CN117782949A - 一种获得混凝土部件腐蚀速率的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种获得混凝土部件腐蚀速率的方法，包括：利用实验装置中的地下装置对混凝土试件进行测试，确定地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率；利用实验装置中的地上装置对混凝土试件进行测试，确定地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率；根据地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率和地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率，确定不同影响因素下的腐蚀速率；根据不同影响因素下的腐蚀速率，获得混凝土部件腐蚀速率。该方法可对盐渍土地区的自然环境温度、湿度、土壤盐分含量及种类等多种因素共同作用对混凝土桩试件腐蚀作用进行试验研究，分析得出各因素影响权重，从而针对性的采取防护措施、延长盐渍土地区混凝土桩的使用年限。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土检测技术领域，尤其涉及一种获得混凝土部件腐蚀速率的方法及装置。
背景技术
盐渍土地区的混凝土结构在长期的环境中易发生腐蚀破坏，严重影响构件使用寿命及工程结构安全。混凝土基础的腐蚀常表现为钢筋锈蚀及骨料脱落。腐蚀原因主要包括盐分腐蚀和冻融循环两种：一、地下水中的盐分会导致混凝土中的盐分逐渐升高，而高浓度的盐分会对混凝土产生腐蚀和侵蚀；二、冻融循环会使得混凝土内部产生微裂缝，加速了水分和盐分的破坏。所以，混凝土腐蚀速率的测定就可以提前了解混凝土结构的耐久性，并对整体结构尤其是钢筋的锈蚀程度有明确的了解，从而提前加以预防处理，减少不必要的人力与经济损失。
目前，针对混凝土腐蚀速率的测定方法主要包括视觉检测法、电化学法、声波检测法、磁粉检测法、超声波检测法。但是，由于盐渍土地区对混凝土腐蚀速率产生影响的因素较多，且存在多种因素耦合作用，现有测试方法无法有效测定盐渍土地区混凝土部件的腐蚀速率。
发明内容
本发明目的在于提供一种获得混凝土部件腐蚀速率的方法及装置，解决了现有技术中无法模拟真实环境下离子浓度、环境湿度、环境温度、离子种类进行腐蚀速率的现场测定。
为实现上述目的，本发明提供一种获得混凝土部件腐蚀速率的方法，所述方法包括：
制备与目标混凝土成分和配比均相同的多个混凝土试件；
利用实验装置中的地下装置对混凝土试件进行测试，确定地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率；
利用实验装置中的地上装置对混凝土试件进行测试，确定地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率；
根据地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率和地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率，确定不同影响因素下的腐蚀速率；
根据不同影响因素下的腐蚀速率，获得混凝土部件腐蚀速率；
其中，所述混凝土部件包括两部分：地下段和地上段。
本发明还提供一种获得混凝土部件腐蚀速率的装置，所述装置包括：
制备单元，用于制备与目标混凝土成分和配比均相同的多个混凝土试件；
第一测试单元，用于利用实验装置中的地下装置对混凝土试件进行测试，确定地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率；
第二测试单元，用于利用实验装置中的地上装置对混凝土试件进行测试，确定地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率；
确定单元，用于根据地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率和地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率，确定不同影响因素下的腐蚀速率；
获得单元，用于根据不同影响因素下的腐蚀速率，获得混凝土部件腐蚀速率；
其中，所述混凝土部件包括两部分：地下段和地上段。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明提供的方法步骤简单、合理、成本低，测量精度较高，可靠性高；
2、本发明提供的方法可有效测定盐渍土地区混凝土腐蚀速率，为盐渍土地区混凝土桩服役寿命的预测提供了重要支撑；
3、本发明方法可对盐渍土地区的自然环境温度、湿度、土壤盐分含量及种类等多种因素共同作用对混凝土桩试件腐蚀作用进行试验研究，分析得出各因素影响权重，从而针对性的采取防护措施、延长盐渍土地区混凝土桩的使用年限。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为获得混凝土部件腐蚀速率的方法流程图；
图2为地下装置图；
图3为地上装置图。
具体实施方式
下面将结合本发明提供的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，而且，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种获得混凝土部件腐蚀速率的方法，如图1所示，所述方法包括：制备与目标混凝土成分和配比均相同的多个混凝土试件；利用实验装置中的地下装置对混凝土试件进行测试，确定地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率；利用实验装置中的地上装置对混凝土试件进行测试，确定地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率；根据地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率和地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率，确定不同影响因素下的腐蚀速率；根据不同影响因素下的腐蚀速率，获得混凝土部件腐蚀速率。
需要说明的是，所述混凝土部件包括两部分：地下段和地上段。即本发明针对的混凝土部件只要是地下和地上均存在即可，优选的混凝土部件为混凝土桩(电线杆等)。
以下对该上述步骤进行详细介绍；
步骤1，数据调研。现场调查待测混凝土的组分及配比，挖取周围土样对其所含有的离子种类进行检测。
步骤2，试件制作与溶液配置。制作与待测混凝土组分且配比相同的混凝土试件，并对试件进行预处理；配制实验溶液。
步骤2.1，根据步骤1的调研结果，采用与待测混凝土组分和配比相同的原料制备若干直径为150mm，高度为300mm的圆柱体混凝土试件。其中，试件的形状和大小均可根据需求调整。
步骤2.2，将步骤2.1制备好的混凝土试件标准养护28d(可根据需求调整)。
步骤2.3，根据步骤1所测得的离子种类配置不同浓度以及不同种类的实验溶液备用。
步骤3，实验装置设计。根据待测盐渍土地区混凝土构件(本发明主要针对的是既有土上又有土下的构件，如电线杆等)的腐蚀特点设置相应的实验装置。
步骤3.1，土下部分。土下部分除顶部外均直接与侵蚀环境接触，因此根据该作用特点设置实验装置见图2。圆柱形塑料外壳高度35cm，内部直径25cm，紧贴内壁及底部放置5cm厚度的海绵(用于提供溶液环境，即将步骤2.3配置的溶液倒入海绵形成溶液环境)。为防止底部海绵因试件挤压产生实验误差，在底部设有直径2cm，高5cm的支撑柱。其中，土下装置的形状和大小可根据实际需求调整。
步骤3.2，土上部分。土上部分仅侧面及顶部与环境直接接触，根据该特征设置实验装置见图3。将厚度5cm，尺寸为30×30cm的海绵正中间挖去直径为15cm的圆柱，海绵底部放置相同尺寸的薄塑料板。其中，土上装置的形状和大小也可根据实际需求调整。
还需要说明的是，经过实验观察观察发现，针对地下部分，腐蚀一般只存在于水平方向上，而针对地上部分，腐蚀不仅能水平腐蚀，还能在竖直方向提供溶液晕染进行腐蚀，所以，才将地下装置部分设计为图2。
步骤4，实验过程及数据测试。根据步骤3所设计的实验装置进行实验以及相关数据测试记录。
步骤4.1，将步骤2.2养护好的混凝土试件分别放置于两类实验装置(土上装置和土下装置)内进行不同离子浓度、不同环境湿度、不同环境温度、不同离子种类的腐蚀试验，当然还可以有其他因素。
还需说明的是，在测试不同影响因素时，其他三个因素保持不变。
步骤4.2，测点布置，各测点竖直方向间隔1cm，将圆柱面分为若干水平圆，同一水平圆均匀布置12个测点(测点布置可以根据实际需求调整)；
步骤4.3，腐蚀产物分析。具体按照以下步骤实施：
步骤4.3.1，对完全腐蚀的试件采用PHI7520 VersaProbe型X射线光电子能谱分析(XPS)，并利用XPSpeak对分析结果进行拟合处理得到腐蚀产物的类型及含量并做好数据记录，记录时间点为3d、7d、14d、28d、54d、90d、180d(检测方法和记录时间均可根据实际需求调整)；
步骤4.3.2，采用同样的方法对各测点腐蚀产物的类型及含量进行检测并做好数据记录，记录时间节点同样为3d、7d、14d、28d、54d、90d、180d。
步骤5，将步骤4所得到的数据进行处理分析，建立影响因素-腐蚀速率关系曲线。
步骤5.1，水平向腐蚀速率计算。根据土下部分(默认为只有水平方向的腐蚀)的实验结果，由圆柱面最外侧水平圆沿径向向内进行速率计算，通过该点腐蚀产物的类型及其含量与完全腐蚀的含量比值计算得到该点的腐蚀速率，同一水平圆各点速率取平均值，具体计算公式如下式5.1：
步骤5.2，竖直向腐蚀速率计算。根据土上部分(默认为既有水平方向上的，也有垂直方向上的腐蚀，此处只优选垂直方向上的腐蚀)的实验结果，以试件与海绵交界面为原点，仍按式5.1计算竖直方向向上各测点腐蚀速率取平均值；
步骤5.3，以试件底部边缘为原点，将步骤5.1及步骤5.2所得速率进行描点连线，得到影响因素-综合腐蚀速率曲线。
步骤6，各因素影响权重分析计算。依据所得实验结果，根据权重公式计算各因素影响权重。
步骤6.1，根据试验结果，得到不同离子种类时的腐蚀速率Va，不同离子浓度时的腐蚀速率Vb，不同环境温度时的腐蚀速率Vc，不同环境湿度时的腐蚀速率Vd。
步骤6.2，在特定的环境条件下，根据试验结果得到腐蚀速率V，并根据步骤6.1，得到与之相对应的Va、Vb、Vc、Vd，使满足V＝γ1Va+γ2Vb+γ3Vc+γ4Vd。
步骤6.3，重复步骤6.2多次，计算γ1、γ2、γ3、γ4的平均值。将γ1、γ2、γ3、γ4的平均值代入步骤6.2中的公式，获得最终的腐蚀速率V公式。
步骤7，对待测混凝土所处地区离子种类、离子浓度、环境温度及环境湿度等指标现场实测。
步骤7.1，离子种类及浓度测定(均可根据实际需求调整)。具体按照以下步骤实施：
步骤7.1.1，挖取待测混凝土桩周围选取地表状况(包括周围植被、土壤颜色、粗糙度和质量含水率等)相似的15个点，采集土壤表层或表层下0-5cm厚度处的土壤样品并进行预处理；
步骤7.1.2，对土壤样品进行烘干、过筛处理；
步骤7.1.3，采用化学方法对土壤样品进行全盐和八大盐分离子(包括)测定；
步骤7.2，环境温度及湿度测试(均可根据实际情况调整)。具体按照以下步骤实施：
步骤7.2.1，环境温度测试。采用水银温度表，将温度计球部置于离地面高度1.5m处(优选地上3个点、地下3个点)，仪器稳定5min后读数，多次测量取平均值；
步骤7.2.2，环境湿度测试。采用干湿球温度计测量环境相对湿度，将干湿球温度计悬挂于空气比较流通(非风口)，太阳不能直射的地方，悬挂高度与视线相平，一般为1.5m(优选地上3个点、地下3个点)；读出干湿球示数后查表得出环境相对湿度。
步骤8，将步骤7得到的离子浓度、环境湿度、环境温度、离子种类在步骤5建立的影响因素-腐蚀速率关系曲线上找到对应的腐蚀速率，再根据步骤6中的权重公式进行计算，即得到该盐渍土地区的混凝土腐蚀速率。
本发明还公开一种获得混凝土部件腐蚀速率的装置，所述装置包括：制备单元，用于制备与目标混凝土成分和配比均相同的多个混凝土试件；第一测试单元，用于利用实验装置中的地下装置对混凝土试件进行测试，确定地下段在不同影响因素下的第一腐蚀速率；第二测试单元，用于利用实验装置中的地上装置对混凝土试件进行测试，确定地上段在不同影响因素下的第二腐蚀速率；确定单元，用于根据地下装置不同影响因素下的第一腐蚀速率和地上装置不同影响因素下的第二腐蚀速率，确定不同影响因素下的腐蚀速率；获得单元，用于根据不同影响因素下的腐蚀速率，获得混凝土部件腐蚀速率；其中，所述混凝土部件包括两部分：地下段和地上段。
由于该装置保护的内容与上述方法保护的内容相类似，所以在此不做过多介绍，详细请参考上述方法的论述部分。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种获得混凝土部件腐蚀速率的方法，其特征在于，所述方法包括：
制备与目标混凝土成分和配比均相同的多个混凝土试件；
利用实验装置中的地下装置对混凝土试件进行测试，确定地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率；
利用实验装置中的地上装置对混凝土试件进行测试，确定地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率；
根据地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率和地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率，确定不同影响因素下的腐蚀速率；
根据不同影响因素下的腐蚀速率，获得混凝土部件腐蚀速率；
其中，所述混凝土部件包括两部分：地下段和地上段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混凝土试件为圆柱体状的试件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地下装置包括：圆柱体外壳和海绵；
其中，所述圆柱体外壳的体积大于混凝土试件的体积；所述圆柱体外壳的上表面开设有用于放入混凝土试件的开口；所述海绵设置于所述圆柱体外壳的内表面，且所述海绵围成的空间的形状与混凝土试件的形状相同；所述海绵用于为混凝土试件提供溶液环境。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率和地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率，包括：
在混凝土试件的不同水平面和竖直方向上分别设置检测点，获得设置检测点的混凝土试件；
确定目标因素，并提供多个不同目标因素数值下的地下装置；
将多个在水平面设置检测点的混凝土试件和多个在垂直方向上设置检测点的混凝土试件分别放入多个不同目标因素数值下的地下装置和地上装置进行测试，确定地下段和地上段在目标因素下的水平腐蚀速率和垂直腐蚀速率；
循环其他影响因子，直至获得地下段和地上段在不同影响因素下的水平腐蚀速率和垂直腐蚀速率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将多个在水平面设置检测点的混凝土试件和多个在垂直方向上设置检测点的混凝土试件分别放入多个不同目标因素数值下的地下装置和地上装置进行测试，确定地下段和地上段在目标因素下的水平腐蚀速率和垂直腐蚀速率，包括：
获得完全腐蚀混凝土试件中各检测点在目标因素目标数值下的第一腐蚀数据；
采用相同的方法获取对应的另一个混凝土试件中各检测点在目标因素目标数值下的第二腐蚀数据；
根据第一腐蚀数据和第二腐蚀数据，获得另一个混凝土试件中各检测点在目标因素目标数值下的腐蚀速率；
循环目标因素下的其他数值，确定另一个混凝土试件中各检测点在目标因素多个数值下的腐蚀速率；
根据另一个混凝土试件中各检测点在目标因素多个数值下的腐蚀速率，获得地下段和地上段在目标因素下的水平腐蚀速率和垂直腐蚀速率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据第一腐蚀数据和第二腐蚀数据，获得另一个混凝土试件中各检测点在目标因素目标数值下的腐蚀速率，包括：
根据第一腐蚀数据，获得完全腐蚀混凝土试件中检测点处的完全腐蚀产物含量；
根据第二腐蚀数据，获得另一个混凝土试件中待测点处的腐蚀产物含量；
根据完全腐蚀产物含量和待测点腐蚀产物含量，通过以下公式获得另一个混凝土试件中各检测点在目标因素目标数值下的腐蚀速率；
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地上装置包括：正方形底板和海绵；
其中，所述海绵设置于所述正方形底板上面；在海绵的中间挖空，且挖空的形状与混凝土试件的形状相同；海绵用于为混凝土试件提供溶液环境；海绵的厚度小于混凝土试件的高度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同影响因素至少包括：离子浓度、离子种类、温度和湿度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据不同影响因素下的腐蚀速率，获得混凝土部件腐蚀速率，包括：
将不同离子种类、不同离子浓度、不同温度和不同湿度下的腐蚀速率标记为Va、Vb、Vc、Vd；
根据Va、Vb、Vc、Vd，建立混凝土部件腐蚀速率公式V＝γ1Va+γ2Vb+γ3Vc+γ4Vd；
确定γ1、γ2、γ3、γ4数值，并代入混凝土部件腐蚀速率公式，获得混凝土部件腐蚀速率。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，确定γ1、γ2、γ3、γ4数值，代入混凝土部件腐蚀速率公式，获得混凝土部件腐蚀速率，包括：
准备离子种类、离子浓度、温度和湿度在单一因素下的环境和混合因素下的环境，将混凝土试件分别放置于单一因素下的环境和混合因素下的环境中进行测试，分别获得Va1、Vb1、Vc1、Vd1、V1；
将Va1、Vb1、Vc1、Vd1、V1代入混凝土部件腐蚀速率公式，获得γ11、γ21、γ31、γ41；
更改各个因素的数值，并重复上述操作，获得多组γ11′、γ21′、γ31′、γ41′；
对多组γ11′、γ21′、γ31′、γ41′进行平均，获得γ1、γ2、γ3、γ4数值，代入混凝土部件腐蚀速率公式，获得混凝土部件腐蚀速率。
11.一种获得混凝土部件腐蚀速率的装置，其特征在于，所述装置包括：
制备单元，用于制备与目标混凝土成分和配比均相同的多个混凝土试件；
第一测试单元，用于利用实验装置中的地下装置对混凝土试件进行测试，确定地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率；
第二测试单元，用于利用实验装置中的地上装置对混凝土试件进行测试，确定地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率；
确定单元，用于根据地下段在不同影响因素下的水平腐蚀速率和地上段在不同影响因素下的垂直腐蚀速率，确定不同影响因素下的腐蚀速率；
获得单元，用于根据不同影响因素下的腐蚀速率，获得混凝土部件腐蚀速率；
其中，所述混凝土部件包括两部分：地下段和地上段。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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