一种氯离子渗透深度测量方法与流程

本发明涉及混凝土检测领域，具体涉及一种氯离子渗透深度测量方法。

背景技术：

《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》gb/t50082-2009中的快速氯离子迁移系数法(rcm法)，属于非稳态迁移试验法。该方法以ntbuild492-1999.11“chloridemi-grationcoefficientformnon-steady-satemigrationexperiments”为蓝本进行了适当修改，氯离子迁移系数快速测定的试验原理和方法最早由唐路平(华裔瑞典学者)等在1982年首创，后德国亚琛工业大学等机构进行了部分细节修改。

传统的rcm法试验装置如图1所示，其中阳极溶液为0.3mol/l的naoh溶液，阴极溶液为10％质量浓度的nacl溶液，在电势差作用下阴极溶液中的cl离子沿试件底部快速向试件上部扩散，利用cl离子与agno3反应件产生agcl白色沉淀，来显示cl离子渗透深度。待试验结束后，将试件取出沿轴向进行劈裂，用毛刷清除断面上劈裂产生的碎屑灰尘后立即喷涂0.1mol/l的agno3溶液指示剂。用防水笔描出渗透轮廓线，将试件断面分成10等份，除去边缘10mm范围、骨料阻挡位置、明显缺陷造成的异常点后测量不少于5个点到试件底部的距离，并计算其平均值作为氯离子渗透深度。由于断面是通过轴心劈裂产生的自然断面，断裂痕迹没有规律，且受到混凝土内骨料分布影响造成断面凹凸不平，氯离子渗透深度测量时影响游标卡尺水平对准卡齐。测量读数时游标卡尺经常产生一定倾斜角，这样游标卡尺测量读数就大于实际氯离子渗透深度，从而导致了测量值偏大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种氯离子渗透深度测量方法，以解决现有技术混凝土氯离子渗透深度测量过程中，受断面凹凸不平影响，试验人员使用游标卡尺测量不便、且容易导致测量值偏大的问题，实现提高检测结果的可信度与准确性的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种氯离子渗透深度测量方法，包括：

s1、采用rcm法对试件进行抗氯离子渗透试验，待试验结束后，将试件取出沿轴向进行劈裂，在断面上喷涂agno3溶液指示剂，断面上生成白色沉淀显色；

s2、采集断面图像；

s3、得出断面上白色沉淀区域的面积a1、非白色沉淀区域面积a2；

s4、计算氯离子平均渗透深度xd，xd＝l×a1/(a1+a2)，其中l为试件厚度。

现有技术中，混凝土的非稳态氯离子迁移系数公式为：式中：drcm为混凝土的非稳态氯离子迁移系数(10-12m2/s)；u为使用电压绝对值(v)；t为阳极溶液初始温度和结束温度平均值(℃)；l为试件厚度(mm)；xd为氯离子渗透深度的平均值(mm)；t为试验持续时间(h)。

从上式可以看出混凝土的非稳态氯离子迁移系数drcm，由5个u、t、l、xd、t因子决定，要保证drcm检测值的准确性首先得确保u、t、l、xd、t5个因子的控制和测量准确性。发明人将5个因子分为两类：一类由设备直接控制、收集记录，包含u、t、t三个因子，其测量准确性依赖于设备的灵敏度与可靠性；一类由试验人员测定包含l、xd两个因子，测量准确性由测量人员及其使用的测量工具决定并受试件外观的影响。使用检定合格的仪器就可以认为u、t、t三个因子的测量准确性已达到最佳，改进空间很小。l、xd两个因子由检测人员测定，其中l仅受切割平整度、卡尺精度、人员误差影响，采取表面打磨、多点测量求平均值的方式即可有效避免测量误差。xd受劈裂断面形貌、测量位置、测点数量、卡尺精度、人员误差等多个因素影响，难以完全有效避免偏差。因此，通过上述分析，发明人认为断面凹凸不平对测量影响很大，同时由于显色分界线起伏不平、多点测量后误差依然存在。并且，发明人在实际运用分析中发现试件断面形貌造成现有方法测量结果偏大，影响结果合格判定，究其原因在于：断面是通过轴心劈裂产生的自然断面，断裂痕迹没有规律，且受到混凝土内骨料分布影响造成断面凹凸不平，氯离子渗透深度测量时影响游标卡尺水平对准卡齐。测量读数时产生一定倾斜角，这样游标卡尺测量读数就大于实际氯离子渗透深度，从而导致了测量值偏大。

通过上述分析，发明人总结出现有技术的如下弊端：传统的多点测量求平均值的方法仅适用于分界线为直线的情况，而实际运用中，混凝土内部骨料分布的不均匀性造成显色分界线起伏不平；现有技术中对断面进行等分后多点测量求平均值的方法，难以有效表征氯离子渗透深度，特别是测点较少的情况下容易产生较大偏差(受断面凹凸不平影响)。为了克服上述问题，需要从解决断面形貌影响、解决测量点数少易造成渗透深度测量偏差这两方面入手。

为了解决断面形貌影响，发明人首先考虑了将原来的轴向劈裂试件改为轴向切割试件，制得平整的切割面的研究思路。然而随着研究深入，发现轴向切割试件虽然可以得到平整的测量面，但是在实际操作过程中存在几个问题：1)对试件进行切割时为避免切割刀片过热，需要随切割进行冲水降温，在这个过程中冷却水会稀释并带走切割面表面浅层的渗透氯离子，导致喷涂agno3溶液指示剂后显色不明显，难以界定分界线；2)由于切割面平整，喷涂agno3溶液指示剂生成白色沉淀显色后，沉淀物质会随试件表面上的指示剂溶液流淌，从而造成显色指示不准；3)切割工作相对于劈裂更加费时费力。为了进一步的克服上述问题，本申请提出了采集断面图像的方式，即是在喷涂agno3溶液指示剂生成白色沉淀显色后，对断面进行图像采集，此方法简单、操作性强，能够把立体的断面转化为平面图像。

为了解决测量点数少易造成渗透深度测量偏差的影响，依照现有技术，最直接的办法就是增加测量点数(测量间隔越小测量点数越多则测量结果越准确)，但是由于标准试件直径仅100mm，舍去了两边10mm的干扰区以及骨料阻挡区，可测量区域尺寸非常有限，所以增加测点数量有限且会加大工作量，因此直接增加测点的方法在试件实物上操作性、可行性不佳。为此，发明人运用微积分原理测量无数个点的数据，把高度测量转化为面积测量可以有效解决氯离子渗透深度的测量偏差问题。本申请中的计算公式xd＝l×a1/(a1+a2)即为发明人在付出大量创造性劳动后推导而来，其具体推导过程为：

如图2所示，将白色沉淀区域的总面积a1集中，图2中上部为正常区域(面积a2)，图像下部区域为氯离子渗透区域(面积为a1)，中间粗线条表示渗透边界线，试件厚度为l，底边宽度为n。

将图像下部氯离子渗透区域无限等分为n份(底宽为)，每等份上渗透边界线中点到底边的距离分别为x1，x2……xn-1，xn的，原始测量方法氯离子平均渗透深度为：

xd＝(x1+x2+……+xn-1+xn)/n

无限等分后每份面积为底宽()×高度(即上渗透边界线中点到底边的距离)，所以a1面积为：

由图2可知：a1+a2＝l*n，则：

即：xd＝l*a1/(a1+a2)

综上可得，本方法相较于现有技术而言，不受断面凹凸不平影响、无需使用游标卡尺测量，能够显著提高检测结果的可信度与准确性。

优选的，在断面上喷涂agno3溶液指示剂前，清除断面上因劈裂产生的碎屑灰尘。

优选的，所述断面图像由图像扫描仪进行采集。现有的图像扫描仪均可实现，扫描后图像构成简单(只有两个颜色)，便于图像处理软件识别。

优选的，步骤s3中，通过图像处理软件得到a1、a2的数值。

优选的，所述图像处理软件为opencv、imagemagick或photoshop。上述现有的商业化通用软件均可用于本方法中图像分析测量氯离子渗透深度，当然也可以自行开发专用的图像处理软件。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种氯离子渗透深度测量方法，相较于现有技术而言不受断面凹凸不平影响、无需使用游标卡尺测量，能够显著提高检测结果的可信度与准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有技术的实验示意图；

图2为本发明具体实施例试件断面的计算示意图；

图3为本发明具体实施例的不确定度堆积折线图；

图4为本发明具体实施例的运用对比图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-阳极，2-阳极溶液，3-试件，4-阴极溶液，5-直流稳压电源，6-橡胶桶，7-环箍，8-阴极，9-支架，10-试验槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

一种氯离子渗透深度测量方法，包括：s1、采用rcm法对试件进行抗氯离子渗透试验，待试验结束后，将试件取出沿轴向进行劈裂，清除断面上因劈裂产生的碎屑灰尘后立即在断面上喷涂agno3溶液指示剂，断面上生成白色沉淀显色；s2、采集断面图像；s3、得出断面上白色沉淀区域的面积a1、非白色沉淀区域面积a2；s4、计算氯离子平均渗透深度xd，xd＝l×a1/(a1+a2)，其中l为试件厚度。

其中，所述断面图像由图像扫描仪进行采集。通过图像处理软件得到a1、a2的数值。所述图像处理软件为opencv、imagemagick或photoshop。

本实施例以photoshop软件进行举例，演示本发明测量氯离子渗透深度的实际运用，只需要6步，其主要操作流程如下：

(1)启动photoshop软件打开采集到的断面图片；

(2)裁剪图片(舍去试件两边10mm的干扰区域，裁剪边线与试件边线重合)；

(3)使用快速选中工具，选中图片中的显色区域(局部选择不精确可手动调整)；

(4)点击“分析”→“记录测量”即在图片下方生成选中区域(白色沉淀区域)的像素面积a1等信息；

(5)点击“选择”→“反向选择”选中非显色区域；

(6)点击“分析”→“记录测量”生成非选中区域的像素面积a2等信息。

众所周知，对材料任何特性参量进行检测或测量时，不管方法和仪器设备如何完善，其测量结果，始终存在着不确定性。不确定度越小，则测量结果的可疑程度越小，可信度越大，测量结果的质量越高，水平越高，使用价值越高。

本实施例通过评定氯离子渗透深度测量不确定度的方式，来对比本发明方法与传统方法两种方法的测量准确度和可信度，为保证对比结果的有效性避免偶然性，选取了4组试件分别编号为b1-b4，其中b3试件氯离子渗透划线较为平直、b2试件划线起伏最多。

依据《检测和校准实验室能力的通用要求》iso/iec17025，《测量不确定度评定与表示》jjf1059，《数值修约规则与极限数值的表示和判定》gb/t8170-2008对本发明方法与传统测量方法进行测量不确定度评定：

(1)传统方法测量不确定评定结果：

表1氯离子渗透深度测量合成扩展不确定度(传统方法)

表1中试件b1取5点测量高度平均值作为氯离子渗透深度xd时，xd＝9.1mm，当置信概率为95％时扩展不确定度u＝1.3mm，相对不确定度为14.6％，其代表的意思是：b1试件氯离子渗透深度的真值有95％的可能性在(9.1±1.3)mm或(9.1±14.6％)mm的区间内。

从表1可知，渗透深度测量不确定度随着测量点数的增加氯离子而减小，说明测量点数越多测得的氯离子渗透深度xd越可信。

但是，正如前述技术方案分析中所述，由于试件直径100mm舍去了两边10mm的干扰区以及骨料阻挡区，可测量区域尺寸有限，所以增加测点数量有限且会加大工作量，因此通过直接增加测点来提高测量结果可靠性的方法在试件实物上操作性、可行性不佳。

(2)本发明方法的测量不确定度评定结果：

表2氯离子渗透深度测量扩展不确定度(本发明方法)

(3)两种方法的合成不确定度对比

方法的合成不确定度，即按照不确定度的传递规律考虑了方法操作前后环节的不确定度影响，对不确定进行合成，是方法最终结果输出的不确定度。将两种方法的相对合成不确定度对作堆积折线图，如图3所示。从图3可以看出四个试件传统方法测量氯离子渗透深度不确定度平均值分别为7.5％(5点)、6.5％(7点)、5.7％(9点)；而本发明方法测量氯离子渗透深度的不确定度平均值分别为1.5％(1次)、1.0％(3次)。本发明方法测量1次、3次的测量不确定度相对于传统方法测量5点、9点的不确定度分降低了5倍、6倍，即本发明方法测量可信度和准确性相对于传统测量方法提高了5倍以上。

(4)实际运用对比

将本发明方法检测的氯离子渗透深度运用到混凝土抗氯离子渗透试验(rcm法)中，根据公式计算混凝土的非稳态氯离子迁移系数drcm并与传统方法测得的drcm比较，共计测试15个试件(编号s1-s15)结果如图4所示，图4中所指的图像分析，即代表本申请中的方法。

充图4中可以明确看出，传统方法检测结果比本申请方法的检测结果明显偏高。在不确定度对比分析中可以知道，本发明方法测量氯离子渗透深度的可信度和准确性远高于传统方法，本发明方法的测量值更接近真值。而图4中的对比运用显示传统方法测量结果均高于本发明方法，导致rcm检测值偏低9.3％后很可能直接影响试件结果合格与否的判定。

综上所述，本实施例是运用微积分思想，通过图像分析技术把氯离子渗透深度测量方式由传统的多点高度测量求平均值改进为面积测量(无数个点测量积分)，相较于现有技术而言极大的提高了测量检测结果的可信度与准确性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。