码头、地下工程、水工构筑物和沿海地区钢筋混凝土电杆)中钢筋混凝土中钢筋耐 蚀性的重要标志。目前采用的混凝土氯离子渗透性的测定方法主要有电量法和快速氯离子 迁移法，但两种方法中受测试件都不涉及荷载的作用。然而实际服役中的混凝土，不仅经受 水压和氯离子浓度差等影响氯离子渗透的外界因素的作用，如海港码头泊位横梁常同时承 受弯曲荷载和海水及氯离子的渗透作用，钢筋混凝土电杆则受弯曲荷载和表面氯离子的侵 蚀作用。荷载往往会影响混凝土中微裂缝的产生和扩展，影响混凝土的渗透性，包括氯离子 渗透性。许多国家采用的由美国材料标准与试验协会所制定的用于评价混凝土抵抗氯离子 渗透能力的标准(ASTM C1202)，是在①95X50mm的混凝土试样两端施加60V的直流电压， 通过检测6h内流过的电量大小来评价混凝土的渗透性，所用装置和方法未考虑、也无法实 现对受测试件同时施加弯曲荷载。因此，由于受常规试验装置的制约，对弯曲荷载条件下混 凝土氯离子渗透性的测试方法仍是空白。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够对混凝土施加弯曲荷载， 用于电量法测试混凝土氯离子渗透性的加载装置。 本发明的另一 目的在于提供利用这种加载装置进行混凝土氯离子渗透性电量法 测试的方法。 本发明的目的是这样实现的混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置，钢底板 上设置有两个螺孔，螺孔中插入两根平行的螺杆，所述螺杆上依次套有与所述钢底板平行 的下压钢板、上压钢板和顶板； 顶板与上压钢板之间设置有千斤顶；上压钢板与下压钢板之间设置有测力器，所 述测力器包括压力传感器和显示仪表； 钢底板上向上设置有凸出的钢支座；下压钢板上向下设置有凸出的钢压头；上压 钢板上部的螺杆上套有上压钢板定位螺栓帽，顶板上部的螺杆上套有顶板定位螺栓帽。
钢底板上的两个螺孔对称设置在所述钢底板的两端；所述钢支座为两个，对称设 置在两个螺孔之间。 所述钢压头为两个，分别设置在所述下压钢板与所述螺杆连接的两个螺口处。
本发明加载装置的工作原理为由千斤顶对上压板施加压荷载，压力大小由测力 计测定；千斤顶产生的压力通过上压钢板、测力器、下压钢板的钢压头施加到混凝土试件两端，两平行钢压头和两平行钢支座的作用使混凝土试件受到在支点间三分点处作用的两个 相等的集中弯曲荷载；当测力计显示设定压力值时，拧紧上加压钢板定位螺栓帽，此时混凝 土试件就承受稳定的弯曲荷载。 本发明的另一目的是这样实现的利用上述的加载装置进行混凝土氯离子渗透性 电量法测试的方法，按如下步骤进行 步骤一、将直四棱柱体混凝土试件通过两个螺孔套在钢底板与下压钢板之间的螺 杆上，用千斤顶加压，压力通过上压钢板、测力器和下压钢板上的钢压头传递到所述混凝土 试件上，当测力器显示设定荷载值时拧紧上压钢板定位螺栓帽； 两个钢压头与两个钢支座共同作用于所述混凝土试件上，使混凝土试件受到支点 间三分点处作用的两个相等的集中弯曲荷载；
试验压荷载的大小按下式计算 P = M^L (AT)
/ 式中P-试验压荷载(N) ;ft-混凝土试件弯曲强度(MPa) ; n-设定应力水平 (%) ;b-试件宽度(mm) ;h-试件高度(mm) ;1-下加压板两压头间距离(mm);
步骤二、将混凝土渗透性电测仪的带电极试验槽安装于混凝土试件的两个相对的 侧面，在正极试验槽中注入NaOH溶液，在负极试验槽中注入NaCl溶液，采用50 120V直 流电，测试不同弯曲荷载作用时规定时间内通过混凝土试件的电量； 步骤三、根据试件厚度、所加电压和通过电量，计算表征混凝土氯离子渗透性的当 量通电量 测定记录电流初始读数I。，以后每隔15min测定记录电流读数I「次，直至6h，按 下式计算6h内通过混凝土试件的总电量Q :
36 2 = 300x》J,+/"1)
(C)
式中Q-6h内通过混凝土试件的总电』 Ii-第i次测得的电流读数(A);
Ih-第i-l次测得的电流读数(A);
按下式将总电量折算成试件厚度为50mm，直流电压为60V时的当3 6
t通电j
& 50 K v K
t通电量(C)
式中Q^6h内通过混凝土试件的当]
b-棱柱体混凝土试件厚度(mm);
V-直流电压(V);
取同组的3个试件通过当量电量的平均值，作为该组试件的当: 价混凝土在该受载状态下的氯离子渗透性。
表1 基于当量通电量的氯离子渗透性
t通电量，按表l评当量通电量(c)氯离子渗透性
>4000高
2 000~4 000中等
1 000 2 000低
100~1 000很低
<100可忽略 本发明的有益效果为 1、本发明混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置解决了常规混凝土氯离子渗 透性测试装置不能对被测试件施加弯曲荷载、因此不能模拟在役混凝土构件实际载荷状 态、无法测定弯曲荷载条件下混凝土氯离子渗透性的问题； 2、本发明混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置结构简单，操作方便，测试过 程中荷载稳定、可实时显示，并可按需要随时调整、逐级加载，测试结果稳定、可靠；
3、本发明方法采用当量电量表征混凝土在该受载状态下的氯离子渗透性，解决了 对不同试件厚度、不同测试电压测定结果的可比性问题； 4、本发明方法采用弯曲荷载加载装置对混凝土试件施加不同大小的弯曲荷载，可 研究弯曲荷载条件对混凝土氯离子渗透性的影响，从而揭示多因素组合条件下混凝土渗透 性演变规律、损伤机理及组合机理，若推广应用于实际工程，可为混凝土结构的设计、健康 诊断和补强加固提供依据。
图1是本发明混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置的结构示意图； 图2 (a)是安装有直四棱柱体混凝土试件和混凝土氯离子渗透性电测仪试验槽的
混凝土氯离子渗透性电量法测试装置装配示意图； 图2 (b)是图2 (a)的左视图; 图3 (a)是带两平行钢支座的钢底板的构造示意图；
图3 (b)是图3 (a)的左视图； 图4(a)是两端带钢压头的下压钢板的构造示意图；
图4 (b)是图4 (a)的左视图; 图中1、钢底板；2、螺杆；3、下压钢板；4、测力器；5、上压钢板；6、上压钢板定位 螺栓帽；7、千斤顶；8、顶板；9、顶板定位螺栓帽；10、混凝土试件；11 、混凝土渗透性电测仪
的带电极试验槽；12、钢支座；13、钢压头。
具体实施例方式
下面结合附图，通过实施例的方式，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明
的保护范围不局限于所述实施例。 实施例1 弯曲荷载作用下混凝土氯离子渗透性的电量法测试加载装置及加载方法
混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置，它是由带两平行支座12的钢底板1、 螺杆2、两端带钢压头13的下压钢板3、测力器(含压力传感器和显示仪表)4、上压钢板5、 上压钢板定位螺栓帽6、千斤顶7、顶板8和顶板定位螺栓帽9构成； 钢底板1长400mm，宽300mm，厚30mm，上面两平行支座的高度70mm，宽度30mm，支 座顶部为半圆形，两支座中心间距为100mm，长度方向中轴线上有两个对称分布M24螺孔， 间距200mm ;下压钢板3、上压钢板5和顶板8尺寸均为长360mm，宽70mm，厚30mm，下压钢板 3两端两平行的钢压头高40mm，宽度40mm，压头顶部为半圆形，两压头座中心间距为300mm ; 棱柱体混凝土试件10尺寸为100mmX70mmX400mm ;下压钢板3、上压钢板5、顶板8和棱柱 体混凝土试件10中轴线上有两个对称分布的圆孔，孔中心间距300mm。
将两根长700mm， M24的螺杆2拧入钢底板的两个螺孔，将螺杆2分别穿过棱柱体 混凝土试件10、下压钢板3，在下加压钢3正中间放置最大量程为30kN的测力器的传感器 4，将螺杆2穿入上加压板5，拧上上加压板定位螺栓帽6，在上加压板正5中间放置30kN千 斤顶7，再将螺杆2穿入顶板8，拧上顶板固定螺栓帽9。用千斤顶7对上加压板5加压，压 力大小由测力器显示仪显示，当达到7840N时，拧紧上压钢板定位螺栓帽6，此时下压钢板3 上承受7840N稳定的压力；下压钢板3上的两个压头对棱柱体混凝土试件10两端分别施加 3920N稳定均匀压力，在钢底板1上两平行支座的同时作用下，混凝土试件中部100mm宽度 范位内承受3. 36MPa均匀的弯曲拉伸应力。 利用本实施例所述装置可有效进行弯曲荷载条件下水工混凝土氯离子渗透性的
电量法测试。 实施例2 复杂压荷载条件下水工混凝土氯离子渗透性的电量法测试方法 用P II 42. 5级水泥，细度模数为2. 4的河砂、最大粒径为20mm的石灰岩人工碎
石及自来水按表所示配合比配制混凝土，成型成100mmX70mmX400mm的棱柱体混凝土试
件，每个配比21个试件。试件在混凝土标准养护室水中养护28天后，每个配比的试件中，
取3个测定四点抗弯强度，作为其余试件进行氯离子渗透性试验时加荷大小的参考。 表2混凝土配合比和试件抗弯强度
试件混凝土配合比/(kg/m3)抗弯强度
编号水泥砂碎石水緣a
C3037069211292005.6
C4046565610702006.2 每个配比分成6组，按弯曲荷载水平分别为0， 20 % ， 40 % ， 50 % ， 60 % ， 70 %六种加 载方式测定，每组测定3个试件。 步骤1 :按实施例1所述方法将棱柱体混凝土试件(10)安装于加载装置并按试验
设定要求弯曲荷载水平施加荷载，每次施加压荷载值按下式计算 步骤2 :将一对混凝土渗透性电测仪的带电极的试验槽(11)安装于试件两相对的 自由面。在正极试验槽中注满0. 3mol/LNa0H溶液，在负极试验槽中注满3% NaCl溶液，将 试验槽的正负极与混凝土渗透性电测仪连接，接通电源，对上述两试验槽正负电极施加80V 直流恒电压，测定记录电流初始读数10，以后每隔10min测定记录电流读数Ii 一次，直至 6h。按下式计算6h内通过混凝土试件的总电量Q :
36g-300xS(/i+/,—,)
式中Q-6h内通过混凝土试件的总电』
按下式把总通电量Q折算为当量通电』 1.260 1.2x70x0
(C) ;Ii
第i次测得的电流读数(A)。
80
=1.052
取同组的3个试件通过电量的平均值，作为该组试件的通电量来评价混凝土在该
受载伏态下的抗氯离子渗透性。结果见如表3所示。 表3不同压荷载条件下水工混凝土氯离子渗透性的电』
t法测定结果
实施例试件 编号抗弯强度力 /MPa加载水平" /%压荷载P N通电量 /C当量通电量 /C氯离子 渗透性
2-1C305.60028192960中等
2-2C305.620261330903245中等
2-3C305.640522736103760中等
2-4C305.650653340124213高
2-5C305.660784048195062高
2-6C305.6709147>6000>6000高
2-7C406.20017711860低
2-8C406.2202柳18881982低
2-9C406.240578622282256中等
2-10C406.250723231053267中等
2-11C406.260867943144530高
2-12C406.27010125>6000>6000高 从试验结果可以看出 两种强度不同的混凝土在弯曲荷载下的电通量(即氯离子渗透性)均显示出了相 同的变化规律。随着加载水平的增大，混凝土的氯离子渗透性逐渐提高。这是由于在弯曲荷 载作用下，混凝土中的原始微裂纹扩展，新的微裂纹产生，从而提高了混凝土的渗透性。当 在加载水平达到60%以上时，试件的氯离子渗透性迅速增大，这是由于在大加载水平较高 时，各种裂纹扩展程度迅速增大所致。
权利要求
混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置，其特征在于钢底板(1)上设置有两个螺孔，螺孔中插入两根平行的螺杆(2)，所述螺杆(2)上依次套有与所述钢底板(1)平行的下压钢板(3)、上压钢板(5)和顶板(8)；顶板(8)与上压钢板(5)之间设置有千斤顶(7)；上压钢板(5)与下压钢板(3)之间设置有测力器(4)；钢底板(1)上向上设置有凸出的钢支座(12)；下压钢板(3)上向下设置有凸出的钢压头(13)；上压钢板(5)上部的螺杆(2)上套有上压钢板定位螺栓帽(6)，顶板(8)上部的螺杆(2)上套有顶板定位螺栓帽(9)。
2. 根据权利要求1所述的混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置，其特征在于两 个螺孔对称设置在所述钢底板(1)的两端；所述钢支座(12)为两个，对称设置在两个螺孔 之间。
3. 根据权利要求2所述的混凝土土氯离子渗透性电量法测试加载装置，其特征在于 所述钢压头(13)为两个，分别设置在所述下压钢板(3)与所述螺杆(2)连接的两个螺口 处。
4. 利用权利要求3所述的加载装置进行混凝土氯离子渗透性电量法测试的方法，其特 征在于步骤一、将直四棱柱体混凝土试件(10)通过两个螺孔套在钢底板(1)与下压钢板(3) 之间的螺杆(2)上，用千斤顶(7)加压，压力通过上压钢板(5)、测力器(4)、下压钢板(3) 上的钢压头(13)传递到所述混凝土试件(10)上；，当测力器(4)显示设定荷载值时拧紧 上压钢板定位螺栓帽(6);步骤二、将混凝土渗透性电测仪的带电极试验槽(11)安装于混凝土试件(10)的两个 相对的侧面，在正极试验槽中注入NaOH溶液，在负极试验槽中注入NaCl溶液，采用50 120V直流电，测试不同弯曲荷载作用时规定时间内通过混凝土试件(10)的电量；步骤三、根据试件厚度、所加电压和通过电量，计算表征混凝土氯离子渗透性的当量通 电量。
全文摘要
本发明提供一种混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置，钢底板上设置有两个螺孔，螺孔中插入两根平行的螺杆，螺杆上依次套有与钢底板平行的下压钢板、上压钢板和顶板；顶板与上压钢板之间设置有千斤顶；上压钢板与下压钢板之间设置有测力器；钢底板上向上设置有凸出的钢支座；下压钢板上向下设置有凸出的钢压头；上压钢板上部的螺杆上套有上压钢板定位螺栓帽，顶板上部的螺杆上套有顶板定位螺栓帽。本发明还提供利用这种加载装置进行混凝土氯离子渗透性电量法测试的方法。本发明加载装置解决了常规混凝土氯离子渗透性测试装置不能对被测试件施加弯曲荷载、不能模拟在役混凝土构件实际载荷状态、无法测定弯曲荷载条件下混凝土氯离子渗透性的问题。
文档编号G01N15/08GK101699267SQ20091018493
公开日2010年4月28日 申请日期2009年10月21日 优先权日2009年10月21日
发明者方永浩, 李夕强, 肖玉明, 葛兆祥, 贾丽丽, 陈逸群, 顾冲时 申请人:河海大学