一种测试混凝土钢筋保护层渗透性的装置及加速试验方法与流程

本发明属于混凝土材料领域的测试混凝土钢筋保护层渗透性的装置及其使用方法，涉及混凝土钢筋保护层质量试验检测技术领域。

背景技术：

排除原材料质量引起的混凝土耐久性问题，混凝土耐久性的劣化通常都是由表及里逐渐发展的。尤其对于钢筋混凝土来说，当存在碳化或侵蚀性离子的情况下，混凝土钢筋保护层的完整性和抗渗透性能是决定钢筋混凝土结构使用寿命的关键所在。实际服役环境下，尽管混凝土基体本身耐久性不存在问题，一旦混凝土钢筋保护层因外界环境侵蚀出现剥蚀、溶蚀、开裂时，很可能将导致混凝土内部钢筋腐蚀加速，进而严重影响混凝土结构的耐久性和使用寿命。因此，测试和分析混凝土钢筋保护层的渗透性对于研究混凝土耐久性具有重要作用。对于表层0～50mm范围内的混凝土钢筋保护层，受限于样品尺寸等原因，目前尚无成熟的测试标准或方法来评价其渗透性。目前已知的测试混凝土钢筋保护层渗透性的方法有：专利文献CN 101929937公开了一种钢筋表层混凝土渗透性的测试方法，其原理是利用位于钢筋表面向混凝土中定量地释放氢气，测试在一定时间中氢气压力下降曲线来反映混凝土的气体渗透性。由于实际工程中大多数混凝土钢筋保护层破坏都是由于侵蚀性离子在水的作用下渗透的，所以这种方法仅反映了混凝土钢筋保护层的气体渗透性，不能反映混凝土抗水以及侵蚀性离子的渗透性；专利文献CN 101532941公开了一种检测混凝土表层渗透性的装置，其原理是通过测试混凝土在较长时间中内外湿度变化过程，从而间接反映混凝土的渗透性。但实际混凝土钢筋保护层常常受外界温湿度环境的变化而变化，所以这种方法只能定性表征某些受环境影响小的混凝土内部湿度的变化，且存在耗时较长的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有测试混凝土渗透性的装置复杂、精度低、无法定量测试、耗时长，且难以评价混凝土钢筋保护层的渗透性等技术问题，本发明提供了一种测试混凝土渗透性的装置及其使用方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。

一种测试混凝土钢筋保护层渗透性的装置，包括：密封罐、电子天平、油浴加热装置；所述密封罐底部盛有渗透介质蒸馏水、中部设有气液隔离网、侧面设有孔道连接气压表和泄压阀；密封罐顶部中空，顶部法兰凸缘盘上设有不同直径的凹槽用于放置密封圈，密封罐顶部边缘设有孔洞用于安放螺栓使其与夹持装置相连；所述电子天平放置在固定台架上面，电子天平的称量挂钩用钢丝使之与密封罐连接；所述油浴加热装置由导热油和油浴锅(3-2)组成，密封罐的下部处于导热油中。

本发明所述的密封罐采用不锈钢材质，密封罐下部罐体直径为50～200mm，高度为100～200mm，壁厚为5mm以上；密封罐底部盛有渗透介质蒸馏水，密封罐内部中上部位设置有一层气液隔离网，隔离网网孔尺寸为0.15～2.36mm；密封罐顶部法兰凸缘盘设置有不同直径的凹槽，可放置不同直径的密封圈，并可将不同直径的混凝土待测样品用夹持法兰密封并相连。

本发明所述的夹持法兰为中空的圆盘，其特征在于采用不锈钢材质，厚度为5～10mm，夹持法兰下部设置有与密封罐顶部法兰凸缘盘相同形状和尺寸的凹槽；夹持法兰边缘设置有与密封罐顶部法兰凸缘盘相同尺寸和数量的孔，用于安放螺栓使其将待测混凝土样品密封固定并与密封罐紧密相连。

本发明一种测试混凝土钢筋保护层渗透性的加速试验方法，包括以下步骤：

第一步，取样和制样：从混凝土构件上钻芯取样，芯样直径50～200mm，然后根据需要从芯样上切取一定厚度的混凝土样品，厚度根据混凝土强度以及粗骨料最大粒径可取10mm～50mm，样品上下表面平行且平整；将该样品放入饱和石灰水中浸泡不少于24h；然后，将浸泡完毕的试样表面水分擦干，然后用密封胶将样品侧面密封，静置至样品侧面的密封胶完全固化；

第二步，固定待测样品：向密封罐内部注入体积为密封罐容积的1/4～1/2的渗透介质蒸馏水；然后在密封罐顶部法兰凸缘盘和夹持法兰底部各放置1个外径与待测样品直径相等的密封圈，然后用螺栓将密封罐、步骤(一)准备好的待测样品和夹持法兰紧密固定；

第三步，将电子天平平稳放置再固定台架)上，然后将步骤(二)安装并连接到一起的密封罐、待测混凝土样品和夹持法兰三部分用钢丝悬挂在电子天平的称量挂钩上；

第四步，油浴加热装置通电加热，使导热油温度从室温增加到设定的温度；

第五步，将步骤(三)组装好的装置平稳放置在油浴加热装置上，并调节钢丝长度以保证密封罐下部1/2高度处于导热油内部，但密封罐的底部与油浴锅底部至少有20mm距离；

第六步，关闭泄压阀，开启天平并开始记录数据。待整个装置质量损失达到步骤(二)中最初向密封罐内部注入的渗透介质蒸馏水质量的1/3时，试验结束。取装置质量损失与时间曲线上质量损失迅速增大、且匀速呈近似直线段的曲线斜率来表征样品的渗透性，取3个样品的算数平均值为该样品的渗透性，其单位为kg/m²·h。

第七步，试验结束后，将密封罐取下，待其温度冷却至室温后拆解。重复上述步骤即可进行下一个样品渗透性的测试。

本发明的有益效果是，适用于混凝土钢筋保护层渗透性的试验检测领域；其原理是让渗透介质蒸馏水在密封且高温条件下产生蒸汽并透过混凝土样品，通过监测一定时间内透过混凝土样品而损失的蒸馏水的质量损失速率，进而定量地确定混凝土样品的渗透性；本发明中使用对环境无污染、且与混凝土具有较好浸润性的蒸馏水作为渗透介质，并利用水蒸气自身产生的压力使其透过混凝土，因此本发明装置简单、环保，且测试耗时少；本发明采用电子天平自动记录数据，可以有效提高试验效率，降低了测试过程的人力消耗和人为误差。

附图说明

图1本发明装置示意图；

图2-1本发明密封罐(2)的示意图主视图；

图2-2本发明密封罐(2)的示意图侧视图；

图2-3本发明密封罐(2)的示意图俯视图；

图3-1本发明夹持法兰(1-6)及密封圈(1-5)示意图主视图；

图3-2本发明夹持法兰(1-6)及密封圈(1-5)示意图侧视图；

图3-3本发明夹持法兰(1-6)及密封圈(1-5)示意图俯视图；

图3-4本发明夹持法兰(1-6)及密封圈(1-5)示意图仰视图；

图4本发明验证试验结果图。

具体实施方式

参照图1，本发明涉及的测试混凝土钢筋保护层渗透性的装置优选实施方式，它由壁厚为5mm、总高度为200mm的不锈钢密封罐1、量程为5kg且精度为0.1g的电子天平2，和最高温度可加热到200℃的油浴加热装置3构成。其中：密封罐1中部设有网孔尺寸为0.18mm的铜质气液隔离网1-2、侧面设有直径为5mm的孔道用于连接量程为20bar且精度为0.2bar的气压表1-3和泄压阀1-4；密封罐1顶部法兰凸缘盘设有外径为50mm的凹槽，放置了1个外径为50mm、截面直径为3mm的橡胶密封圈1-5，密封罐1顶部法兰凸缘盘边缘设有6个直径为5mm的圆形孔洞，可安放螺栓使其与厚度为5mm的不锈钢夹持法兰1-6相连；电子天平2放置在固定台架2-1上面，电子天平2的称量挂钩2-2用钢丝2-3使之与密封罐1连接；油浴加热装置3由导热油3-1和油浴锅3-2组成，密封罐1的下部80mm处于130℃的导热油3-1中。

发明人利用本测试装置对混凝土进行了实证试验。优选的实施步骤为：

第一步，制样。测试样品为28天龄期、边长为200mm的立方体混凝土试块。该试块成型1天后即放在干燥环境下养护至28天龄期。为了获得渗透性能有显著区别的测试样品，首先从该混凝土成型面中部钻芯，芯样直径为50mm，然后从该芯样的成型面往下2mm和100mm分别切取15mm厚的薄片作为最终的待测样品。该2个样品准备好后，将其泡在饱和石灰水中24小时，然后取出用吸水纸将其表面的水分擦干，并用硅酮密封胶将其侧面密封，放置在干燥空气中6小时，此时混凝土样品侧面的硅酮密封胶完全硬化；

第二步，固定待测样品。向密封罐1内部注入40g蒸馏水1-1；然后在密封罐1顶部法兰凸缘盘和夹持法兰1-6底部各放置1个外径为50mm的橡胶密封圈1-5，然后用6个螺栓将密封罐1、步骤【一】准备好的待测样品和夹持法兰1-6紧密固定；

第三步，将电子天平2平稳放置再固定台架2-1上，然后将步骤【二】安装并连接到一起的密封罐1、待测混凝土样品和夹持法兰1-6三部分用钢丝2-3悬挂在电子天平2的称量挂钩2-2上；

第四步，油浴加热装置4通电加热，使导热油4-1温度从室温增加到130摄氏度；

第五步，将步骤【三】组装好的装置平稳放置在油浴加热装置3上，并调节钢丝2-3长度以保证密封罐1下部1/2高度处于导热油4-1内部，且密封罐1的底部与油浴锅4-2底部有25mm的距离；

第六步，关闭泄压阀1-4，开启天平并开始记录数据。该实验条件下试验时间为18h，可得到如图4所示的2个样品对应的装置质量损失与时间的关系曲线。取表层和内部混凝土样品对应的质量损失曲线上突然增加且匀速变化的最后8个数据点的斜率分别为8.72g/h和3.46g/h，根据该样品扣除密封圈覆盖的实际透气面积为0.001520m²，因此表层和内部混凝土样品对应的渗透速率分别为5.74kg/m²·h和2.28kg/m²·h。

第七步，试验结束后，将密封罐1及其与之连接的装置取下，待其温度冷却至室温后拆解。重复上述步骤即可进行下一个样品渗透性的测试。

本发明装置及方法有以下效果：装置和方法简单、环保、耗时少、可定量测试等优点。