[发明专利]一种用于模拟水下区水泥基材料钙离子溶出和氯离子扩散情况的装置

说明书

本发明公开了一种用于模拟水下区水泥基材料钙离子溶出和氯离子扩散情况的装置，包括试验仓以及用于为试验仓提供压力的空气压缩机；所述试验仓包括耐压仓和溶液存储仓，空气压缩机与耐压仓的连接气管上设有增压泵和压力传感器；在耐压仓内装有传感器组件，传感器组件通过固定装置固定在耐压仓上；所述传感器组件包括钙离子传感器、氯离子传感器和参比电极；在耐压仓和溶液存储仓的连接管道上设有泄压阀。本发明装置通过对侵蚀溶液施加压强，可以模拟出大坝或深海工程水下区水泥基材料面临的水头压力作用，在水压力作用下，水泥基材料同时发生钙离子溶出与氯离子侵蚀，从而快速得到在对应水压力作用下水泥基材料的钙离子溶出速率与氯离子扩散速率，评价不同水压力作用下水泥基材料的抗溶蚀和抗氯离子侵蚀性能，预测出水压力荷载条件下遭受钙离子溶出与氯离子侵蚀劣化时混凝土建筑物的服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种用于模拟水下区水泥基材料钙离子溶出和氯离子扩散情况的装置。

背景技术

大坝等水利工程主体为混凝土建筑物，水位下方的混凝土建筑物长期与水接触，混凝土内部钙离子会在浓度差的驱动下向外部迁移，以上被称为混凝土接触溶蚀。混凝土接触溶蚀造成混凝土脱钙，不仅降低水化硅酸钙凝胶的胶结性能，而且粗化胶结浆体的孔隙率，导致混凝土力学性能的持续退化。另外，对于深海混凝土工程，由于海水中氯离子含量较高，氯离子侵入混凝土会造成钢筋锈胀开裂进而导致混凝土结构承载力下降，同时也存在钙离子溶出的危害。

目前关于水泥基材料溶蚀劣化和氯离子侵蚀的研究主要针对常压条件，但是无论是大坝还是深海建筑其水下区混凝土均受到水头荷载作用，并且水头压力随着水位深度的增加而增大。很多水电站蓄水深度和深海混凝土建造深度均超过100米，底部混凝土受到的压强更是超过了1MPa的水头压力。相较于常压条件，水头压力使溶蚀介质能够更轻易地侵入到混凝土内部更深的位置，也促进更深位置处水泥浆体中的钙离子扩散到混凝土外部。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种能够通过调控水压力从而能够准确评估出在不同水头压力作用下大坝和深海工程水下区水泥基材料的抗溶蚀和抗侵蚀性能的装置。

技术方案：本发明所述的用于模拟水下区水泥基材料钙离子溶出和氯离子扩散情况的装置，包括试验仓以及用于为试验仓提供压力的空气压缩机；所述试验仓包括耐压仓和溶液存储仓，空气压缩机与耐压仓的连接气管上设有增压泵和压力传感器；在耐压仓内装有传感器组件，传感器组件通过固定装置固定在耐压仓上；所述传感器组件包括钙离子传感器、氯离子传感器和参比电极；在耐压仓和溶液存储仓的连接管道上设有泄压阀。

其中，还包括PLC控制箱，增压泵、压力传感器、钙离子传感器、氯离子传感器和泄压阀分别通过电缆与PLC控制箱连接，PLC控制箱通过通讯模块与带显示屏的控制终端进行信息交互。

其中，所述耐压仓内填充有侵蚀溶液，侵蚀溶液为氯化铵和/或氯化钠溶液，溶液中，铵根离子的浓度为0～6mol/L，氯离子浓度为0～9mol/L。

其中，所述耐压仓内放置有水泥混凝土试件，所述试件取粉方式为由暴露面向内逐层取粉，每层取粉厚度0.5～2mm，优选1mm；对取得的粉磨细后，使用X射线荧光光谱仪测定粉末中钙离子含量，同时用固液萃取法结合化学滴定法测定粉末中氯离子含量，借助于水泥基材料的扩散-溶解方程计算出钙离子溶出速率和氯离子侵蚀速率。