一种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法
【专利摘要】本发明提供了一种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法。制作两端预埋螺栓的水泥基试件；配制用于加速劣化试验的盐溶液；利用弹性模量较高的材料制作约束装置。进行劣化试验时，将螺栓穿过约束装置，再用螺母连接，通过电液伺服万能试验机调节试件的约束度。劣化过程采用非金属超声检测分析仪和位移传感器对试件的超声波参数和位移变化进行实时监测，劣化前后采用X?射线计算机断层扫描技术对试件微孔结构参数进行统计分析。与传统的劣化试验方法相比，该约束装置更加灵活方便，劣化效果更加明显；与传统的劣化判定方法相比，该法可以实时监测劣化过程，微观孔结构参数的统计分析方法，更加直观可靠。
【专利说明】
一种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法
技术领域
[0001]本发明涉及到土木工程材料领域中建筑材料的耐久性试验方法和评判方法，尤其是一种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法。
【背景技术】
[0002]目前，混凝土材料已成为世界上用途最广、用量最大的建筑结构材料，其性能和时变性直接影响重大基础工程的服役性能与服役寿命。然而，由于高盐、高温差、低湿度、高温/冰冻等环境作用，我国沿海和西部盐湖等严酷环境下的混凝土材料往往过早失效，进而影响到工程结构，导致众多基础设施服役寿命大幅降低，经济损失巨大，严重制约海洋发展。
[0003]海洋潮汐区发生的干湿交替盐溶液侵蚀作用会加速混凝土的性能劣化，混凝土中介质传输、化学侵蚀、力学损伤之间的交互作用机制与一般环境具有明显的区别，其性能退化过程具有显著的时变性与随机性特征。研究混凝土在干湿交替盐溶液侵蚀作用下的劣化，可以对严酷环境下某一时期内混凝土材料的损伤情况进行预测和评价。
[0004]素混凝土在单纯的自由形变时并不会产生裂纹，只有当变形受到限制时才会产生内应力并逐渐开裂。实际工程结构中，混凝土总是因受到一定的外部约束(模板、钢筋、支座和相邻构件等)而导致形变受到限制，从而产生约束应力，最终结构产生明显变化。本发明通过模拟海洋环境中干湿交替现象和盐溶液侵蚀过程，提供了一种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是提供一种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法。
[0006]技术方案:一种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法，包含如下的步骤:
[0007](I)制作水泥基材料的试件:在试件的两端预埋两根螺栓制得劣化试件和对比试件；
[0008](2)配制加速劣化试验所需的盐溶液；
[0009](3)制作加速试验所需的约束装置:约束装置由上下左右四块板两两相对固定连接构成，截面为矩形;左板和右板中间设有对应的圆孔贯穿；
[0010](4)劣化试验时，将试件两端的螺栓穿过约束装置，再用螺母固定;通过电液伺服万能试验机控制试件的约束度;劣化过程采用非金属超声检测分析仪和位移传感器对试件的超声波参数和位移变化进行实时监测，劣化前后采用计算机X-射线断层扫描技术对试件的微孔结构参数进行统计分析。
[0011]步骤(I)中所述的螺栓长度为2?20cm，材质为不锈钢。
[0012]步骤(2)中所述的盐溶液为硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸镁、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁的任意一种或几种的混合。
[0013 ]步骤(3)中所述的约束装置材质为不锈钢、铸铁、陶瓷、普通玻璃、有机玻璃中的任意一种或几种的组合。
[0014]步骤(4)中所述的劣化过程所测的超声波参数为超声波的声时、声速、波幅、频率中的任意一种或几种。
[0015]步骤(4)中所述的劣化前后测定的微孔结构参数包括孔体积、孔面积、孔隙率中的任意一种或几种。
[0016]有益效果:
[0017]1、本发明采用单轴约束方法，与传统的圆环约束、平板约束方法相比，该法可以对劣化过程中不同尺寸试件的形变，超声波参数变化等指标进行即时测定。
[0018]2、与温度-应力试验机控制试件的约束度相比，该法采用电液伺服万能试验机控制试件约束度更为灵活，操作更为方便，且成本低廉。
[0019]3、与质量损失率、强度损失率等传统的劣化判定方法相比，超声波参数变化和形变的判定方法更为方便，准确。该法可以对劣化全过程进行实时，无损监测。
[0020]4、采用X-射线计算机断层扫描技术对试件劣化前后的微孔结构参数进行统计分析，研究试件的微观结构变化，该法更为直观可靠。
【附图说明】
[0021 ]图1是劣化试验的约束装置示意图。
[0022]图2是试件形变随循环次数的变化关系图；SI为自由状态劣化；S2为约束状态劣化。
[0023]图3是干湿循环条件下试件的超声波声速变化图；SI为自由状态劣化;S2为约束状态劣化。
[0024]图4是劣化前后试件总孔体积的对比图；SI为自由状态劣化;S2为约束状态劣化。
【具体实施方式】
[0025]下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明。
[0026]—种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法，包含如下的步骤:
[0027](I)制作水泥基材料的试件；
[0028]在试件的两端预埋两根螺栓制得劣化试件和对比试件；
[0029](2)配制加速劣化试验所需的一定浓度盐溶液；
[0030](3)制作加速试验所需的约束装置；
[0031]约束装置分为左板，右板各一块，中间开圆孔贯穿，上板，下板各一块。拼接后，再采用螺栓固定连接各板。劣化试验时，将螺栓穿过装置，再用螺母连接。通过电液伺服万能试验机控制试件的约束度。
[0032](4)劣化过程采用非金属超声检测分析仪和位移传感器对试件的超声波参数和位移变化进行实时监测，劣化前后采用X-射线计算机断层扫描系统自带的VG Stud1 Max2.0软件对试件微孔结构参数进行统计分析。
[0033]所述的螺栓长度为2?20cm，材质为不锈钢。
[0034]所述的盐溶液为硫酸钠，硫酸钾，硫酸镁，硝酸钠，硝酸钾，硝酸钙，硝酸镁，氯化钠，氯化钾，氯化钙，氯化镁的一种或几种的混合，各溶液质量分数为O?90%。
[0035]所述的约束装置材质为不锈钢，铸铁，陶瓷，普通玻璃，有机玻璃的一种或几种的组合。
[0036]所述的劣化过程所测的超声波参数为超声波的声时，声速，波幅，频率的一种或几种。
[0037]所述的劣化前后测定的微孔结构参数为孔体积，孔面积，孔隙率的一种或几种。
[0038]实施例
[0039](I)制作水泥基材料的试件；
[0040]按照配合比水泥:水:砂=1: 0.5: 3制备水泥砂浆试件，尺寸为40mm X 40mm X160mm。在试件的两端预埋两根长度为8cm的螺栓，其中露出距离为4cm。制得劣化试件和对比试件；
[0041](2)配制加速劣化试验所需的一定浓度的盐溶液；
[0042]为加速劣化进程，配制质量分数为5%的Mg2SO4，10%的NaCl和10%的Na2SO4混合盐溶液进行加速劣化试验。同时采用干湿循环方式，干湿循环制度为室温(20°C)浸泡8h，50°C干燥16h，此24h为一个循环。
[0043](3)制作加速试验所需的约束装置；
[0044]约束装置材质为不锈钢，分左板、右板各一块，中间开圆孔贯穿，上板、下板各一块。拼接后，再采用螺栓固定连接各钢板。劣化试验时，将螺栓穿过装置，再用螺母连接。通过电液伺服万能试验机控制试件的约束度为0.70?0.75。
[0045](4)加速劣化试验在恒温恒湿箱内进行。将该设备接入LVDT位移传感器，对试件形变进行实时测量。使用时将两个传感器分别与试件两端连接，输出信号由采集仪储存。利用非金属超声检测分析仪对试件经各干湿循环后超声波声速进行测量。利用X-射线计算机断层扫描系统对试件劣化前后的微观结构进行扫描，并利用VG Stud1 Max 2.0软件统计分析试件的孔体积。
[0046]图1是劣化试验的约束装置示意图。
[0047]图2是试件形变随循环次数的变化关系图；SI为自由状态劣化，S2为约束状态劣化。总体上，SI和S2试件在劣化阶段均表现为膨胀，SI试件的最终膨胀值约为1.72 X 10—4，而S2试件的膨胀值较小，120d时达到0.59 X 10—4。此后，S2试件由膨胀转为收缩，与其初始尺寸相比，总膨胀值降为0.27X10—4。原因是劣化一段时间后，试件内部微结构发生明显变化，抵消了部分膨胀应力。
[0048]图3是干湿循环条件下试件的超声波声速变化图；SI为自由状态劣化，S2为约束状态劣化。SI和S2试件的超声波声速的降低值都随着干湿循环次数的增加而增大，但S2试件经过120次循环时出现明显的拐点，超声波声速降低值大幅减小，说明此时试件的劣化现象最为明显。
[0049]图4是劣化前后试件总孔体积的对比图；SI为自由状态劣化，S2为约束状态劣化。SI试件劣化120d时较劣化前的孔体积略有增加，变化率约为12.56%，而S2试件劣化120d后较劣化前的孔体积增幅较大，变化率达到28.58%。这是因为S2试件经劣化产生了干缩湿涨应力和盐结晶膨胀应力等内应力，该应力因受到外部约束无法完全释放，产生残余应变并逐渐累积，最终导致试件内部微结构发生变化;而Si试件的干湿循环，盐溶液侵蚀过程无外部约束，残余应力较小或累积较少，不足以使试件内部结构产生明显变化。
【主权项】
1.一种约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法，其特征在于，包含如下的步骤: (1)制作水泥基材料的试件:在试件的两端预埋两根螺栓制得劣化试件和对比试件； (2)配制加速劣化试验所需的盐溶液； (3)制作加速试验所需的约束装置:约束装置由上下左右四块板两两相对固定连接构成，截面为矩形;左板和右板中间设有对应的圆孔贯穿； (4)劣化试验时，将试件两端的螺栓穿过约束装置，再用螺母固定;通过电液伺服万能试验机控制试件的约束度;劣化过程采用非金属超声检测分析仪和位移传感器对试件的超声波参数和位移变化进行实时监测，劣化前后采用计算机X-射线断层扫描技术对试件的微孔结构参数进行统计分析。2.根据权利要求1所述的约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法，其特征在于，步骤(I)中所述的螺栓长度为2?20cm，材质为不锈钢。3.根据权利要求1所述的约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法，其特征在于，步骤(2)中所述的盐溶液为硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸镁、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁的任意一种或几种的混合。4.根据权利要求1所述的约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法，其特征在于，步骤(3)中所述的约束装置材质为不锈钢、铸铁、陶瓷、普通玻璃、有机玻璃中的任意一种或几种的组合。5.根据权利要求1所述的约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法，其特征在于，步骤(4)中所述的劣化过程所测的超声波参数为超声波的声时、声速、波幅、频率中的任意一种或几种。6.根据权利要求1所述的约束状态下水泥基材料的加速劣化试验方法和判定方法，其特征在于，步骤(4)中所述的劣化前后测定的微孔结构参数包括孔体积、孔面积、孔隙率中的任意一种或几种。
【文档编号】G01N15/08GK105973791SQ201610305125
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】钱春香, 陈怀成, 陶强兵, 黄浩良
【申请人】东南大学