[發明專利]一種基于多重內反射紅外光譜的混凝土滲透性的檢測方法

無效

• 申請號: 200810071129.6
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101299016A
• 公開（公告）日: 2008-11-05
• 發明（設計）人: 林昌健;趙巖;林俊人
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N21/35
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種混凝土滲透性的檢測方法，尤其是涉及一種基于多重內反射紅外光譜(MIR-FTIR)技術的混凝土滲透性的檢測方法。

背景技術

近幾年來，鋼筋混凝土結構的耐久性和安全性問題已引起廣泛的高度重視，并開展了大量相關的研究。對于鋼筋混凝土結構的耐久性和安全性的研究和設計，長期以來都相當程度地建立在對混凝土密實性或滲透性的評價。混凝土材料的滲透性已成為評價其質量的一個重要參數。混凝土的滲透性是指氣體、液體、離子或化學分子在壓力、化學勢、電場或濃度場的作用下，在混凝土中的定向滲透、擴散、遷移的難易程度。鋼筋混凝土結構的耐久性與混凝土滲透性關系密切。譬如：混凝土碳化是由于CO₂氣體滲入混凝土層并與其中的Ca(OH)₂或水化硅酸鈣等水泥水化產物反應所致；混凝土的化學侵蝕是由于水及侵蝕性離子滲入混凝土，并發生化學反應造成的；鋼筋的銹蝕是由于氯離子的滲透，對鈍化膜的侵蝕破壞所致；而混凝土的凍融破壞是由于滲入混凝土的自由水在低溫下結冰凍漲引起的。Feldman在第八屆國際水泥化學會議上指出：“對耐久性的若干研究表明，滲透性是影響混凝土耐久性的最重要的一個因素”。一般來說，滲透性能低的混凝土必然具有強的抵抗環境中侵蝕性介質侵入和腐蝕的能力，因此混凝土的抗滲性可成為鋼筋混凝土耐久性一個重要評價指標。

混凝土的滲透性包括透水性、透氣性、透分子或透離子性等，目前已發展了多種有關混凝土滲透性測試方法。由于混凝土中水的滲透可能導致多種形式的鋼筋混凝土結構的破壞，目前國內外對混凝土抗水滲透性研究的最多。樂美龍等人開發了兩種滲透系數測試裝置。我國水工、港工采用快速抗滲試驗法，如SD?105-82《水工混凝土試驗規程》采用一次加壓法，恒壓24h后劈開試件，測試平均滲水高度，并以此計算滲透系數。Khatri等人對比了水滲透量和滲透高度兩種測試混凝土滲透性能的方法，認為對于滲透性較高的混凝土，流量法較合適，而對于抗滲性較高的混凝土，采用滲透高度法較合適。

然而，以水為滲透介質時，由于水泥的繼續水化、物質的遷移、毛細管結構的改變等使滲透過程難以達到穩態，因此水的滲透系數難以準確測量。Kollek等在1999年提出混凝土中O₂滲透系數的Cembureau測試方法，在國際上獲得廣泛接受，并于同年由RIEM組織作為測量標準予以推薦。該方法的原理為：給試樣施加穩定的氣壓，記錄在此壓力下通過混凝土試樣的氣體流量，再轉換成滲透系數，以此來評價混凝土的O₂滲透性能。由于透過混凝土的氣體流量極小，該方法采用皂膜流量計。為滿足試樣周邊的密封要求，還必須采用輪胎式的結構。該方法雖然測試精度較高，但測試程序十分繁瑣，不易實施。

此外，國內外還有不少工作是應用電學或電化學法對混凝土滲透性的快速評價，其中ASTM?C?1202法是一種快速測量混凝土中氯離子滲透性最常用的方法。該方法是通過給受檢混凝土兩端施加60V直流電壓，測量6h通過的電量來評價混凝土抗滲性能。該方法的主要缺點是，通電過程溶液會溫升，可加速氯離子的擴散，使實測電量偏大；另外，銅網在電解質溶液(NaCl、NaOH)中通電電解時會發生嚴重的銹蝕，從而影響銅網的導電。總之，目前各種測量混凝土滲透性的方法都存在不同程度的缺憾，發展新的測試方法顯得十分必要。

傅立葉變換紅外(FTIR)光譜被廣泛地應用于物質化學組成和結構的測定。傅立葉紅外衰減全反射(FTIR-ATR)技術是指一束光進入具有高折射指數的晶體，在晶體與樣品(有低折射指數)的界面入射角大于臨界角，所有光束幾乎完全由此界面上反射(全反射)。光束末稍穿入反射表面并反射回來。若與晶體接觸的樣品表面對光束有選擇性吸收，則穿入反射表面的光束在某些波長的能量因被吸收而減弱，所得的反射譜也具有吸收譜的特點。通常一次反射能量的變化相當小，所得的吸收譜帶很弱。若增加全反射的次數，則可使吸收帶增強，這就是多重內反射。圖1為多重內反射傅立葉變換紅外光譜的原理示意圖。

由于入射光能被部分衰減的程度與樣品的吸收特性、穿透深度以及多次內反射中與樣品的接觸次數有關，因此光譜強度取決于穿透深度d_p、反射次數和樣品與MIR晶體緊密結合情況以及樣品本身的吸收大小。根據麥克斯韋理論，全反射光束穿透樣品的厚度遵循下列公式：