快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法
【專利摘要】一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，步驟如下：一：測定混凝土孔溶液pH值；二：用NaOH溶液和Ca(OH)2溶液模擬混凝土孔溶液，pH值與步驟一中一致，模擬溶液中分別加入NaCl，將鋼筋分別浸泡在模擬溶液中，確定鋼筋銹蝕的[Cl-]/[OH-]值；三：計(jì)算此時(shí)Cl-的摩爾濃度，作為臨界濃度值；四：取圓形混凝土保護(hù)層，固定在滲透性測量裝置上，裝置陰極和陽極分別注入相應(yīng)溶液；五：選擇多種加速電壓，分別進(jìn)行加速試驗(yàn)，并開始記錄試驗(yàn)時(shí)間；當(dāng)陽極溶液中氯離子濃度達(dá)到臨界值時(shí)所用時(shí)間作為混凝土的加速壽命。六：以加速電壓為縱坐標(biāo)，滲透試驗(yàn)所用時(shí)間為橫坐標(biāo)，擬合得壽命的加速方程；七：將實(shí)際氯鹽濃度差轉(zhuǎn)化為電位差；八：將電位差代入加速方程，即得混凝土的壽命。
【專利說明】快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，屬于土木工程【技術(shù)領(lǐng)域】。
(二）【背景技術(shù)】
[0002]氯鹽滲入近海、沿海和海洋混凝土內(nèi)部，積累到一定濃度時(shí)將引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕，從而導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失效。模擬實(shí)際工程環(huán)境的氯離子自然滲透法周期長，可重復(fù)性差，無法達(dá)到預(yù)測壽命的目的。目前也出現(xiàn)了非穩(wěn)態(tài)快速氯離子電遷移測定法和庫侖電通量法，可以實(shí)現(xiàn)氯離子在混凝土中的加速滲透實(shí)驗(yàn)，并對混凝土的滲透性進(jìn)行評(píng)價(jià)，然而以上實(shí)驗(yàn)中得到的總電量和擴(kuò)散系數(shù)很難與氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土的壽命聯(lián)系起來。盡管有學(xué)者試圖通過擴(kuò)散系數(shù)來預(yù)測鋼筋混凝土的使用壽命，但之前需要一系列的理論假設(shè)，比如將混凝土假定為水飽和的各項(xiàng)同性均勻介質(zhì)，而這與實(shí)際混凝土材料的性質(zhì)是完全相左的。另外，氯離子在混凝土中的傳輸是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，除與混凝土內(nèi)部的孔隙和裂紋密切相關(guān)外，混凝土組成材料（各種摻合料以及摻合料的成分）對氯離子的吸附作用也是一個(gè)重要影響因素，由此很難得到可靠的使用壽命預(yù)測結(jié)果。
(三）
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]I、目的：
[0004]本發(fā)明的目的是提出一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，為氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用提供依據(jù)。
[0005]2、技術(shù)方案：
[0006]本發(fā)明提出的快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，是利用外加直流電壓加速氯離子穿過混凝土保護(hù)層，不考慮氯離子在混凝土中的傳輸過程，以穿過混凝土保護(hù)層的氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值作為使用壽命的評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后利用外加直流電壓與自然狀態(tài)下氯鹽濃度電位差之間的函數(shù)關(guān)系預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土的使用壽命O
[0007]本發(fā)明一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，該方法具體步驟如下：
[0008]步驟一：測定混凝土孔溶液pH值；將飽和面干的混凝土試件通過壓濾方法在鋼模中榨取混凝土的孔溶液，在25°C條件下使用pH計(jì)測定混凝土孔溶液的pH值；
[0009]步驟二 ：用NaOH溶液和20°C時(shí)飽和的Ca(OH)2溶液模擬混凝土的孔溶液，通過調(diào)整NaOH溶液的摩爾濃度保證溶液的pH值與步驟一中的計(jì)算值一致，將多根(亦說預(yù)定根）建筑鋼筋用砂紙除去表面的鐵銹，并在10%的檸檬酸三氨溶液中浸泡48小時(shí)進(jìn)行二次除銹處理，然后用濾紙迅速將鋼筋表面的殘余液體擦拭干凈，并分別浸泡在模擬的孔溶液中48小時(shí)；之后向模擬溶液中分別加入分析純NaCl，使溶液中[C1_]/[0H_]值自O(shè). I每間隔O. I增加到O. 9，每隔12小時(shí)用300倍讀數(shù)顯微鏡對鋼筋表面進(jìn)行觀察，以確定鋼筋是否銹蝕；
[0010]步驟三：根據(jù)步驟二中的觀測結(jié)果確定鋼筋銹蝕的[C1_]/[0H_]值，并計(jì)算此時(shí)Cr的摩爾濃度，作為導(dǎo)致鋼筋銹蝕的Cl-臨界濃度值C ；
[0011]步驟四：取圓形混凝土保護(hù)層，用環(huán)氧樹脂將試件側(cè)面密封，并固定在混凝土滲透性智能測量裝置上，裝置陰極注入實(shí)際氯鹽濃度的溶液，陽極注入用蒸餾水配置的O. 3mol/LNaOH溶液；
[0012]步驟五：選擇多種(亦說預(yù)定種）直流電壓作為加速電壓，分別進(jìn)行氯離子加速滲透試驗(yàn)，并開始記錄加速滲透試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)過程中保證陰極溶液中氯鹽濃度的相對穩(wěn)定，測定陽極溶液中氯離子濃度，氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值C時(shí)，停止試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)所用時(shí)間t，同時(shí)定義該試驗(yàn)時(shí)間t為該加速電壓下混凝土保護(hù)層的加速壽命；
[0013] 步驟六：以外加直流電壓（Vi)為縱坐標(biāo)，陽極溶液中氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值時(shí)所需時(shí)間Ui)為橫坐標(biāo)，擬合得到混凝土保護(hù)層使用壽命的加速曲線和加速方程VealnUJ+b，其中a、b為常數(shù)；
[0014]步驟七：將自然狀態(tài)下氯鹽濃度差Ca按VAc=-52. 983 X (-IgCcl)+9. 7306轉(zhuǎn)化為電位差Vac;
[0015]步驟八：將自然狀態(tài)下氯鹽濃度電位差V△。代入加速方程Vi=BlnaiHb,即得到該混凝土保護(hù)層的壽命
[0016]其中，在步驟二中所述的“將多根建筑鋼筋用砂紙除去表面的鐵銹”，是指用9根長100mm、直徑6mm建筑鋼筋用6號(hào)砂紙除去表面的鐵銹”。
[0017]其中，在步驟三中所述的“根據(jù)步驟二中的觀測結(jié)果確定導(dǎo)致鋼筋銹蝕的[Cl_]/[0H_]值，并計(jì)算此時(shí)Cl-的摩爾濃度，作為導(dǎo)致鋼筋銹蝕的Cl—臨界濃度值C”，其計(jì)算方法如下：假設(shè)確定的鋼筋銹蝕時(shí)[Cr]/[0H_]值為e，即[Cr]/[0H_]=e，式中氫氧根離子濃度在步驟一中已經(jīng)測定為已知，同時(shí)e也已知，氯離子濃度即為：[C1_] = [0H_] Xe。
[0018]其中，在步驟四中所述的“圓形混凝土保護(hù)層”，其圓形直徑為100_，保護(hù)層厚度為 10mm-50mm。
[0019]其中，在步驟四中所述的“混凝土滲透性智能測量裝置”，是指發(fā)明專利號(hào)為ZL200610009881. 9的混凝土滲透性智能測量裝置。
[0020]其中，在步驟四中所述的“實(shí)際氯鹽濃度的溶液”，是指鋼筋混凝土所處氯鹽環(huán)境中氯鹽的濃度。
[0021]其中，在步驟五中所述的“選擇多種直流電壓作為加速電壓”，該多種(亦說預(yù)定種）直流電壓為：19. 9VU2. 9V、9. 0V,6. 0V,4. 9V 和 2. 3V。
[0022]其中，在步驟六中所述的“以外加直流電壓（Vi)為縱坐標(biāo)，陽極溶液中氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值時(shí)所需時(shí)間Ui)為橫坐標(biāo)，擬合得到混凝土保護(hù)層使用壽命的加速曲線和加速方程V^alnaj+b，其中a、b為常數(shù)”，其擬合方法如下：采用origin軟件中的對數(shù)擬合工具即可得到擬合曲線和方程。
[0023]其中，在步驟七中所述的“將自然狀態(tài)下氯鹽濃度差Ca按VAc=-52. 983 X (-IgCcl)+9. 7306轉(zhuǎn)化為電位差νΛ?！?，其轉(zhuǎn)化方法如下：將氯鹽濃度差CaR入到方程VAc=_52. 983X (-IgCcl)+9. 7306中，既得對應(yīng)的電位差c。
[0024]3、優(yōu)點(diǎn)和功效：
[0025]本發(fā)明提出的氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的加速試驗(yàn)與預(yù)測方法，它的特點(diǎn)如下：[0026](1)測試時(shí)間短。采用直流電壓作為氯離子傳輸?shù)募铀賾?yīng)力，相對于自然傳輸試驗(yàn)可大大縮短測試時(shí)間。
[0027](2)測試過程簡單。由于只測定陽極溶液中氯離子濃度，即只考慮透過混凝土試件的氯離子，而氯離子在混凝土內(nèi)部復(fù)雜的傳輸過程，以及被水泥混凝土試件吸附的氯離子等均不再單獨(dú)考慮。
[0028](3)適用范圍廣。既可以用于評(píng)價(jià)和預(yù)測新建鋼筋混凝土的使用壽命，也可對服役鋼筋混凝土的剩余壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測。也適用于部分帶裂紋工作的鋼筋混凝土。
(四）【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖I本發(fā)明所述方法操作流程圖
(五）【具體實(shí)施方式】
[0030]下面以具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0031]本發(fā)明一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，見圖I所示，該方法具體步驟如下：
[0032]步驟一：測定混凝土孔溶液pH值。將飽和面干的混凝土試件通過壓濾方法在鋼模中榨取混凝土的孔溶液，在25°C條件下使用pH計(jì)測定混凝土孔溶液的pH值；
[0033]步驟二 ：用NaOH溶液和20°C時(shí)飽和的Ca(OH)2溶液模擬混凝土的孔溶液，通過調(diào)整NaOH溶液的摩爾濃度保證溶液的pH值與步驟一中的計(jì)算值一致。將9根長100mm、直徑6mm建筑鋼筋用6號(hào)砂紙除去表面的鐵銹,并在10%的檸檬酸三氨溶液中浸泡48小時(shí)進(jìn)行二次除銹處理，然后用濾紙迅速將鋼筋表面的殘余液體擦拭干凈，并分別浸泡在模擬的孔溶液中48小時(shí)；之后向模擬溶液中分別加入分析純NaCl，使溶液中[C1_]/[0H_]值自O(shè). I每間隔O. I增加到O. 9，每隔12小時(shí)用300倍讀數(shù)顯微鏡對鋼筋表面進(jìn)行觀察，以確定鋼筋是否銹蝕；
[0034]步驟三：根據(jù)步驟二中的觀測結(jié)果確定鋼筋銹蝕的[Cr]/[0H_]值，并計(jì)算此時(shí)Cl-的摩爾濃度，作為導(dǎo)致鋼筋銹蝕的Cr臨界濃度值C ；
[0035]步驟四：取直徑IOOmm的圓形混凝土保護(hù)層(保護(hù)層厚度10mm-50mm),用環(huán)氧樹脂將試件側(cè)面密封，并固定在混凝土滲透性智能測量裝置上，裝置陰極注入實(shí)際氯鹽濃度的溶液，陽極注入用蒸餾水配置的O. 3mol/LNa0H溶液；
[0036]步驟五：選擇19. 9V、12. 9V、9. 0V,6. 0V,4. 9V和2. 3V的直流電壓作為加速電壓，分
別進(jìn)行氯離子加速滲透試驗(yàn)，并開始記錄加速滲透試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)過程中保證陰極溶液中氯鹽濃度的相對穩(wěn)定，測定陽極溶液中氯離子濃度，氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值C時(shí),停止試驗(yàn)并分別記錄試驗(yàn)所用時(shí)間同時(shí)定義該試驗(yàn)時(shí)間\為該加速電壓下混凝土保護(hù)層的加速壽命；
[0037]步驟六：以外加直流電壓（Vi)為縱坐標(biāo)，陽極溶液中氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值時(shí)所需時(shí)間Ui)為橫坐標(biāo)，擬合得到混凝土保護(hù)層使用壽命的加速曲線和加速方程VealnUJ+b，其中a、b為常數(shù)；
[0038]步驟七：將自然狀態(tài)下氯鹽濃度差Ccl按VAc=-52. 983X (-IgCcl)+9. 7306轉(zhuǎn)化為電位差Vac;[0039] 步驟八：將自然狀態(tài)下氯鹽濃度電位差Vac代入加速方程VfalnaiHb,即得到該混凝土保護(hù)層 的壽命tQ。
【權(quán)利要求】
1.一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：該方法具體步驟如下： 步驟一：測定混凝土孔溶液pH值；將飽和面干的混凝土試件通過壓濾方法在鋼模中榨取混凝土的孔溶液，在25°C條件下使用pH計(jì)測定混凝土孔溶液的pH值； 步驟二 ：用NaOH溶液和20°C時(shí)飽和的Ca(OH)2溶液模擬混凝土的孔溶液，通過調(diào)整NaOH溶液的摩爾濃度保證溶液的pH值與步驟一中的計(jì)算值一致，將預(yù)定根建筑鋼筋用砂紙除去表面的鐵銹，并在10%的檸檬酸三氨溶液中浸泡48小時(shí)進(jìn)行二次除銹處理，然后用濾紙迅速將鋼筋表面的殘余液體擦拭干凈，并分別浸泡在模擬的孔溶液中48小時(shí)；之后向模擬溶液中分別加入分析純NaCl，使溶液中[CF]/[OHl值自O(shè). I每間隔O. I增加到O. 9，每隔12小時(shí)用300倍讀數(shù)顯微鏡對鋼筋表面進(jìn)行觀察，以確定鋼筋是否銹蝕； 步驟三：根據(jù)步驟二中的觀測結(jié)果確定鋼筋銹蝕的[Cr]/[0H_]值，并計(jì)算此時(shí)Cl-的摩爾濃度，作為導(dǎo)致鋼筋銹蝕的cr臨界濃度值C ； 步驟四：取圓形混凝土保護(hù)層，用環(huán)氧樹脂將試件側(cè)面密封，并固定在混凝土滲透性智能測量裝置上，裝置陰極注入實(shí)際氯鹽濃度的溶液，陽極注入用蒸餾水配置的O. 3mol/LNaOH溶液； 步驟五：選擇預(yù)定種直流電壓作為加速電壓，分別進(jìn)行氯離子加速滲透試驗(yàn)，并開始記錄加速滲透試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)過程中保證陰極溶液中氯鹽濃度的相對穩(wěn)定，測定陽極溶液中氯離子濃度，氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值C時(shí)，停止試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)所用時(shí)間t，同時(shí)定義該試驗(yàn)時(shí)間t為該加速電壓下混凝土保護(hù)層的加速壽命； 步驟六：以外加直流電壓（Vi)為縱坐標(biāo)，陽極溶液中氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值時(shí)所需時(shí)間Ui)為橫坐標(biāo)，擬合得到混凝土保護(hù)層使用壽命的加速曲線和加速方程Vi=Bln (ti) +b，其中 a、b 為常數(shù)； 步驟七：將自然狀態(tài)下氯鹽濃度差Ca按V^=-52. 983 X (-IgCcl)+9. 7306轉(zhuǎn)化為電位差 Vac ; 步驟八：將自然狀態(tài)下氯鹽濃度電位差代入加速方程Vi=MnaiHb,即得到該混凝土保護(hù)層的壽命tQ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：在步驟二中所述的“將預(yù)定根建筑鋼筋用砂紙除去表面的鐵銹”，是指用9根長100mm、直徑6mm建筑鋼筋用6號(hào)砂紙除去表面的鐵銹”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：在步驟三中所述的“根據(jù)步驟二中的觀測結(jié)果確定導(dǎo)致鋼筋銹蝕的[Cr]/[0H_]值，并計(jì)算此時(shí)Cl—的摩爾濃度，作為導(dǎo)致鋼筋銹蝕的Cl-臨界濃度值C”，其計(jì)算方法如下：假設(shè)確定的鋼筋銹蝕時(shí)[Cr]/[0H_]值為e，即[Cl—]/[OH—] =e，式中氫氧根離子濃度在步驟一中已經(jīng)測定為已知，同時(shí)e也已知,氯離子濃度即為：[Cr] = [0F] Xe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：在步驟四中所述的“圓形混凝土保護(hù)層”，其圓形直徑為100_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：在步驟四中所述的“圓形混凝土保護(hù)層”，其保護(hù)層厚度為10mm-50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：在步驟四中所述的“實(shí)際氯鹽濃度的溶液”，是指鋼筋混凝土所處氯鹽環(huán)境中氯鹽的濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：在步驟五中所述的“選擇預(yù)定種直流電壓作為加速電壓”，該預(yù)定種直流電壓為：19. 9V、12. 9V、9. OV,6. 0V,4. 9V 和 2. 3V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：在步驟六中所述的“以外加直流電壓（Vi)為縱坐標(biāo)，陽極溶液中氯離子濃度達(dá)到導(dǎo)致鋼筋銹蝕的臨界值時(shí)所需時(shí)間Ui)為橫坐標(biāo)，擬合得到混凝土保護(hù)層使用壽命的加速曲線和加速方程V^alnaj+b，其中a、b為常數(shù)”，其擬合方法如下：采用origin軟件中的對數(shù)擬合工具即可得到擬合曲線和方程。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速預(yù)測氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土壽命的方法，其特征在于：在步驟七中所述的“將自然狀態(tài)下氯鹽濃度差Ca按VAc=_52. 983 X (-IgCcl)+9. 7306轉(zhuǎn)化為電位差νΛ。”，其轉(zhuǎn)化方法如下：將氯鹽濃度差Ca代入到方程VAc=-52. 983 X (-IgCcl) +9. 7306 中，既得對應(yīng)的電位差 Va。。
【文檔編號(hào)】G01N27/26GK103487480SQ201310455001
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】張武滿, 張寧, 劉穎州 申請人:北京航空航天大學(xué)