非接触式阻抗法测定混凝土连通孔隙率的方法与试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及混凝土孔隙率测定技术领域，尤其涉及一种非接触式阻抗法测定混凝 土连通孔隙率的方法与试验装置。
【背景技术】
[0002] 混凝土是一种多孔材料，在土木工程结构中有着广泛的应用。随着全球经济快速 发展，建设规模空前，水泥基材料使用量逐年上升，对于经济高速发展的中国尤为突出。我 国是一个发展中的大国，正在从事着大规模的基础设施建设，但我国的各种资源和能源并 不丰富，因此更需要从战略高度，合理地利用有限的资源，科学地设计出安全、适用又耐久 的工程项目，更要尽可能延续现有基础设施的使用寿命。
[0003]处于海洋环境、撒除冰盐环境以及工业环境中的钢筋混凝土结构，由于氯盐、水分 和氧气通过混凝土的毛细孔到达钢筋表面从而引起钢筋腐蚀，会大大降低混凝土结构的使 用寿命。由钢筋锈蚀导致的混凝土结构耐久性问题，已成为国际研究热点问题。据统计，环 境对混凝土结构腐蚀破坏造成的损失，有些国家会达到国民生产总值的2 %~4%。混凝土 中的孔隙分为开口孔、半开口孔和封闭孔。侵蚀介质向混凝土中的传输速度除受环境温湿 度影响外，主要取决于混凝土的开口连通孔隙率。准确测定混凝土的连通孔隙率是预测混 凝土抵抗侵蚀介质传输能力的关键。如今，混凝土孔隙率的测定通常采用压汞法。压汞法的 测定结果容易受汞压力的影响，测得孔隙率通常包括连通孔和部分半连通孔隙，而真正为 介质传输提供通道的是连通孔隙。由于受试验技术和压汞原理的限制，测试混凝土的孔隙 率，如今的做法是将混凝土破碎，然后取混凝土内的砂浆部分进行压汞试验，而且试样尺寸 通常只有黄豆般大小（约直径5mm)。可见，压汞法测试混凝土的孔隙率，实际上是测试砂浆 的孔隙率，没有包含粗骨料。实际应用中的钢筋混凝土结构，混凝土必然都是包含粗骨料 的。要真实测定混凝土的连通孔隙率，需要包含粗骨料，而要保证混凝土中粗骨料的均匀 性，通常试件边长要大于2.5倍骨料粒径，假如粗骨料最大粒径25mm，试件截面边长应该在 65_左右，采用传统测试方法很难做到。
[0004]事实上，混凝土是包含粗骨料、细骨料和水泥石基体的三相复合材料，而毛细孔 (还有更小的凝胶孔)则主要存在于水泥石基体中。有研究表明，骨料和水泥石的界面过渡 区也是孔隙含量较高的区域。如果采用砂浆反映混凝土的孔隙特征，粗骨料的影响不能很 好测定，且粗骨料与水泥石基体间的界面过渡区会被忽略。要准确预测混凝土结构的抗介 质侵蚀能力，需要准确定量混凝土的连通孔隙率。因此，研发一种操作简便、能够准确测定 混凝土连通孔隙率的试验装置具有十分重要的工程价值，可对实验室配制混凝土样品或既 有混凝土结构现场取样混凝土进行连通孔隙率测定，从而进行耐久性能预测，对科学研究 和工程应用都具有很重要的意义。
【发明内容】
[0005]为了克服现有测定混凝土连通孔隙率实验技术的不足，本发明提供一种稳定性 高、操作简便、能够实现混凝土连通孔隙率测试，尤其涉及应用非接触式阻抗技术，且适用 于实验室新配制混凝土以及现场取样性能未知混凝土连通孔隙率测试的试验装置，用以测 定混凝土的连通孔隙率并评估混凝土的抗侵蚀性能，以解决目前尚无有效方法测定混凝土 材料连通孔隙率的问题。
[0006] 本发明所述的非接触式阻抗法测定混凝土连通孔隙率的方法，包括以下步骤：
[0007] 1)混凝土待测试件的准备：
[0008] 浇筑成型待测混凝土试件或现场取芯制成待测混凝土试件，并将待测混凝土试件 在标准浓度盐溶液中浸泡或真空饱盐至孔隙饱和，所述标准氯化钠溶液的浓度为0.1~ 2m〇l/L；
[0009] 2)测定前的准备：
[0010]实验前保证标准浓度盐溶液与步骤1)获得的饱盐待测混凝土试件温度相同，将两 法兰压盘密封对接，在加液管中灌注标准盐溶液以标定仪器，并确定标准浓度盐溶液的电 阻率P0 ;标定结束后，排掉标准盐溶液，将饱盐待测混凝土试件与橡胶密封圈接触处涂少许 凡士林以增加密封性，然后将连接有法兰压盘的加液管与饱盐待测混凝土试件密封紧固成 为一个密封整体，重新向加液管中灌注标准盐溶液，试验中选用NaCl溶液;所述NaCl溶液的 浓度为〇. 1~2mol/L;
[0011] 3)电阻率p测定：
[0012] 设置数据采集系统的采样频率，数据处理系统从电阻率测定系统中自动采集感应 电流和电压，计算程序根据式（1)计算电阻率，并实时显示电阻率变化率曲线，待电阻率变 化率随时间的变化曲线接近水平直线时，此时的电阻率值即为混凝土试块在标准盐溶液饱 和情况下的电阻率：
[0013] p= (1)
[0014] 式中，p为待测试件的电阻率（Ω·π〇，ν为感应环电压(V)，I为感应环电流(A)，S为 待测试件的有效截面面积(m2)，L为待测试件的厚度(m);
[0015] 4)孔隙率Φ测定：
[0016] 根据Archie方程可得电阻率与孔隙率的关系，如式(2)。将其应用到混凝土连通孔 隙计算，则通过测定混凝土的电阻率值再由式(2)计算混凝土的连通孔隙率Φ:
[0017]
[0018] 式中，P为混凝土的电阻率（Ω·m)，Pq为标准浓度盐溶液的电阻率（Ω·m)，Φ为 孔隙率，c^Pm为拟合系数。
[0019]按照本发明所述的方法构建的试验装置，其特征在于:包括离子迀移单元、电阻测 量单元和数据处理单元，所述的离子迀移单元包括两个带通孔的法兰压盘、加液管、补液水 槽和对拉螺杆，所述的加液管的每个端口对应一个法兰压盘;所述的加液管的两端口分别 从相应的法兰压盘外端面插入其通孔内；两个法兰压盘内端面相对并通过对拉螺杆形成用 于夹持待测试件的测试腔，法兰压盘与待测试件之间由橡胶垫圈密封;所述的补液水槽与 所述的加液管管路连通；
[0020] 所述的电阻测量单元包括信号发生器、线圈、磁芯和电流传感器，所述的加液管依 次穿过磁芯和电流传感器后与相应的法兰压盘固接;所述的线圈缠绕在所述的磁芯上，并 且所述的线圈两端与所述的信号发生器的信号输入端电连；
[0021] 所述的数据处理单元包括信号采集器、信号处理器和中央控制器，所述的信号采 集器的输入端与所述的电流传感器的信号输出端电连，所述的信号发生器的信号输出端、 所述的信号采集器的输出端分别与所述的信号处理器的信号输入端电连，所述的信号处理 器的信号输出端与所述的中央控制器的相应的端口电连。
[0022] 所述的加液管为环形结构。
[0023]所述的加液管上设有进液阀门和排液阀门，其中所述的进液阀门设置在与补液水 槽相连的管路连接处，所述的排液阀门设置在加液管的底部。
[0024]所述的补液水槽通过软管与所述的加液管连通。
[0025] 所述的法兰压盘上部设有通气孔，其中所述的通气孔一端与所述的通孔连通，另 一端与法兰压盘外部连通。
[0026]所述的加液管采用非导电类的酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑 料、有机娃树脂或丙烯基树脂类材料制成。
[0027] 所述的法兰压盘的通孔为台阶孔，并且所述的法兰压盘的内端面的通孔直径大于 外端面的通孔直径，并且所述的通气孔其中一端与靠近所述的法兰压盘的内端面的通孔连 通。
[0028]所述的对拉螺栓两端穿过法兰压盘上的螺栓连接孔后螺接两个紧固螺帽，其中所 述的紧固螺帽采用翼型不锈钢螺帽。
[0029]作为一种改进，本发明中所述离子迀移系统的加液管中注满已知浓度的盐溶液， 盐溶液可以由补液水槽补充，法兰上部设置有通气孔，保证加注盐水顺畅且盐水能充满整 个加液管截面，试验结束后盐溶液由排液阀门排出。待测试件放置于两个法兰压盘之间，法 兰压盘与待测试件之间由橡胶圈密封，用对拉螺杆固定法兰压盘与待测试件。
[0030]作为一种改进，本发明的特征还在于所述的加液管采用非导电类的酚醛塑料、聚 氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或丙烯基树脂类材料制成。对拉螺栓采 用不锈钢螺栓，紧固螺帽采用翼型不锈钢螺帽，紧固法兰不需借助外在工具。
[0031]作为