一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，該方法通過(guò)采用專利號(hào)為“ZL201120473976.2”所公開(kāi)的用于水泥水化過(guò)程電化學(xué)阻抗譜在線測(cè)試的模具對(duì)水泥材料進(jìn)行全程的養(yǎng)護(hù)和氯離子滲透測(cè)試，在氯離子滲透時(shí)通過(guò)卸掉模具兩端40mm×40mm電極板，讓水泥材料接受氯離子侵蝕，需要測(cè)試時(shí)再將模具兩端裝上電極板即可進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，最后通過(guò)電化學(xué)參數(shù)的規(guī)律變化來(lái)反映和推算水泥材料的氯離子滲透深度。本發(fā)明具有模具和水泥試件不易損壞、能重復(fù)性檢測(cè)、誤差小以及操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水泥材料滲透測(cè)試方法領(lǐng)域，尤其涉及一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氯離子侵入水泥混凝土內(nèi)部引起鋼筋銹蝕、結(jié)構(gòu)承載力下降和耐久性降低是沿海地區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失效的一個(gè)主要原因。氯離子對(duì)水泥基材料的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，化學(xué)結(jié)合主要是形成Friedel ’ s鹽的過(guò)程，物理吸附主要是凝膠對(duì)氯離子的作用。當(dāng)混凝土中氯離子濃度較大時(shí)，可與材料反應(yīng)生成化合物，其膨脹導(dǎo)致水泥混凝土產(chǎn)生裂縫。在鋼筋銹蝕過(guò)程中，氯離子作為中間產(chǎn)物，提高腐蝕電池的效率，加速電化學(xué)腐蝕；其對(duì)鋼筋的銹蝕致使混凝土膨脹、疏松，會(huì)導(dǎo)致混凝土抗化學(xué)侵蝕、耐磨性和強(qiáng)度的下降。因此研究水泥混凝土的氯離子侵蝕過(guò)程和作用機(jī)理具有重要意義。
[0003]如今有很多測(cè)試和評(píng)價(jià)氯離子滲透過(guò)程的方法，自然浸泡法測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易出現(xiàn)切片、滴定、擬合誤差，且重復(fù)率低，測(cè)定需破壞試塊。電導(dǎo)率法在養(yǎng)護(hù)時(shí)間較短時(shí)，評(píng)價(jià)混凝土的滲透性會(huì)對(duì)礦物摻合料混凝土造成低估，且摻加不同摻合料混凝土之間也會(huì)造成不準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，旨在解決現(xiàn)有測(cè)試方法中模具和水泥試件易損壞、不能重復(fù)性檢測(cè)、誤差大以及操作不方便等問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0006]將復(fù)合硅酸鹽水泥注入專利號(hào)為ZL201120473976.2所公開(kāi)的模具中進(jìn)行水泥試件養(yǎng)護(hù)后卸除模具兩端電極板并將模具置于不同氯離子濃度的氯化鈉溶液中進(jìn)行滲透；
[0007]在不同滲透時(shí)間點(diǎn)取部分水泥試件從模具中拆出后進(jìn)行實(shí)際滲透深度值的測(cè)量;
[0008]將剩余未拆出測(cè)量的水泥試件的模具裝配好兩端電極板后進(jìn)行阻抗譜測(cè)試并得出各阻抗譜圖，將所述各阻抗譜圖用電化學(xué)模型進(jìn)行擬合得到實(shí)際電化學(xué)參數(shù)值，根據(jù)所述實(shí)際滲透深度值與實(shí)際電化學(xué)參數(shù)值擬合出滲透深度值與電化學(xué)參數(shù)值之間的函數(shù)關(guān)系;
[0009]根據(jù)水泥試件的水灰比以及滲透時(shí)間點(diǎn)計(jì)算出預(yù)測(cè)電化學(xué)參數(shù)值，并根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系得到預(yù)測(cè)滲透深度值。
[0010]優(yōu)選地，所述水泥試件的水灰比分別為0.25,0.3,0.4以及0.5。
[0011]優(yōu)選地，所述兩端電極板為專利號(hào)ZL201120473976.2所公開(kāi)專利文件中其實(shí)施例第0030段部分所記載的兩端40mmX40mm的電極板。
[0012]優(yōu)選地，不同所述氯化鈉溶液中氯離子濃度分別為300mg/L、3000mg/L以及6000mg/L。
[0013]優(yōu)選地，所述滲透時(shí)間點(diǎn)分別為O天、15天、30天、60天、90天、120天、150天、210天以及270天。
[0014]優(yōu)選地，所述在不同滲透時(shí)間點(diǎn)取部分水泥試件從模具中拆出后進(jìn)行實(shí)際滲透深度值的測(cè)量包括以下具體步驟:
[0015]準(zhǔn)備3個(gè)相同條件養(yǎng)護(hù)的水泥試件，將所述水泥試件從模具中取出劈成兩半，刮去斷面上殘存的粉末，隨即涂上濃度為lmol/L的稀硝酸溶液，待其反應(yīng)后，再涂上0.05mol/L的硝酸銀溶液，經(jīng)30秒鐘后按每5毫米一個(gè)測(cè)量點(diǎn)分別測(cè)出每個(gè)水泥試件兩側(cè)面各點(diǎn)的滲透深度值；
[0016]在各所述側(cè)面分別取7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，計(jì)算各水泥試件每個(gè)側(cè)面的平均滲透深度值，最后根據(jù)每個(gè)所述側(cè)面的平均滲透深度值計(jì)算3個(gè)水泥試件的滲透深度值的總平均值，選取該總平均值為實(shí)際滲透深度值。
[0017]優(yōu)選地,所述阻抗譜圖包括Nyquist圖和Bode圖。
[0018]優(yōu)選地，所述電化學(xué)模型用函數(shù)定義為:RS(Q1 (RctlW1)) (Q2(Rct2W2));其中，
[0019]Rs為水泥樣品孔溶液電阻，Q1為水泥材料內(nèi)部固/液兩相的雙電層電容，Rrfl為水泥材料內(nèi)部的離子傳遞過(guò)程電阻，W1為水泥材料內(nèi)部的離子擴(kuò)散過(guò)程電阻，Q2為水泥材料與電極板之間的雙電層電容，Rrt2為電極板表面的電荷傳遞過(guò)程電阻，W2為電極板表面的離子擴(kuò)散過(guò)程電阻。
[0020]優(yōu)選地，所述滲透深度值與電化學(xué)參數(shù)值之間的函數(shù)關(guān)系定義為;其中，D為滲透深度值，Rctl為電化學(xué)參數(shù)值，a、b為常數(shù)。
[0021]優(yōu)選地，所述預(yù)測(cè)電化學(xué)參數(shù)值與滲透時(shí)間點(diǎn)為指數(shù)函數(shù)關(guān)系。
[0022]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，該方法通過(guò)采用專利號(hào)為“ZL201120473976.2”、名稱為“一種水泥水化過(guò)程電化學(xué)阻抗譜在線測(cè)試模具”所公開(kāi)的一種用于水泥水化過(guò)程電化學(xué)阻抗譜在線測(cè)試的模具對(duì)水泥材料進(jìn)行全程的養(yǎng)護(hù)和氯離子滲透測(cè)試。首先用該模具配制和養(yǎng)護(hù)水泥材料，養(yǎng)護(hù)28天后卸掉兩端40mmX40mm電極板，讓水泥材料接受氯離子侵蝕，需要測(cè)試時(shí)再將模具兩端裝上電極板即可進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，從而跟蹤水泥材料的侵蝕進(jìn)程。整個(gè)過(guò)程水泥一直處于模具中，沒(méi)有受到損壞，因而實(shí)現(xiàn)了無(wú)損測(cè)試。由于模具兩端的電極板可卸可裝，因此水泥材料可以重復(fù)接受侵蝕和測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了重復(fù)性的測(cè)試。模具的拆卸安裝自如也使測(cè)試方便可行。
[0023]此外，本發(fā)明對(duì)水泥材料氯離子滲透深度的測(cè)試涉及水泥基材料電化學(xué)體系的測(cè)試，由于組成電化學(xué)模型的元件的參數(shù)又隨著侵蝕的進(jìn)程而發(fā)生規(guī)律性的變化，與氯離子滲透深度的存在數(shù)學(xué)聯(lián)系，因此通過(guò)用適當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)模型代表侵蝕作用下的水泥材料，通過(guò)電化學(xué)參數(shù)的規(guī)律變化來(lái)反映和推算水泥材料的氯離子滲透深度，這樣不僅避免人工視讀滲透深度產(chǎn)生較大的讀數(shù)誤差，而且可節(jié)省大量的測(cè)試人力和時(shí)間。電化學(xué)阻抗譜方法可有效表征水泥材料的微觀結(jié)構(gòu)，靈敏度高，可重復(fù)性好，測(cè)試時(shí)間短且是無(wú)破壞測(cè)試，是一種研究水泥基材料結(jié)構(gòu)和性能的快速有效的方法。電化學(xué)阻抗譜對(duì)于研究水泥基材料的結(jié)構(gòu)變化及漿體與骨料間界面敏感有效，而水泥，砂漿，混凝土等材料在隨著離子侵蝕的進(jìn)行結(jié)構(gòu)會(huì)變得致密，引起其阻抗譜圖出現(xiàn)明顯的變化。用一個(gè)電化學(xué)等效電路模型Rs(Qi(RctiW1)) (Q2(Rct2W2))則可以表征水泥基材料的離子侵蝕過(guò)程。這個(gè)電路在測(cè)試時(shí)不使用，僅是擬合數(shù)據(jù)時(shí)使用，是用于表征水泥基材料的氯離子侵蝕過(guò)程。該模型由以下參數(shù)組成:RS為水泥樣品孔溶液電阻，Q1為水泥材料內(nèi)部固/液兩相的雙電層電容，Rctl為水泥材料內(nèi)部的離子傳遞過(guò)程電阻，W1為水泥材料內(nèi)部的離子擴(kuò)散過(guò)程電阻(Warburg電阻)，Q2為水泥材料與電極板之間的雙電層電容，Rrt2為電極板表面的電荷傳遞過(guò)程電阻，W2為電極板表面的離子擴(kuò)散過(guò)程電阻(Warburg電阻)。模型Rs(Q1 (RetlW1)) (Q2(Rct2W2))程不僅考慮到測(cè)試過(guò)程中外部電極板反應(yīng)的作用，還考慮了水泥材料內(nèi)部的固/液相互作用，即固/液之間的雙電層電容效應(yīng)，孔溶液中的離子擴(kuò)散過(guò)程和樣品內(nèi)部的離子傳遞過(guò)程，所以用該模型可以有效跟蹤測(cè)試水泥基材料的離子侵蝕過(guò)程。
[0024]模型的電化學(xué)參數(shù)Erfl (表示水泥材料內(nèi)部的離子傳遞過(guò)程的電阻)隨氯離子滲透齡期會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，因此利用該參數(shù)與早期的滲透深度和時(shí)間建立起函數(shù)關(guān)系，就可以對(duì)有效地對(duì)后期的滲透深度進(jìn)行測(cè)試。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中水泥試件的水灰比為0.3時(shí)在滲透120天后的進(jìn)行阻抗譜測(cè)試得到的Nyquist圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中水泥試件的水灰比為0.3時(shí)在滲透120天后的進(jìn)行阻抗譜測(cè)試得到的bode圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中水泥試件的水灰比為0.4時(shí)在滲透15天后的進(jìn)行阻抗譜測(cè)試得到的Nyquist圖；
[0028]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中水泥試件的水灰比為0.4時(shí)在滲透15天后的進(jìn)行阻抗譜測(cè)試得到的bode圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:對(duì)侵蝕后的硬化水泥材料試塊進(jìn)行阻抗譜測(cè)試，得到阻抗譜圖；利用水泥材料的電化學(xué)電路模型擬合阻抗譜圖，獲得電化學(xué)參數(shù)，然后測(cè)試水泥材料的實(shí)際氯離子滲透深度；將電化學(xué)參數(shù)和實(shí)際滲透深度建立起函數(shù)關(guān)系，再通過(guò)計(jì)算電化學(xué)參數(shù)來(lái)推算出水泥材料后期滲透深度，從而完成后期水泥材料滲透深度的測(cè)試。
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]實(shí)施例1
[0032]一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0033](I)將復(fù)合硅酸鹽水泥注入專利號(hào)為ZL201120473976.2所公開(kāi)的模具中進(jìn)行水泥試件養(yǎng)護(hù)后卸除模具兩端電極板并將模具分別置于300mg/L、3000mg/L、6000mg/L氯離子濃度的氯化鈉溶液中進(jìn)行滲透。
[0034]在步驟(I)中，將深圳海星小野田水泥有限公司生產(chǎn)的525復(fù)合硅酸鹽水泥注入專利號(hào)為ZL201120473976.2所公開(kāi)的模具(詳見(jiàn)該專利文件說(shuō)明書部分第3頁(yè)實(shí)施例所公開(kāi)的用于水泥水化過(guò)程電化學(xué)阻抗譜在線測(cè)試的模具，該模具的型號(hào)規(guī)格在實(shí)施例0030段有具體描述:“底板1、側(cè)板2和蓋板5材料是高絕緣的有機(jī)聚合物。高絕緣有機(jī)聚合物的底板1、側(cè)板2和不銹鋼3共同形成40毫米X40毫米X 160毫米的腔體，用于成型樣品和在線測(cè)試。”)中，待該模具中的水泥試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)28天后卸除模具的兩端40毫米X 40毫米電極板，其中，模具中形成的水泥試件的水灰比分別為0.25,0.3,0.4以及0.5，每種水灰比的水泥試件制備24塊試件，試塊尺寸為160mmX40mmX40mm。
[0035]將卸了兩端40mmX40mm電極板的模具連同模具內(nèi)的水泥試件浸入侵蝕箱中，該侵蝕箱中分別設(shè)有氯離子濃度為300mg/L、3000mg/L、6000mg/L的氯離子溶液。
[0036](2)在不同滲透時(shí)間點(diǎn)取部分水泥試件從模具中拆出后進(jìn)行實(shí)際滲透深度值的測(cè)量。
[0037]在步驟⑵中，在滲透過(guò)程中，在每個(gè)滲透時(shí)間點(diǎn)(O天、15天、30天、60天、90天、120天、150天、210天以及270天)時(shí)各取3個(gè)相同條件養(yǎng)護(hù)的試件，將試件從模具中取出，縱向劈成兩半，刮去斷面上殘存的粉末，隨即涂上濃度為lmol/L的稀硝酸溶液，待其反應(yīng)后，涂上0.05mol/L的硝酸銀溶液。經(jīng)30秒鐘后，按原先標(biāo)劃的每5毫米一個(gè)測(cè)量點(diǎn)用游標(biāo)卡尺分別測(cè)出兩側(cè)面各點(diǎn)的滲透深度。每側(cè)共有7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，按下式取平均值，精確到
0.01毫米:
[0038]Dx=(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7)/7
[0039]其中，Dx為當(dāng)前水泥試件每側(cè)的平均滲透深度，Dl至D7為測(cè)點(diǎn)滲透深度。
[0040]取上述3個(gè)水泥試件的滲透深度的總平均值作為某一滲透齡時(shí)間點(diǎn)的實(shí)際滲透深度值，例如，在6000mg/L氯離子溶液中的0.3水灰比的水泥試件在滲透時(shí)間點(diǎn)為15、30以及90天時(shí)的實(shí)際滲透深度值如下表1所示:
[0041]表1
【權(quán)利要求】
1.一種水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟: 將復(fù)合硅酸鹽水泥注入專利號(hào)為ZL201120473976.2所公開(kāi)的模具中進(jìn)行水泥試件養(yǎng)護(hù)后卸除模具兩端電極板并將模具置于不同氯離子濃度的氯化鈉溶液中進(jìn)行滲透； 在不同滲透時(shí)間點(diǎn)取部分水泥試件從模具中拆出后進(jìn)行實(shí)際滲透深度值的測(cè)量； 將剩余未拆出測(cè)量的水泥試件的模具裝配好兩端電極板后進(jìn)行阻抗譜測(cè)試并得出各阻抗譜圖，將所述各阻抗譜圖用電化學(xué)模型進(jìn)行擬合得到實(shí)際電化學(xué)參數(shù)值，根據(jù)所述實(shí)際滲透深度值與實(shí)際電化學(xué)參數(shù)值擬合出滲透深度值與電化學(xué)參數(shù)值之間的函數(shù)關(guān)系； 根據(jù)水泥試件的水灰比以及滲透時(shí)間點(diǎn)計(jì)算出預(yù)測(cè)電化學(xué)參數(shù)值，并根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系得到預(yù)測(cè)滲透深度值。
2.如權(quán)利要求1所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，所述水泥試件的水灰比分別為0.25,0.3,0.4以及0.5。
3.如權(quán)利要求2所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，所述兩端電極板為專利號(hào)ZL201120473976.2所公開(kāi)專利文件中其實(shí)施例第0030段部分所記載的兩端40mm X 40mm的電極板。
4.如權(quán)利要求3所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，不同所述氯化鈉溶液中氯離子濃度分別為300mg/L、3000mg/L以及6000mg/L。
5.如權(quán)利要求4所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，所述滲透時(shí)間點(diǎn)分別為O天、15天、30天、60天、90天、120天、150天、210大以及270大。
6.如權(quán)利要求5所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，所述在不同滲透時(shí)間點(diǎn)取部分水泥試件`從模具中拆出后進(jìn)行實(shí)際滲透深度值的測(cè)量包括以下具體步驟: 準(zhǔn)備3個(gè)相同條件養(yǎng)護(hù)的水泥試件，將所述水泥試件從模具中取出劈成兩半，刮去斷面上殘存的粉末，隨即涂上濃度為lmol/L的稀硝酸溶液，待其反應(yīng)后，再涂上0.05mol/L的硝酸銀溶液，經(jīng)30秒鐘后按每5毫米一個(gè)測(cè)量點(diǎn)分別測(cè)出每個(gè)水泥試件兩側(cè)面各點(diǎn)的滲透深度值； 在各所述側(cè)面分別取7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，計(jì)算各水泥試件每個(gè)側(cè)面的平均滲透深度值，最后根據(jù)每個(gè)所述側(cè)面的平均滲透深度值計(jì)算3個(gè)水泥試件的滲透深度值的總平均值，選取該總平均值為實(shí)際滲透深度值。
7.如權(quán)利要求6所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，所述阻抗譜圖包括Nyquist圖和Bode圖。
8.如權(quán)利要求7所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，所述電化學(xué)模型用函數(shù)定義為:RS(Q1 (RetiW1)) (Q2(Rct2W2));其中， Rs為水泥樣品孔溶液電阻，Q1為水泥材料內(nèi)部固/液兩相的雙電層電容，Rrfl為水泥材料內(nèi)部的離子傳遞過(guò)程電阻，W1為水泥材料內(nèi)部的離子擴(kuò)散過(guò)程電阻，Q2為水泥材料與電極板之間的雙電層電容，Rrt2為電極板表面的電荷傳遞過(guò)程電阻，W2為電極板表面的離子擴(kuò)散過(guò)程電阻。
9.如權(quán)利要求8所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，所述滲透深度值與電化學(xué)參數(shù)值之間的函數(shù)關(guān)系定義為;其中，D為滲透深度值，Rrfl為電化學(xué)參數(shù)值，a、b為常數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的水泥基材料氯離子滲透深度測(cè)試方法，其特征在于，所述預(yù)測(cè)電化學(xué)參數(shù)值與 滲透時(shí)間點(diǎn)為指數(shù)函數(shù)關(guān)系。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK103674807SQ201310687946
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】董必欽, 邢鋒, 袁偉鵬, 尹遠(yuǎn), 陳立, 邱啟文, 張健超, 徐偉偉, 房國(guó)豪, 王琰帥 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)