一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置及方法

摘要

本发明公开一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置，涉及氯离子测试技术领域，包括恒温箱，所述恒温箱内设置有非固定平板，所述非固定平板用于盛放混凝土待测试件；所述非固定平板连接有储液器，所述储液器用于临时储存氯离子溶液；所述恒温箱内还设置有干燥器和加湿器，所述干燥器和所述加湿器用于模拟所述恒温箱内的干湿循环；所述非固定平板上能够安装有密闭仓，所述密闭仓上开设有充气孔，所述充气孔用于通入加压气体。本发明还公开一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验方法。本发明能够很好的模拟混凝土实际所处环境的情况，在多重因素的干扰下测试氯离子的扩散程度。

说明书

技术领域

本发明涉及氯离子测试技术领域，特别是涉及一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置及方法。

背景技术

当今，我国的基础建设在大力发展，隧道工程、港口工程、高速公路铁路工程在快速的发展，混凝土作为当代土木工程行业最主要的材料之一拥有价格低廉、制作简易、在空气中耐腐蚀、强度高等一系列的优点。

但是随着基础建设的逐步完成，如何维护隧道、港口、高速公路铁路成为了迫在眉睫的问题。理论上混凝土在一般环境中拥有耐腐蚀的作用，一开始的混凝土寿命预测大多在50～200年之间，但是在复杂多变的现实生活服役环境中会受到多种不同因素的共同影响，导致混凝土耐久性大幅度下降，服役寿命显著降低。混凝土过早的遭受破坏导致工程和基础设施过早的瘫痪，现实生活中包括隧道、港口、高层建筑物的混凝土实际寿命往往只有10～20年，甚至是更短，这也意味着大量的资金损耗。例如一些发达国家20世纪90年代投入在混凝土的总价值在6000亿美元，而用于重建和维修混凝土的费用就高达3000亿之多。耐久性评价体系和寿命预测方法，对当今国际上混凝土结构的耐久性设计发挥了很大的作用。

为了快速的测出氯离子的扩散深度，进而通过Fick第二扩散定律预测出混凝土的实际预测寿命，目前现有一种对氯离子扩散的新型实验装置，如图1所示，该试验装置包括试件装载模块、溶液存储模块、注液加压模块；试件装载模块与溶液存储模块固定连接，溶液存储模块设有开口，用于其内部承装的液体和试件接触；注液加压模块通过管道与溶液存储模块相连，溶液存储模块的顶部设有排气部件。该装置利用液压对试件进行氯离子的扩散实验，首先使用对拉螺栓105将腔体109固定在混凝土待测试件上，在腔体109和混凝土待测试件的接触面上安装止水片106，当装置固定之后，将排气孔103打开。利用液压泵将溶液注入腔体109中，当腔体109中注满液体时关闭排气孔阀门，继续注液加压直至腔体109内液压达到所需压力值。试验结束后由打开排气孔和注液口阀门，泄压排液，拆除固定装置，取出试样进行检测。

上述装置是现有技术众多装置的一个缩影，能够成功的得到氯离子的扩散程度和实验数据。但是混凝土通常会使用氯离子扩散理论来进行寿命预测，使用Fick第二扩散定律来描述氯离子在混凝土中的扩散，该理论受限于三个理想化条件(氯离子扩散系数为常数、混凝土的氯离子结合能力为0、暴露表面的氯离子浓度即边界条件为常数)。在实际环境中，混凝土是非均质材料，它在形成和发展过程中都会产生结构性的缺陷和细微的裂缝，而且混凝土会受到多种因素的影响，例如高温、干湿循环、荷载加压、氯离子侵蚀和硫酸盐侵蚀等情况，无法满足Fick第二定律的理想化条件，所以Fick第二定律对于混凝土预测的普适性遭到了越来越多的质疑。上述装置显然只考虑了单一因素的影响，并未考虑温度、湿度、荷载等因素耦合在一起的情况。并且在现实生活中，混凝土中氯离子的扩散程度往往不是单一因素造成的，因此需要考虑多种因素耦合的影响，从而对实验装置进行改进。

因此，亟需提供一种新的测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置及方法，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够很好的模拟混凝土实际所处环境的情况，在多重因素的干扰下测试氯离子的扩散程度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置，包括恒温箱，所述恒温箱内设置有非固定平板，所述非固定平板用于盛放混凝土待测试件；所述非固定平板连接有储液器，所述储液器用于临时储存氯离子溶液；所述恒温箱内还设置有干燥器和加湿器，所述干燥器和所述加湿器用于模拟所述恒温箱内的干湿循环；所述非固定平板上能够安装有密闭仓，用于为所述混凝土待测试件提供密闭环境，所述密闭仓上开设有充气孔，所述充气孔用于通入加压气体。

优选的，所述恒温箱的可调节温度为0～100℃，所述恒温箱上设置有透明玻璃窗。

优选的，所述非固定平板上设置有进液孔，所述进液孔通过进液软管与所述储液器连接；所述非固定平板上还设置有泄液孔，所述泄液孔通过回液软管与所述储液器连接；所述储液器与所述进液软管的连接处设置有伺服阀。

优选的，所述恒温箱内安装有湿度计。

优选的，所述密闭仓位于所述非固定平板的上方，所述密闭仓通过伸缩承压支架安装于所述恒温箱的内顶部，所述密闭仓内上部安装有气压计。

优选的，所述密闭仓的底部设置有密封圈，用于与所述非固定平板密封接触。

优选的，所述充气孔通过充气软管连接有储气罐，所述储气罐内用于储存加压气体，所述充气软管与所述储气罐之间连接有抽压气泵，所述加压气体采用氮气。

本发明还公开一种基于上述测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一、制作所述混凝土待测试件；

步骤二：在实验开始之前首先确定影响氯离子扩散程度的因素，根据工程条件和实验目的，设计各因素的梯度，建立实验表；

步骤三：调节所述恒温箱内温度达到实验温度，进而调节所述加湿器和所述干燥器确定所述恒温箱内的湿度；

步骤四：将所述混凝土待测试件放入所述非固定平板上，当所述混凝土待测试件需进行循环荷载加压实验时，所述非固定平板和所述密闭仓紧密扣合形成密闭环境；此时通过所述充气孔向所述密闭仓输送加压气体，不断向所述密闭仓内增压，此时对所述混凝土待测试件达到一个全方位的荷载加压；对所述密闭仓循环抽压和充压，达到对试件的循环抗压疲劳荷载；

步骤五：当循环荷载加压实验结束后，打开所述充气孔，排出加压气体，将所述密闭仓从所述非固定平板上移走；

步骤六：将氯离子溶液从所述储液器中注入所述非固定平板内，对所述混凝土待测试件持续浸泡。

优选的，所述步骤一中，首先配制混凝土试件，然后将配置出来的所述混凝土试件切割为100mm×100mm的棱柱体的所述混凝土待测试件，并将所述混凝土待测试件放入所述非固定平板中进行养护，调节所述恒温箱的温度为20±5℃，静置一昼夜至二昼夜，然后对所述混凝土待测试件进行编号，拆模；拆模后调节所述恒温箱的温度为20±2℃，并开启所述加湿器将相对湿度调节至95％，继续养护28d，最后得到标准的所述混凝土待测试件。

优选的，所述步骤二中，影响氯离子扩散程度的因素包括高温环境的温度、干湿循环的次数、所述混凝土待测试件所处的湿度、所述混凝土待测试件材料的处理、所述混凝土待测试件和\或循环荷载加压。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明综合考虑了多因素耦合在一起的特点，不局限于单一因素的影响，更好的贴合了现实生活中的混凝土遭受破坏的实际情况。

2.本发明采用了气体加压的方法，相对于传统固体加压的方法，加压数值更加精确，试件受压的方向，数值更加均匀，不会出现一个受力凸起点；而且试件的各个面均会受到循环荷载加压，满足了多个暴露面的实际情况。

3.本发明采用氮气气体加压，能够防止混凝土的碳化影响对试件造成一定程度的误差，而且气体安全环保。

4.本发明将试件的养护、实验放在一起进行，使混凝土试件不会出现其他环境因素和人为因素影响，减小了实验误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术对氯离子扩散的新型实验装置的结构示意图；

图2为本发明测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置的结构示意图；

其中，1为恒温箱，2为加湿器，3为干燥器，4为密闭仓，5为进液孔，6为泄液孔，7为进液软管，8为回液软管，9为储液器，10为伺服阀，11为储气罐，12为抽压气泵，13为充气软管，14为充气孔，15为气压计，16为湿度计，17为非固定平板，18为伸缩承压支架，19为密封圈；

101为壳体，102为压力表，103为排气孔，104为注液口，105为对拉螺栓，106为止水片，107混凝土试块，108为底板，109为腔体，110为垫片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够很好的模拟混凝土实际所处环境的情况，在多重因素的干扰下测试氯离子的扩散程度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图2所示，本实施例提供一种测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置，包括恒温箱1，恒温箱1内中部设置有非固定平板17，非固定平板17用于盛放混凝土待测试件；非固定平板17左侧连接有储液器9，储液器9用于临时储存氯离子溶液，将氯离子溶液通入到非固定平板17内，可以对混凝土待测试件持续浸泡；恒温箱1内两侧分别设置有干燥器3和加湿器2，干燥器3和加湿器2用于模拟恒温箱1内的干湿循环，恒温箱1内安装有湿度计16，用于监测恒温箱1内的湿度大小；非固定平板17上能够安装有密闭仓4，用于为混凝土待测试件提供密闭环境，密闭仓4上开设有充气孔14，充气孔14贯穿密闭仓4用于通入加压气体，形成气压，也可以根据需要从充气孔14将加压气体抽出。

在本实施例中，恒温箱1为主要的实验器材，其可调节温度为0～100℃，为混凝土待测试件的养护提供条件，以及模拟高温的实验条件，改变变量；恒温箱1上设置有透明玻璃窗，可用于实验的观察。

在本实施例中，加湿器2、干燥器3以及湿度计16为模拟干湿循环的基本仪器，模拟环境系统控制所需要的干湿度，达到可调节的干湿循环；根据想要的湿度调节加湿器2或者是干燥器3，亦可用于混凝土待测试件的养护湿度，湿度计16可以实时查看当前恒温箱1内的湿度大小。

在本实施例中，非固定平板17上设置有进液孔5，进液孔5通过进液软管7与储液器9连接，进液软管7用于将储液器9中的腐蚀性氯离子溶液送至非固定平板17内覆盖混凝土待测试件，储液器9与进液软管7的连接处设置有伺服阀10，伺服阀10位于储液器9外侧，增加液体压力，当需要输送氯离子溶液时，打开伺服阀10。非固定平板17上还设置有贯穿非固定平板17的泄液孔6，泄液孔6通过回液软管8与储液器9连接，将非固定平板17中的腐蚀性氯离子溶液送至储液器9，实现腐蚀性氯离子溶液的回收。

本实施例中，当需要对混凝土待测试件进行浸泡腐蚀性氯离子溶液时，进液孔5和伺服阀10会相应打开，通过进液软管7向非固定平板17上注入氯离子溶液进行浸泡。完成注入溶液后，进液孔5关闭。浸泡完成过后，打开泄液孔6，液体经过回液软管8流回储液器9。

在本实施例中，密闭仓4悬空位于非固定平板17的上方，密闭仓4通过伸缩承压支架18安装于恒温箱1的内顶部；密闭仓4的底部设置有密封圈19，其中密封圈19采用IIR丁基橡胶密封圈，确保气密性，当密闭仓4与非固定平板17接触时，能够形成一个密闭的空间，方便加压气体持续充入密闭仓4内进行荷载加压，为反复的气体荷载加压提供密闭条件。

在本实施例中，充气孔14通过充气软管13连接有储气罐11，储气罐11位于恒温箱1一侧壁和加湿器2的中间位置，其内用于储存加压气体，加压气体采用氮气，或者根据工作需要选择其它的惰性气体；充气软管13与储气罐11之间连接有抽压气泵12，用于提供动力，将储气罐11内的氮气充入到密闭仓4内，当密闭仓4内需要泄压时，亦可以将其内的氮气通过抽压气泵12抽回储气罐11，密闭仓4的充气和抽气共用一套设备；或者密闭仓4还可以另接其它的抽气机构；密闭仓4内上部安装有气压计15，用于观测密闭仓4气压，方便调节抽压气泵12。

本发明还公开一种基于上述测试氯离子在混凝土中扩散程度实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤一、制作混凝土待测试件；

步骤二：在实验开始之前首先确定影响氯离子扩散程度的因素，根据工程条件和实验目的，设计各因素的梯度，建立实验表；

步骤三：调节恒温箱1内温度达到实验温度，进而调节加湿器2和干燥器3确定恒温箱1内的湿度；

步骤四：将养护后的标准混凝土待测试件放入非固定平板17上，当混凝土待测试件需进行循环荷载加压实验时，伸缩承压支架18下降，带动密闭仓4下降；此时非固定平板17和密闭仓4下的密封圈19紧密扣合形成密闭环境，抽压气泵12开始工作，将储气罐11内的氮气通过充气软管13向充气孔14内输送，不断向密闭仓4内增压，对混凝土待测试件达到一个全方位的荷载加压，观察密闭仓内的气压计15，控制抽压气泵12的循环抽压和充压，达到对混凝土待测试件的循环抗压疲劳荷载；

步骤五：当循环荷载加压实验结束后，打开抽压气泵12和充气孔14，氮气回到储气罐11内，将伸缩承压支架18上移；(当需要做连续荷载加压试验亦可持续将抽压气泵12持续打开，每日观察气压计15来调节密闭仓4内气压)

步骤六：打开伺服阀10，氯离子溶液从储液器9中通过进液软管7向进液孔5中注入非固定平板17内，达到对混凝土待测试件的持续浸泡。

在本实施例中，步骤一中，首先配制混凝土试件，配置混凝土试件的配料表如下：

然后将配置出来的混凝土试件切割成100mm×100mm的棱柱体的混凝土待测试件，并将混凝土待测试件放入非固定平板17中进行养护。调节恒温箱1的温度为20±5℃，静置一昼夜至二昼夜，然后对混凝土待测试件进行编号，拆模；拆模后调节恒温箱1的温度为20±2℃，并开启加湿器2将相对湿度调节至95％，继续养护28d，最后得到标准的混凝土待测试件。

在本实施例中，步骤二中，影响氯离子扩散程度的因素包括高温环境的温度、干湿循环的次数、混凝土待测试件所处的湿度、混凝土待测试件材料的处理、混凝土待测试件和\或循环荷载加压等。

综上，本发明提供一种模拟混凝土实际存在环境的多因素作用下，在实验室中简便测试氯离子在混凝土中扩散程度的实验装置及方法；由于现阶段大部分的氯离子扩散程度的实验装置只考虑了单一因素的影响因素，很少涉及多因素耦合作用的实验装置，而现实生活中的条件氯离子的侵入都是多因素耦合作用，因此该装置的设置更加贴合实际情况。本发明着力于能够在实验室中改变试件所处环境的温度和湿度，实现试件多次的干湿循环的过程中，能够通过氮气的循环加压使试件达到抗压疲劳荷载循环。而且还可以将氯离子溶液侵蚀、混凝土待测试件材料自身因素耦合在一起；能够很好的模拟混凝土实际所处环境的情况，在多重因素的干扰下测试氯离子的扩散程度，以便后续算出环境劣化修正系数、荷载劣化系数和材料劣化系数，修正第二Fick定律中的理想化条件，使得混凝土的剩余寿命预测变得更加准确，在生活中预测混凝土剩余寿命更加实用和普适。

本发明采用了气体加压的方法对试件进行全方位的循环荷载加压实验。目前阶段实验室中大多采用力架和平板对试件进行加压。但是混凝土实际结构有多个暴露面，氯离子的扩散不是Ⅰ维的，往往有可能是Ⅱ维，甚至是Ⅲ维的，荷载受力也不仅限于一个方向。力架和平板的使用很难顾及到试件多方面的荷载受力，而且平板和力架会导致试件的受力不均。使用气体加压能够有效的避免了这些问题的发生。使用氮气气体加压防止二氧化碳浓度过高导致混凝土的碳化影响实验结果的准确性。

本发明能够将混凝土试件的养护、实验在同一环境中进行，不需要将混凝土试件进行搬运和其他不必要的措施，能够极大的保证实验的准确性，减少实验的误差。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。