一种测量抗氯离子侵蚀能力的自动采集多通道加速腐蚀试验装置

摘要

本发明涉及一种测量抗氯离子侵蚀能力的自动采集多通道加速腐蚀试验装置，利用普通的三电极恒电位仪，通过集成自主研发的集成电路、软件和电解液槽，组成一套可以同时测量多个试样并自动记录试验数据的装置系统。本发明克服了国内外加速腐蚀试验试样数量受制于恒电位仪通道的缺陷，大大节约了试验成本，扩大了试验规模、节省测试时间。本发明使用方便简单，为评价水泥基灌浆材料和混凝土材料抗氯离子侵蚀能力提供了低成本、高效率的测试装置。

说明书

技术领域

本发明涉及施工建材检测的相关技术领域，具体地说是一种测量水泥基灌浆材料和混凝土材料的抗氯离子侵蚀能力的自动采集多通道加速腐蚀试验装置。

背景技术

近年来，后张法结构中预应力筋腐蚀的问题越来越严重。施工中，张拉钢绞线束后，灌浆被用来灌注入预应力管道，填补预应力管道中的空隙。灌浆为预应力筋提供了一个碱性保护屏障，并使预应力筋与混凝土良好的结合，保证它们之间预应力的有效传递。预应力孔道周围的受压混凝土是防止腐蚀性元素入侵的最初屏障，而灌浆料是抵御腐蚀介质侵入到预应力筋的最后一道防线。研究发现，很多后张法结构中预应力筋的腐蚀都与氯离子侵入灌浆有很大的关系。预应力结构，特别是在某些氯盐浓度较高的沿海地区以及冬季大量除冰盐使用情况下，一旦灌浆材料抗氯离子侵蚀能力较弱，氯离子就能在较短的时间内就能轻易攻破灌浆防线，进而腐蚀预应力筋。因此，有必要在施工前对灌浆的抗氯离子侵蚀能力进行评价。

目前实验室中抗氯离子侵蚀能力的测试主要有三种方法：自然浸泡法、电通量法和加速腐蚀法。自然浸泡法的测试时间过长，需要90d，且有很大的切片误差、滴定误差、拟合误差，全部过程需手工进行，实验误差达20—25％左右，现在已很少使用。电通量法是在Φ95×50mm的试样两侧施加60V的直流电压，通过检测6小时内流过的电量大小来评价抗氯离子侵蚀能力。其适用于检验原材料和配合比对抗氯离子侵蚀能力的影响。用这种方法来度量后张法结构中灌浆的抗氯离子侵蚀能力，目前这种方法尚有很多非议。主要缺陷有：一、测试电压过高，电极反应不可避免，影响测量结果的准确性，再者，电路中的焦耳热效应同样会导致测量结果误差；二、测试系统是非稳态系统，电流波动大，若按标准要求的30分钟记录一次电流，将会导致较大的误差。若电流过小，仪器测量精度会影响测量结果的准确性。加速腐蚀法是美国后张预应力协会新近提出一种方法，实验基本原理是模拟氯离子在恒定驱动力作用下对灌浆料加速侵蚀的过程。其独特之处在于开创性地构造了一个类似于工程中预应力孔道结构的试样，使试样系统化，更趋近于实际。但采用美国后张预应力协会推荐的方法需要使用恒电位仪，国内市场大多为三电极单通道的恒电位仪，少量进口的6通道恒电位仪价格昂贵。由于水泥基灌浆材料测试数据的离散性较大，加速腐蚀试验一般要求同种材料的测量试样至少为6个，因此单通道恒电位仪显然不能满足试验要求，而6通道恒电位仪每次仅能测量一种灌浆材料。因此，既便使用了昂贵的6通道恒电位仪，也不能同时比对不同材料的抗腐蚀能力。另外，加速腐蚀试验周期较长(400～1000小时)，试验仪器通道不足严重制约了加速腐蚀试验的效率和推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供了一种测量抗氯离子侵蚀能力的自动采集多通道加速腐蚀试验装置，解决了传统的加速腐蚀法所使用的试验装置价格高，而且不能满足同时多个试样的测量，也不能同时比对不同材料的抗腐蚀能力的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明公开了一种测量抗氯离子侵蚀能力的自动采集多通道加速腐蚀试验装置，包括

一电解液槽，以放置试样；

一台三电极恒电位仪，以提供研究电极、参比电极以及辅助电极，所述的参比电极以及辅助电极与电解液槽的电极端连接；

一电表，连接于试样测试电路中，以测量试样测试电路的电流；

其特征在于：所述的装置还包括

一集成控制电路，电路包括多个并联的测试支路电路，与输入的恒电位仪的研究电极、各试样以及电表连接成试样测试电路；

一PC机，与电表以及集成控制电路相连接，以控制试样测试过程以及记录、处理测试数据。

其中，所述的电解液槽由一个大玻璃器皿和设计的玻璃盖组成，玻璃盖上分别设有多个研究电极、一个辅助电极和一个参比电极的置入孔。

本发明涉及的水泥基灌浆材料和混凝土材料抗氯离子侵蚀能力的测试方法，该方法步骤如下：1、利用本发明所述的自动采集多通道加速腐蚀试验装置测得每个试样在实验期间的电流值大小。2、对上述获取的数据组以及相对应的时间，做出电流-时间关系曲线，电流突然增大的时间即腐蚀时间，以腐蚀时间的长短来判断各种灌浆料的抗氯离子侵蚀能力的相对强弱。

本发明的有益效果：

1、本发明是测量水泥基灌浆料和混凝土材料抗氯离子侵蚀的加速腐蚀试验装置。

2、本发明通过自主研发的集成电路板，改进普通三电极恒电位仪，获得稳定输出的可扩展的多通道电位，能够满足不同试样的数量要求。

3、本发明通过自主开发的软件，实现了控制输出电位通道数量，实验数据记录的调节。

4、本发明通过自主设计的电解液槽，将多个测量试样置于同一试验环境，共用同一参比电极和辅助电极，提高了实验精度，节约了试验耗材。

5、本发明测量快捷，方便，数据稳定可靠，成本低，能为加速腐蚀试验的大力推广提供有效的仪器支持。

附图说明

图1为本发明所述的自动采集多通道加速腐蚀试验装置示意图。

图2为集成电路板结构图。

图3为测试的电流-时间曲线图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

一种测量抗氯离子侵蚀能力的自动采集多通道加速腐蚀试验装置，如图1所示，包括一电解液槽3，以放置试样；一台三电极恒电位仪1，以提供研究电极、参比电极以及辅助电极，所述的参比电极以及辅助电极与电解液槽的电极端连接；一电表5，连接于试样测试电路中，以测量试样测试电路的电流；一集成控制电路2，电路包括多个并联的测试支路电路，与输入的恒电位仪的研究电极、各试样以及电表连接成试样测试电路；一PC机4，与电表以及集成控制电路相连接，以控制试样测试过程以及记录、处理测试数据。

所述的集成电路板2上提供了电源接口、RS232接口(串口)、端口显示数码管、Activc LED指示灯、Working LED指示灯、电阻接入选择、IO接入端口、电表接入端口，图2为集成电路板结构图。

各部分说明如下。

(1)电源接口：外接标准12V(700mA)电源；

(2)RS232接口：就是常说的串口，可以用普通串口线连接到电脑上。由软件设置工作端口和间隔时间；

(3)端口显示数码管：显示当前接通的端口编号Working Port；

(4)Active LED指示灯：当前处于激活状态的端口指示灯，该端口处于激活状态，则指示灯亮；

(5)Working LED指示灯：当前处于接通状态的端口指示灯，该端口接通，对应则指示灯亮；

(6)电阻接入选择：是否使用基片上电阻的跳线。如果要使用该电阻，则短接该跳线；不使用时，则断开该跳线；

(7)IO接入端口：IO口接入端口，连接公共端。

(8)电表接入端口：连接万用电表的端口。

本发明所述的自动采集多通道加速腐蚀试验装置，以18通道为例，软件操作界面上的Active1～Active18的复选框控制当前激活端口，激活端口数量由外接试样的数量决定，这一设计确保了实验试样数量可以自由增减变化。Working1～Working18的单选框控制当前接通的端口。另外软件中可以设置间隔时间，单位为毫秒，这一间隔时间即每一试样上电流值记录的间隔时间。实验中电流数值变化不大时可以适当增大间隔时间，当电流处于突变临界时，可以减小间隔时间，确保了实验结果的准确性。选择电脑与控制板连接的COM口后，就可以将参数下载到控制板。使用方便简单。

本发明所述的自动采集多通道加速腐蚀试验装置，电解液槽3由一个大玻璃器皿和特别设计的玻璃盖组成，玻璃盖上分别预留了多个研究电极、一个辅助电极和一个参比电极的置入孔。实验时，可以随时取出已发生腐蚀的试样，放入新的试样。由于多个研究电极共用同一个参比电极，排除了参比电极电位变化的影响，且研究电极共处同一实验环境，提高了实验精度，节约了实验耗材。

本发明所述的自动采集多通道加速腐蚀试验装置，所用电表5为带红外输出口的万用电表。电表一端连接电阻公共端，另一端连接电阻的另一端，由开关控制接通的电阻。每个时刻只会有一个开关接通，其余开关都处在断开状态。集成电路并联支路上的小电阻的阻值为1Ω，因此万用电表所测的电压值即为试样支路的电流值。测得的电流值通过软件驱动程序自动输入电脑。

本发明所述的灌浆料和混凝土材料抗氯离子侵蚀能力主要用试样腐蚀时间的长短来评价。腐蚀时间是从实验开始到腐蚀电流突然增大的这段时间。实验获得的加速腐蚀时间并不能与实际工程中的腐蚀时间直接联系起来，但可以得到各种灌浆材料的抗氯离子侵蚀能力的相对强弱。

本发明所述的自动采集多通道加速腐蚀试验装置，参比电极采用饱和甘汞电极，辅助电极采用Pt电极，电解液采用5wt％的NaCl溶液。

实验室配制一批灌浆试样。试样是一段在PVC管套内用灌浆包裹的钢筋。具体制作方法如下：先将底盖和完整PVC管套粘结好，再将用蒸馏水拌制的灌浆注入至1/3管套，插入事先用丙酮清洗过的钢筋，转动钢筋使灌浆内的气泡溢出，然后再注入1/3灌浆，再转动钢筋，至灌满PVC管套。钢筋在PVC管套内必须垂直正中，这样才能使钢筋外表面的厚度均匀一致。将试样养护一段时间后，去除部分PVC管套，裸露部分就是氯离子将要渗入的部分。

试样制作完毕后，如图1连接，普通三电极恒电位仪1的研究电极端与集成电路板的公共端相连，各试样再与图1中P1、P2……端相连接。恒电位仪施加给试样一个恒定电位，一般为200mvSCE，集成电路板上选择接入电阻，软件中选择激活电路，确定测量间隔时间，下载至集成电路板。这样每一间隔时间内电表便会自动测量某一支路电流，并自动输入电脑，集成电路板上的数码管会显示该支路号码。从给试样加载一定电位到试样支路电流突然增大这段时间即腐蚀时间，该腐蚀时间被用来判断各种灌浆料的抗氯离子侵蚀能力的相对强弱。典型的电流-时间曲线如图3。

本实验室采用普通水泥净浆、专用水泥基灌浆材料1、专用水泥基灌浆材料2进行实验，结果入下表：

 

水灰比极化电位腐蚀时间普通水泥净浆0.45200mV_SCE202h专用水泥基灌浆材料10.27200mV_SCE435h专用水泥基灌浆材料20.27200mV_SCE1063h