[发明专利]基于高频交流电的混凝土抗渗透性测量系统

说明书

技术领域：

用于测试实验室制备或工程钻芯所取得的混凝土试样的抗渗透性。

背景技术

混凝土结构的耐久性是当前混凝土材料学和混凝土结构工程专业研究的热点。混凝土的抗渗透性直接决定着外界物质如水溶液、二氧化碳、氯离子和硫酸盐等受压力、化学势或电场作用，向混凝土结构内部渗透、扩散或迁移的难易程度，因此是决定混凝土耐久性的关键参数。

渗透是指液体或气体在压力作用下的运动，描述其运动状态的数学模型是Darcy定理；扩散是指气体或液体中的粒子由于存在浓度差而进行的运动，描述其运动状态的数学模型是Fick定律；迁移是指液体中的带电粒子在电场的作用下的运动，描述其运动状态的数学模型是Nernst-Plank方程。

依据上述决定混凝土渗透性的三大机理：渗透、扩散和迁移，混凝土抗渗透性的测试方法也可分为三类：表面吸水性试验、渗透性试验和离子扩散试验。表面吸水性试验包括ISAT(Initial Surface Absorption Test)初始表面吸水性试验和AUTOCLAM吸水性试验；渗透性试验包括抗水渗透试验和抗气渗透性试验；离子扩散试验包括自然扩散法和电迁移法。

在三类混凝土抗渗透性的测试方法中，离子扩散试验相对于表面吸水性试验和渗透性试验，具有介质的踪迹易于观察、测试过程不需要复杂的试样固定和密封工作、不需要高压的水源和气源的优点。在离子扩散试验中，电迁移法相对于自然扩散法，又具有测试耗时短和测试过程易于自动化的特点，因此获得了广泛的应用。

现在广泛使用的测试混凝土抗渗透性的电迁移法包括：(1)美国材料和试验协会提出的ASTM C1202方法(ASTM C1202-2005，Standard Test Method for Electrical Indication ofConcrete′s Ability to Resist Chloride Ion Penetration[S])，该方法是在混凝土试样的两端，分别建立质量浓度为3％的NaCl溶液和摩尔浓度为0.3mol/L的NaOH溶液的盐池，在盐池中放置用作电极的铜网，并将60V恒压直流电源的负极和正极与上述两个盐池中的铜网分别连接，测试时间持续6小时，然后用测试期间的电流-时间关系计算出通过混凝土试样的电量，并用该电量来评价混凝土的抗渗透性。ASTM C1202方法的缺点是长时间在试样两端加载的60V的直流电压，导致了盐池中溶液和试样温度的上升，以及铜网电极的极化腐蚀，降低了测试的精度。(2)瑞典查尔莫斯技术大学唐路平教授提出的RCM方法(唐路平.氯离子在混凝土中的输运-测试、模拟及应用[A].沿海地区混凝土结构耐久性及其设计方法科技论坛与全国第六届混凝土耐久性学术交流会论文集[C]，2004)，该方法是在混凝土试样的两端，分别建立质量浓度为10％的NaCl溶液和摩尔浓度为0.3mol/L的NaOH溶液的盐池，在盐池中放置用作电极的不锈钢网，然后将30V恒压直流电源的负极和正极与上述两个盐池中的不锈钢网分别连接，依据接通后所测得的初始电流，调整在试样两端盐池中的电极上加载的电压，然后再次测定回路中的电流并设定测试持续的时间；试验结束后，将试样劈开，用0.1mol/L的AgNO₃溶液进行氯离子的显色试验，然后用测试期间加载的电压值、阳极溶液在试验开始和结束时的温度和氯离子的渗透深度来计算氯离子在混凝土中的迁移系数，并通过该迁移系数来评价混凝土的抗渗透性。RCM方法的缺点是测试耗时较长，可达96小时，而且试样断面的显色反应不是很清晰、锐利，因此影响了测试的效率和精度，限制了该种测试方法的应用推广。(3)电阻率方法，该方法还没有形成统一的标准。其基本原理是根据美国西北大学Z.P.Bazant教授教授提出的混凝土中钢筋的腐蚀速率模型，即混凝土中钢筋的腐蚀速率与混凝土的电阻率成反比(Z.P.Bazant.Physical model for steel corrosion in concrete sea structures.Journal ofStructural Division，1979，105(6)：1155-1166)。因此，通过测试混凝土的电阻率，即可预测混凝土中钢筋的腐蚀速率，为混凝土的配合比设计和保护层厚度的确定提供指导。依据Z.P.Bazant教授教授提出的模型，上海交通大学的弓国军等建立了用于测试混凝土电阻的方法，该方法采用直流电源，在测试期间记录回路中的电流，然后用电源的电压和回路电流的比值计算出被测试样的电阻，再根据被测试样的面积和长度计算出电阻率(弓国军，宋晓冰，孔启明.氯盐污染下混凝土的电阻率.工业建筑，2005 35(12)：5-7.)，该方法的缺点是采用直流电源，因此无法避免电极的极化和腐蚀，同时，该方法未对测试回路中要达到的电流值或试样两端的电位差提出要求，因此难以实施；北京冶建特种材料有限公司的郝挺宇等申请了一项“一种混凝土电阻率测量方法及其装置(专利号200910148445)”的发明专利，该方法采用直流电源，在测试期间使得回路中形成一个恒定的电流值，并通过测试通电期间被测试样两端的电位差和断电后足够短时间内被测试样两端的电位差来计算混凝土的电阻率。该方法的不足同样是使用的直流电压会带来电极的极化腐蚀，同时，该方法所要求的在断电后足够短时间内测试被测试样两端的电位差的要求难以量化，因此难以操作并会影响测试结果的准确性。