混凝土渗透性快速评价方法

专利名称：混凝土渗透性快速评价方法
技术领域：
本发明涉及混凝土的渗透性的快速评价，属于混凝土技术领域。
现在用于评价混凝土渗透性的方法主要有如下几种(1)渗透压法，包括透水法和透气法。这种方法是传统的测试方法，适用于普通混凝土，不适于高性能混凝土；(2)电量法，包括ASTM C1202及其改良法。ASTM C1202主要是测量厚度为50mm、直径为95mm的混凝土试件在60V直流电压下，于6小时内通过的电量大小来评定混凝土的渗透性，通过电量越多，渗透性越大。此方法适用于普通混凝土，对于高性能混凝土的适用性存在争议。其改良法主要是降低了电压，延长了时间，其致命缺点与ASTM C1202一样，评定高性能混凝土时误差较大；(3)电迁移法，此法有多种，最成功的是Tang-Nillsson法(ACI Materials Journal Vol.89，NO.1.1992，49-53)，即通过对浸泡于NaCl溶液的混凝土试样施加适当电压，之后通过测量氯离子的渗透深度，利用简化的Nernst-Plank方程，求出氯离子扩散系数。此法的缺点是方法复杂，数据解析需要一定的电化学知识，而土木工程人员往往是不具备的，另外，由于测量过程时间较长，混凝土孔溶液中的离子浓度变化较大，加上测量氯离子渗透的平均深度时误差也较大，使得最后计算出的数据不准确。因此，迄今为止还没有一种既适于普通混凝土，也适于高性能混凝土渗透性的快速评价方法。
本发明的目的是提出一种混凝土的渗透性的快速评价方法，将混凝土切成薄片试样，然后真空饱水或饱盐处理，之后进行直流电导率测量，最后利用改进的Nernst-Einstein方程计算出氯离子扩散系数，通过比较饱水或饱盐电导率，或饱盐情况下的氯离子扩散系数来评价混凝土的渗透性高低。
本申请人曾经提出过一种混凝土的渗透性的快速评价的方法，专利号为97120246.X，其原理是通过将混凝土中氯离子迁移数转化为修正系数，解决了Nernst-Einstein方程难以用于实际的难题，用改进的Nernst--Einstein方程来确定混凝土中氯离子扩散系数的可行性和可靠性，但是没有给出具体的测试工艺，而且试样制备时间长，影响了工作效率。
本发明设计的快速评价混凝土渗透性的方法，包括以下各步骤(1)将混凝土切成0.5～5cm的薄片试样；(2)将混凝土薄片试样放入真空室，然后在0.001～0.005MPa的真空度下干抽1～8hrs，向真空室中放入水或盐溶液，再在0.001～0.005MPa的真空度下湿抽1～8hrs，使混凝土饱水或饱盐；(3)对饱水或饱盐后的混凝土薄片试样施加1～10V的电压，并记录各施加电压下的电流值；(4)根据上述电压、电流值，用公式(1)计算饱盐情况下的氯离子扩散系数，用公式(2)计算饱水或饱盐情况下的混凝土电导率；DCl=f·RTF2CCl·σ---(1)]]>σ=I·lV·S---(2)]]>式中DCl是氯离子扩散系数(cm2/s)；R是气体常数(8.314J/mol·K)；T是绝对温度(K)；V是施加直流电压(V)；I是测对应于V的电流(A)；l是试件厚度(cm)；S是电极面积(cm2)；F是Faraday常数(96500Coul/mol)；CCl是混凝土孔溶液中的氯离子浓度，常取饱盐溶液中的氯离子浓度(mol/cm3)；f为修正系数，通常取1.0，若欲计算自由或表观氯离子扩散系数，其取值可参见表1；σ是混凝土电导率。
根据DCl或σ的值，即可评价混凝土的渗透性。
表1修正系数f的取值
在大量实验基础上，得到了用饱盐电导率或氯离子扩散系数来评价混凝土渗透性的分级标准，见表2。混凝土的饱水电导率与饱盐电导率之间存在非常好的线性关系，图1是用饱和Ca(OH)2溶液与4M NaCl溶液饱和相同混凝土时测得的饱水电导率与氯离子扩散系数之间的关系，可根据此关系结合表2来评价混凝土的渗透性。
表2基于氯离子扩散系数的混凝土渗透性分极
*为25℃，用4M或饱和NaCl溶液饱和的饱盐混凝土的电导率本发明的测试方法，确定了相应的快速测试工艺，能在24hrs内给出正确数据，是目前最为快速、准确的测试方法。其原因主要是通过真空饱水饱盐技术，使得即使是高强高性能混凝土在适当试样厚度内，也能在不到24hrs的时间内完成饱水饱盐的技术难题。不同混凝土试样的饱透时间不同，实际上，已能实现在4～12hrs内饱透混凝土试样，出于对工作时间的考虑，通常定为24hrs一个周期，本发明使整个检测周期大大缩短，测试速度快，数据准确，同时给出了混凝土渗透性分极标准。本发明具有以下优点(1)所用设备可简可繁，实验室、现场均可具备。(2)测量简单，无需操作人员进行大量复杂的工作，计算简便，不需要懂得电化学知识。(3)数据准确，可靠，可为工程技术人员提供简单预测钢筋混凝土结构使用寿命的氯离子扩散系数。(4)既适用于普通混凝土，也适用于高性能混凝土。


图1是本发明氯离子扩散系数与饱水电导率间的关系图。
下面详细介绍本发明的内容。
试样制备包括两部分一是将混凝土块体切成适当厚度的薄片，二是将混凝土薄片试样(以后简称试样)进行饱水或饱盐处理。
混凝土试样的厚度通常取决于混凝土中最大骨料粒径尺寸，准确测量氯离子扩散系数时，试样厚度至少等于最大骨料粒径尺寸，通常可取2～5cm；进行渗透性相对比较或定性比较时，可切得更薄以缩短检测时间，如0.5～1cm厚即可。注意混凝土试块端部1～2cm混凝土要舍去以消除表面效应。
饱水处理适用于用饱水电导率来评价混凝土渗透性的情况，饱盐处理适用于用饱盐电导率或氯离子扩散系数来评价混凝土渗透性的情况。饱水饱盐方法可采用自然浸泡法，即将混凝土试样浸泡于水或盐溶液中一定时间，通常为2～12周；也可采用真空饱水饱盐法，此法目前已可使厚度小于5cm，强度在120MPa内的混凝土在24小时内饱透，具体工艺为将混凝土试样垂直码放在真空室中，然后在0.001～0.005MPa的真空度下干抽1～8hrs，然后放入水或盐溶液，再在0.001～0.005MPa的真空度下湿抽1～8hrs，之后，保持真空或自然泄漏至24hrs止。需要说明的是，干抽和湿抽的时间长短取决于混凝土试样的致密程度和厚度，试样越致密、越厚，抽真空的时间相应越长；反之，则越短。饱水可用蒸馏水、自来水或饱和Ca(OH)2澄清液；饱盐可用4M或饱和NaCl溶液，可由蒸馏水和分析纯NaCl配制而成，也可由自来水和化学纯试剂配制。
电导率测量可采用直流法或交流法，操作上可采用手动法或自动法。本发明主要进行直流电导率测量。手动测量可采用直流电源和万用表进行，自动测量可采用我们研制的专用自动测量系统进行，该系统由计算机、数据采集卡(A/D、D/A板)以及专门编写的ADM软件组成。直流电导率的测量通常可在小于10V的电压范围内进行。用自动测量系统进行检测的工艺为将饱透的混凝土试样放入直径为5cm的两电极间，然后在1～10V的范围内进行扫描或施加单一电压，利用所提供的ADM软件自动测量电导率或氯离子扩散系数。一般可在2～5V的范围内，以1V为一步长，稳定时间10～30sec进行线性扫描，将所得结果中偏离较大的去除后，将其余数据平均即可。通常取三块以上平行试样的平均值评价混凝土的渗透性高低。本方法可避免由于电极严重极化造成的测量误差。
常用测试电极为直径5cm、厚度为2.5cm，表面光洁度为7的紫铜电极。为保证电极与试件间的良好电接触，可在电极与试件之间垫一与电极面积相同的80目市售标准铜网。
下面介绍本发明的实施例.
实施例一试样北京冶金建筑研究院来样，配合比见表3，其中B-23为基准混凝土，B-24、B-25中均掺入10％的密实剂，B-25中掺入了12.5％的粉煤灰。
将送来的100×100×300mm的混凝土长条端部20mm切去，然后按骨料最大粒径20mm切成厚度为20mm的混凝土薄片试样。之后进行自然饱盐，饱盐溶液为4MNaCl溶液，由蒸馏水和分析纯NaCl配制而成。自然浸泡3周后进行电导率测量。电导率测量采用手动法，即采用大华无线电仪器厂生产的DH1720-4双稳直流电源，手动调节电压，电流和电压的测量采用内阻为107欧姆的数字万用表。施加2、3、4、5V电压，稳定1～5分钟后记录相应电流，然后计算出混凝土电导率，通过公式(1)计算氯离子扩散系数。结果见表4，表4中的抗渗实验由冶建院按JC492-94标准自己完成。
表3混凝土试样配合比


实施例二试样北京建筑材料科学研究院来样，配合比未提供，只说明每组试样中均复掺一定量粉煤灰和磨细矿渣，最大骨料粒径为20mm。
将送来的100×100×100mm的混凝土立方块按实施例一中所述方法进行切割。将切好的试样进行真空饱盐。饱盐工艺为在真空度为0.001MPa下干抽6hrs，然后放入4MNaCl溶液(由自来水和分析纯试剂配制)后再在相同真空度下湿抽2hrs，之后关闭真空泵，过夜后取出试样进行电导率测量。电导率测量采用自动法，即由ADM软件和自动测试系统在1～10V范围内，以步长1V，稳定时间10sec，进行自动测量，每个电压下的氯离子扩散系数由ADM软件自动计算，之后将其中偏差大于15％的数值去除后将其余数据平均即得一块试样中氯离子扩散系数值。将三块试样中相近的数值平均即得该组混凝土中氯离子的扩散系数值。三组试样A、B、C的检测结果见表5。
表5混凝土中的氯离子扩散系数 (10-9cm2/s) RT＝34℃

注二项平均值是除斜体数字外的另外两项值的平均。
实施例三试样清华大学建材教研组来样，详细配合比未提供。试样制备同实施例二，不同之处在于饱盐工艺的真空度为0.005MPa。电导率测量采用手动法，同实施例一。测试结果见表6。
表6氯离子扩散系数检测结果

注A-30(50)-36冀东525水泥，西高井2级粉煤灰，掺30％(50％)，水灰比0.36；B-30(50)-30冀东525水泥，元宝山1级粉煤灰，掺30％(50％)，水灰比0.30。
实施例四试样中国建筑材料研究院来样，配合比未提供。试样制备同实施例二，不同之处在于饱盐工艺的真空度为0.004MPa，干抽时间为4hrs。电导率测量采用手动法，同实施例一。测试结果见表7。
表7氯离子扩散系数检测结果

实施例五试样清华大学建材教研组来样，配合比未提供。试样制备同实施例二，不同之处在于饱盐工艺的真空度为0.001MPa，湿抽时间为6hrs。电导率测量采用自动法，同实施例二。测试结果见表8。
表8氯离子扩散系数测试结果

权利要求
1.一种快速评价混凝土渗透性的方法，其特征在于，该评价方法包括以下各步骤(1)将混凝土切成0.5～5cm的薄片试样；(2)将混凝土薄片试样放入真空室，然后在0.001～0.005MPa的真空度下干抽1～8hrs，向真空室中放入水或盐溶液，再在0.001～0.005MPa的真空度下湿抽1～8hrs，使混凝土饱水或饱盐；(3)对饱水或饱盐后的混凝土薄片试样施加1～10V的电压，并记录各施加电压下的电流值；(4)根据上述电压、电流值，用公式(1)计算饱盐情况下的氯离子扩散系数，用公式(2)计算饱水或饱盐情况下的混凝土电导率；DCl=f·RTF2CCl·σ---(1)]]>σ=I·lV·S---(2)]]>式中DCl是氯离子扩散系数(cm2/s)；R是气体常数(8.314J/mol·K)；T是绝对温度(K)；V是施加直流电压(V)；I是测对应于V的电流(A)l是试件厚度(cm)；S是电极面积(cm2)；F是Faraday常数(96500Coul/mol)；CCl是饱盐溶液中的氯离子浓度(mol/cm3)；f为修正系数，取1.0；σ是混凝土电导率；根据DCl或σ的值，即可评价混凝土的渗透性。
全文摘要
本发明涉及一种快速评价混凝土渗透性的方法,将混凝土切成薄片试样,放入真空室中,干抽,然后向真空室中放入水或盐溶液,湿抽,使混凝土饱水或饱盐,对试样施加电压,并记录电流值;计算氯离子扩散系数和混凝土电导率。根据氯离于扩散系数和混凝土电导率的值,即可评价混凝土的渗透性。本发明优点是测量简单,数据准确可靠,既适用于普通混凝土,也适用于高性能混凝上。
文档编号G01N27/00GK1249427SQ9911953
公开日2000年4月5日 申请日期1999年9月10日 优先权日1999年9月10日
发明者路新瀛 申请人:清华大学