一种测试水泥基材料表面氯离子浓度的方法与流程

本发明涉及混凝土抗氯离子渗透性试验领域，具体涉及一种测试水泥基材料表面氯离子浓度的方法。

背景技术：

在建筑领域，混凝土中氯离子的含量对钢筋混凝土结构的耐久性有重要影响，氯离子具有离子半径小、穿透能力强，并且能够被金属表面较强吸附的特点，它会降低钢筋表面钝化膜形成的可能或加速钝化膜的破坏，促进局部腐蚀，尤其是当氯离子与氢氧根离子浓度比值超过限制时，将会引起钢筋钝化膜脱落，进而引起钢筋的锈蚀，导致钢筋承载力下降和混凝土开裂、剥落，因此测量混凝土中氯离子含量对于评估混凝土结构的耐久性设计与施工，以及使用寿命预估至关重要。

混凝土内部的自由氯离子和化学结合氯离子已有相应的方法进行测试，然而混凝土表面因与含有氯离子的溶液接触而物理吸附氯离子的特性尚无简便的方法进行测量，该特性的测量利于对混凝土结构耐久性的更精确地评估。例如，传统常用的混凝土抗氯离子渗透性试验方法包括rcm法和浸泡法。rcm法是基于试件内部氯离子非稳态电迁移的一种试验方法,通过试验期间测得的氯离子渗透深度来计算氯离子的扩散性。浸泡法即试件经过一定时间的浸泡或扩散，测量其不同深度的氯离子含量，后利用数学模型计算氯离子在混凝土中的传输速度。上述的方法均不能精确表征物理吸附的表面氯离子，因此难以更准确地衡量混凝土耐久性。

目前被广泛采用的北欧混凝土规范ntbuild443及492中的混凝土氯离子扩散系数快速测定方法的原理为：利用外加电场的作用使试件外部的氯离子向试件内部迁移，经过一段时间后，将上述试件沿轴向方向劈裂，在新劈开的断面上喷硝酸银溶液，然后根据生成的白色氯化银沉淀测量氯离子渗透的深度，以此计算出混凝土氯离子扩散系数，然而在确定混凝土中氯离子迁移系数时，均需要确定物理吸附的表面氯离子浓度，即水泥基材料表面与溶液接触部分固液界面里氯离子浓度。

另外，在水泥基材料中，双电层中的氯离子和自由氯离子统称为“可传输氯离子”，基于可传输氯离子浓度分布表征氯离子迁移被认为可更精确衡量混凝土耐久性。计算可传输氯离子扩散系数时，也需要确定表面氯离子浓度。

目前尚未发现测试水泥基材料表面氯离子浓度的有效简便的方法，因此，有必要对该不足加以改进。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种可有效简便地测试水泥基材料表面氯离子浓度的方法。本发明通过以下技术方案实现：一种测试水泥基材料表面氯离子浓度的方法，通过绝缘的模具和挡板制作两间隔设置的试件，并在每一所述试件上设置内部电极和外部电极，待所述试件凝固，拆除设于两所述试件之间的所述挡板，使得所述模具和所述试件在所述试件之间形成容腔，在设定条件下养护至规定龄期后得到试验样品，向所述试验样品的所述容腔加入氯离子溶液，采用交流阻抗的四点测量方法测试所述试件的交流阻抗谱，并计算出所述试件表面的吸附层的厚度，基于所述吸附层的厚度，即可得出所述吸附层中氯离子的浓度，该浓度即为水泥基材料表面氯离子浓度。

优选的，所述试验样品包括多个，向每个所述试验样品的所述容腔分别加入不同浓度的所述氯离子溶液。

优选的，通过拟合分析得出所述吸附层的电容值，基于所述电容值通过电容计算公式得出所述吸附层的厚度。

优选的，所述模具呈长方形容器状，且顶部敞口。

优选的，所述内部电极预埋在所述试件内，所述外部电极贴覆在所述试件的外端面上。

优选的，所述内部电极包括钛棒，所述外部电极包括不锈钢的电极片。

优选的，所述模具的四周和底部均进行密封防水处理。

本发明无需微观和化学实验，也无需对试样进行切割，成本十分低廉，测试方便快捷，并能保持实验室环境整洁，测试结果准确可靠，利于对混凝土表面物理吸附氯离子的特性评估，利于混凝土中氯离子迁移系数的测定，利于更准确地衡量混凝土的耐久性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例制备试样阶段的俯视结构示意图；

图2为图1中aa向剖视图；

图3为图1中bb向剖视图；

图4为图1中电极片的结构示意图。

图中各标号对应如下，模具1，挡件2，电极片3，钛棒4，固定件5。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的描述：

作为一种示例，本实施例测试水泥基材料表面氯离子浓度的方法，如图1-4所示，包括以下步骤：

1)采用绝缘有机玻璃制成一定尺寸的模具1。模具1所用有机玻璃厚度为3.7mm，模具1长95.4mm、宽47.4mm、高43.7mm，采用强力胶粘合模具1接口处，保证模具1不漏水。

2)在模具1中间位置放置一个方形挡件2，用以阻挡定型混凝土。在挡件2侧面中线位置处开孔直径为2mm的固定孔，。

3)在模具1侧板中心位置开孔直径为2mm的固定孔，且该固定孔与挡件2的固定孔对应。在模具1侧板距离端部内侧22mm位置处开孔直径为2mm的电极孔，以用于插入圆柱状的钛棒4。

4)将挡件2放于模具1中间位置，并在上述的固定孔处插入固定件5，固定件5贯穿挡件2和模具1侧面，用以阻止挡件2移动，本实施例的固定件5以钢钉方式实施。

5)在模具1内部两端部处预设两个不锈钢的电极片3，用作交流阻抗四点测试的两个外部电极，电极片3厚度为1.0mm。将两个钛棒4分别插入电极孔，用作交流阻抗四点测试的两个内部电极，两个钛棒4在同一侧外露预留10mm，用强力胶密封电极孔周围，以防止漏水。

6)将水泥基材料浇筑在不锈钢电极片3和挡件2之间以形成试样，优选电极片3完全贴覆试样的外端面，待试样凝固，拆除模具1内部的挡件2后，再放于设定条件下养护至规定龄期即得到试验样品，本实施例优选为包括多个试验样品，向每个试验样品原来放挡件2的位置处，即模具1和试样之间形成的容腔处，分别加入不同浓度的氯离子溶液，并用交流阻抗的四点测量方法测试试样的交流阻抗谱，采用两个rc并联电路后串联进行拟合分析，得到吸附层的电容值，进而基于电容计算公式可得到试验样品的吸附层厚度，介于几纳米至十几纳米之间。

7)基于吸附层厚度，可计算出吸附层厚度中氯离子浓度，即水泥基材料表面氯离子浓度。

本实施例的方法无需微观和化学实验，也无需对试样进行切割，成本十分低廉，测试方便快捷，并能保持实验室环境整洁。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种测试水泥基材料表面氯离子浓度的方法，通过绝缘的模具和挡板制作两间隔设置的试件，并在每一试件上设置内部电极和外部电极，待试件凝固，拆除设于两试件之间的挡板，使得模具和试件在试件之间形成容腔，在设定条件下养护至规定龄期后得到试验样品，向试验样品的容腔加入氯离子溶液，采用交流阻抗的四点测量方法测试试件的交流阻抗谱，并计算出试件表面的吸附层的厚度，基于吸附层的厚度，即可得出吸附层中氯离子的浓度，该浓度即为水泥基材料表面氯离子浓度。本发明成本低廉，方便快捷，测试结果准确可靠，利于对混凝土表面物理吸附氯离子的特性评估，利于混凝土中氯离子迁移系数的测定，利于更准确地衡量混凝土的耐久性。

技术研发人员：何富强;麻秀星;王瑞攀;桂苗苗;徐仁崇
受保护的技术使用者：厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司;厦门天润锦龙建材有限公司
技术研发日：2018.12.25
技术公布日：2019.02.19