一種水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法及測試裝置的製作方法
2023-10-22 20:35:07
專利名稱：一種水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法及測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及建築材料測試領域，尤其是一種測試水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法 及測試裝置。
背景技術：
水泥混凝土是世界上用量最大、使用範圍最廣的結構材料。水泥混凝土由於內部結構 與水化產物的原因，易受空氣、地下水及土壤中的有害成分的化學侵蝕，造成其強度、體 積變形和使用壽命等性能下降。在諸多化學侵蝕類型中，硫酸鹽腐蝕是影響混凝土耐久性 的一個重要因素。土壤、地下水中都含有的硫酸根離子，滲入到混凝土內部並與水泥水化 產物發生反應，產生膨脹、開裂、剝落等混凝土破壞，使結構混凝土在沒有達到其預期的 設計使用壽命就過早的發生破壞。因此，研究與開發合適的混凝土抗硫酸鹽腐蝕測試方法， 以確保混凝土耐久性。
當前混凝土抗硫酸鹽測試沒有標準方法，作為膠凝材料的水泥的抗硫酸鹽測試有標準 方法。所以混凝土抗硫酸鹽測試有時借用水泥抗硫酸鹽測試的方法。我國目前採用以下兩 種方法進行抗硫酸鹽測試 一種是GB749-65"水泥抗硫酸鹽侵蝕測試方法"，另一種是 GB2420-80"水泥抗硫酸鹽侵蝕測試方法(快速法)"。GB749-65採用10mmxl0mmx30mm的小 砂漿試件(灰砂比為l : 3.5)， GB2420 -80採用10mmxi0mmx60mm的小砂漿試件(灰砂比為 1:3.5)。實踐證明，採用此類方法測試結果離散性很大。
此外，混凝土研究中常用到的方法還有80。C硫酸鈉溶液乾濕循環作用方法。這種方法 是將混凝土在8(TC硫酸鈉溶液中浸泡一段時間(一般為12小時)，取出後在80'C烘箱中烘 幹，再浸泡，如此循環50次後，測試混凝土的強度損失和質量損失。這種方法明顯的缺點 是測試人員勞動強度大，同時關鍵的一點是，50次乾濕循環後，混凝土的強度雖有損失， 但對某些混凝土而言，其質量不減反增，無法真實的反映混凝土在硫酸鹽環境中被腐蝕的 狀況。關鍵的是，即使無硫酸鹽環境，80。C條件下混凝土的乾濕循環引起的熱震作用也會 引起混凝土破壞，因而難以真正判定混凝土的抗硫酸鹽腐蝕能力。
鑑於以上方法各自的缺陷，有必要開發一種新的抗硫酸鹽腐蝕方法。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種測試結果較為準確、方便快 速的針對水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法。
本發明的目的是這樣實現的 一種水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法，其特徵在於， 利用電滲脈衝技術原理，促進硫酸根離子向水泥混凝土內部的擴散，促進硫酸根離子與水 泥混凝土水化產物反應，快速檢測水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能；混凝土抗硫酸鹽腐蝕能 力大小以混凝土的質量變化與強度損失值進行評判。
本發明測試方法，具體步驟包括
)準備測試樣品取水泥混凝土作為測試試件，測試試件的形狀為立方體；
2) 將步驟l)準備的測試試件表面清理乾淨，稱取測試試件的初始質量；
3) 將步驟2)處理後的測試試件置於寬度與測試試件的邊長相當測試箱中部，使測試 試件兩端的測試箱空間隔斷，測試試件的一相對側壁與測試箱內壁貼合併由密封劑密封； 然後將分別預接了脈衝電壓發生器的兩個電極板固定在測試試件的另一相對側壁上；再在 測試試件的兩相對側面的頂端分別安裝兩塊隔離擋板，隔離擋板豎向側面分別與測試試件 側面頂端外沿密封，隔離擋板兩端分別和測試箱內壁之間密封；
4) 然後，在由測試試件分隔的測試箱兩端的空腔中加入硫酸鹽溶液，保持測試陽極 端箱內的硫酸鹽溶液液面高度不低於測試試件的上端面；
5) 再接通脈衝電壓發生器的電源進行測試；脈衝電壓為5-30V，頻率為5-30秒，測 試時間7—10天(測試時間隨混凝土水灰比降低而相對延長)；
6) 測量測試結果測試完成後，將混凝土測試試件取下，表面處理乾淨，稱取測試 後的質量，並測測試試件的抗壓強度；
7) 測試結果評判將步驟2)稱取的初始質量與步驟6)中得到的測試後質量相比較， 計算混凝土測試試件測試前後的質量變化；並將測試試件的抗壓強度與在標準養護條件下 養護至相同齡期的參考試件的抗壓強度相比較，計算脈衝電壓作用下，硫酸鹽溶液對混凝 土試件強度的降低值；混凝土測試試件抗硫酸鹽腐蝕能力大小以混凝土的質量變化與強度 損失值進行評判。
與現有技術相比，本發明具有如下優點
(1) 本測試方法將混凝土測試試件置於硫酸鹽環境中，根據硫酸根離子在脈衝電壓 作用下，與混凝土試件水化產物的反應情況，快速判斷混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能；
(2) 本測試方法測試強度小，周期短；整個測試過程只需7-10天即可完成，測試結 果也較準確，能夠真實的反映混凝土在硫酸鹽環境中被腐蝕的狀況。
圖1是採用本發明水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕測試方法的測試裝置結構示意圖(俯視); 圖2是採用本發明水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕測試方法的測試裝置結構示意圖(主視); 圖3是本發明水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕測試方法測試中所加脈衝電壓波形圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
本發明涉及的水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法，是利用電滲脈衝技術原理，促進 硫酸根離子向水泥混凝土內部擴散，促進與水泥混凝土水化產物的反應，從而達到快速檢 測水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕能力的目的。具體步驟如下-
步驟l:準備水泥混凝土測試試件。本測試中採用的水泥混凝土測試試件可釆取現有 技術為測試專門製備的測試樣品，也可以直接從使用後的混凝土中取樣作為測試試件。制 備測試樣品的方法將混凝土澆注到混凝土模具中，混凝土拌和物振動密實；脫模後，按 要求養護至規定齡期後待測。本測試方法中使用的混凝土測試試件採用立方體試件，尺寸
為100mmxl00mmxl00mm或150mmxl50mmx 150mm皆可；若要測試混凝土在硫酸鈉溶 液中抗折強度變化等，試件尺寸可採用100mmxl00mmx400mm或150mmxlOmmx500mm。
步驟2:將水泥混凝土測試試件表面清理乾淨，稱取初始質量。
步驟3:固定測試試件。參見圖1和圖2，將步驟2)處理後的測試試件3固定於測試 箱5的中心，測試試件3的任一相對側壁分別與測試箱5的內壁貼合，並採用石蠟或凡士 林進行密封；另一相對側壁分別安裝電極板4，兩電極板4分別與脈衝電壓發生器2的陰 極和陽極相連；測試試件3頂端用隔離擋板7隔離，隔離擋板、試件與測試箱內壁間密封。
其中，測試箱5的高度略比混凝土測試試件3高，如測試箱5高度略比混凝土測試試 件3高出30mm左右，目的是既要利於測試操作，又要使硫酸鈉溶液液面高度不低於測試 試件頂面。測試試件3將測試箱5分為兩個隔離的空腔，為保證試件密封、電極板安裝方 便，並且測試箱兩端空腔的空間尺寸不小於試件的尺寸。測試箱5可由三個測試倉組成， 也可以只有一個測試倉，且每一測試倉的尺寸按照混凝土試件尺寸進行確定；混凝土試件 置於測試倉的中間，測試倉每一端的空間尺寸不小於試件尺寸。電極板可採鍍鋅鐵片或不 鏽鋼片等，電極板尺寸應略小於試件端面尺寸，電極板固定時不可損傷試件表面。
步驟4:在混凝土測試試件3兩端的測試箱空腔中加入硫酸鈉溶液1，硫酸鈉溶液的 濃度為飽和即可。硫酸鈉溶液液面高度不低於測試試件頂面；測試箱中混凝土試件3兩端的硫酸鈉溶液，由於試件和擋板的作用完全分離。
步驟5:接通脈衝發生器2的電源，進行測試。脈衝發生器2的脈衝電壓為5-30V， 頻率為5-30秒(脈衝波形參見附圖3)，整個測試時間最少七天。當採用低水膠比時，測 試時間可相應的延長。需要說明的是，在整個測試過程中，保持陽極端測試箱內的硫酸鹽 溶液液面高度不低於測試試件頂面；接通電源的過程中，陽極端硫酸鈉溶液中的硫酸根離 子會向混凝土試件內加速擴散，並與混凝土試件內的水化產物發生反應，以達到快速模擬 自然腐蝕混凝土過程的目的；測試過程中，測試箱的陽極端溶液中的離子會向測試箱的陰 極端流動，測試箱陰極端的上部設有溢出口，溢出口位置不低於試件高度，並安裝一收集 裝置6來收集溢出的液體。
步驟6:測試結果評判。測試完成後，將混凝土測試試件取下，表面擦拭乾淨，稱取 測試的質量，並測試混凝土測試試件的抗壓強度，混凝土抗壓強度的測試方法採用現有技 術。
計算混凝土測試前後的質量變化，並將測試試件的抗壓強度與在標準養護條件下養護 至相同齡期的混凝土參考試件強度相比較，計算脈衝電壓作用下，硫酸鹽溶液對混凝土強 度的降低值，混凝土抗硫酸鹽腐蝕能力大小以混凝土的質量變化與強度損失值進行評判。
為了實現上述測試方法，如圖1和圖2所示，本發明採用的測試裝置由測試箱5和脈 衝電壓發生器2組成，脈衝電壓發生器2的陰極和陽極分別通過導線連接兩電極板4。測 試準備時，將混凝土測試試件3固定於測試箱5中部，其中兩相對的側壁分別與測試箱5 的箱壁貼合併由填充劑進行密封，將測試箱5分為兩個不相通的空腔；再將所述電極板4 分別固定於混凝土測試試件3的另外兩壁上。混凝土測試試件3的頂部兩端設有隔離檔板 7，隔離擋板7位置的高度與測試箱5的高度相當，且隔離擋板7與測試試件3和測試箱5 的箱壁分別密封；測試準備工作完成後，將硫酸鈉溶液加入到測試箱5兩端的空腔中，接 通脈衝發生器的電源，此時陽極端的硫酸根離子會加速浸入到混凝土試件3中，並與混凝 土試件3中的水化產物反應；測試過程中，測試箱的陽極端溶液中的離子液體向測試箱的 陰極端流動，陰極端的溶液逐漸增多，測試箱陰極端的上部設有溢出口，溢出口位置不低 於測試試件3的高度，並安裝一液體收集裝置6來收集溢出的溶液；測試7-10天後，取出 混凝土測試試件3。
本發明測試方法中，所採用的硫酸鈉溶液的濃度，以及施加的脈衝電壓和頻率都對測 試的時間產生影響。當硫酸溶液濃度達到飽和濃度、脈衝電壓5—30V和頻率為5-30秒時， 測試七天後，就可以達到理想的測試效果；反之，若硫酸鈉溶液濃度較低、脈衝電壓和頻 率較低時，測試時間需要相對延長，但也能達到理想的測試效果。
權利要求
1、一種水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法，其特徵在於，利用電滲脈衝技術原理，促進硫酸根離子向水泥混凝土內部的擴散，促進硫酸根離子與水泥混凝土水化產物反應，快速檢測水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能；混凝土抗硫酸鹽腐蝕能力大小以混凝土的質量變化與強度損失值進行評判。
2、 根據權利要求l所述的水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法，其特徵在於，具體 步驟包括1) 準備測試樣品取水泥混凝土作為測試試件，測試試件的形狀為立方體；2) 將步驟l)準備的測試試件表面清理乾淨，稱取測試試件的初始質量；3) 將步驟2)處理後的測試試件置於寬度與測試試件的邊長相當測試箱中部，使測試 試件兩端的測試箱空間隔斷，測試試件的一相對側壁與測試箱內壁貼合併由密封劑密封； 然後將分別預接了脈衝電壓發生器的兩個電極板固定在測試試件的另一相對側壁上；再在 測試試件的兩相對側面的頂端分別安裝兩塊隔離擋板，隔離擋板豎向側面分別與測試試件 側面頂端外沿密封，隔離擋板兩端分別和測試箱內壁之間密封；4) 然後，在由測試試件分隔的測試箱兩端的空腔中加入硫酸鹽溶液，保持測試陽極 端箱內的硫酸鹽溶液液面高度不低於測試試件的上端面；5) 再接通脈衝電壓發生器的電源進行測試；脈衝電壓為5-30V，頻率為5-30秒，測 試時間7 — 10天；6) 測量測試結果測試完成後，將混凝土測試試件取下，表面處理乾淨，稱取測試 後的質量，並測試測試試件的抗壓強度；7) 測試結果評判將步驟2)稱取的初始質量與步驟6)中得到的測試後質量相比較， 計算混凝土測試前後的質量變化；並將測試試件的抗壓強度與在標準養護條件下養護至相 同齡期的參考試件的抗壓強度相比較，計算脈衝電壓作用下，硫酸鹽溶液對混凝土試件強 度的降低值；混凝土抗硫酸鹽腐蝕能力大小以混凝土的質量變化與強度損失值進行評判。
3、 根據權利要求2所述的水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法，其特徵在於，所述 步驟1)中的測試試件的尺寸為100mmxl00mmxl00mm或150mmxl50mmxl50mm。
4、 根據權利要求2所述的水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法，其特徵在於，所述 步驟3)中的電極板形狀為正方形，尺寸略小於測試試件側面的尺寸，電極板為鍍鋅鐵片 或不鏽鋼片。
5、 根據權利要求2所述的水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法，其特徵在於，所述 硫酸鹽溶液為硫酸鈉溶液，硫酸鹽濃度為飽和溶液。
6、 實現權利要求2所述測試方法的水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕測試裝置，其特徵在於， 主要包括測試箱(5)和脈衝電壓發生器(2),脈衝電壓發生器(2)的陰極和陽極分別通過導線連接兩電極板(4);測試箱(5)為矩形容器，長、寬、高之比至少為3: 1: 1.3。
7、 根據權利要求6所述的水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕測試裝置，其特徵在於，還包括 兩塊阻隔檔板(7)，阻隔擋板(7)用於將測試試件(3)的上端面隔離。
8、 根據權利要求6所述的水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕測試裝置，其特徵在於，在測試 箱陰極端的上部設有溢出口，溢出口位置不低於測試試件的高度，並與液體收集裝置(6) 連通。
全文摘要
一種水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕的測試方法及裝置，它是利用電滲脈衝技術原理，促進硫酸根離子向水泥混凝土內部的擴散，快速檢測水泥混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能；混凝土抗硫酸鹽腐蝕能力大小以混凝土的質量變化與強度損失值進行評判。本測試方法將混凝土試件置於硫酸鹽環境中，根據硫酸根離子在脈衝電壓作用下，與混凝土試件水化產物的反應情況，快速判斷混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能。本測試方法測試強度小，周期短；整個測試過程只需7天即可完成，測試結果也較準確，能夠真實的反映混凝土在硫酸鹽環境中被腐蝕的狀況。
文檔編號G01N5/00GK101435816SQ20081023332
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月11日 優先權日2008年12月11日
發明者芳 劉, 彭小芹, 楊長輝, 衝 王, 光 白 申請人:重慶大學