[發明專利]快速預測氯鹽環境中鋼筋混凝土壽命的方法

有效

• 申請號: 201310455001.0
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103487480A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 張武滿;張寧;劉穎州
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/42
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

（一）技術領域

本發明涉及一種能夠快速預測氯鹽環境中鋼筋混凝土壽命的方法，屬于土木工程技術領域。

（二）背景技術

氯鹽滲入近海、沿海和海洋混凝土內部，積累到一定濃度時將引起鋼筋混凝土結構中鋼筋的銹蝕，從而導致鋼筋混凝土結構失效。模擬實際工程環境的氯離子自然滲透法周期長，可重復性差，無法達到預測壽命的目的。目前也出現了非穩態快速氯離子電遷移測定法和庫侖電通量法，可以實現氯離子在混凝土中的加速滲透實驗，并對混凝土的滲透性進行評價，然而以上實驗中得到的總電量和擴散系數很難與氯鹽環境下鋼筋混凝土的壽命聯系起來。盡管有學者試圖通過擴散系數來預測鋼筋混凝土的使用壽命，但之前需要一系列的理論假設，比如將混凝土假定為水飽和的各項同性均勻介質，而這與實際混凝土材料的性質是完全相左的。另外，氯離子在混凝土中的傳輸是一個極其復雜的過程，除與混凝土內部的孔隙和裂紋密切相關外，混凝土組成材料(各種摻合料以及摻合料的成分)對氯離子的吸附作用也是一個重要影響因素，由此很難得到可靠的使用壽命預測結果。

（三）發明內容

1、目的：

本發明的目的是提出一種快速預測氯鹽環境中鋼筋混凝土壽命的方法，為氯鹽環境中鋼筋混凝土結構的安全使用提供依據。

2、技術方案：

本發明提出的快速預測氯鹽環境中鋼筋混凝土壽命的方法，是利用外加直流電壓加速氯離子穿過混凝土保護層，不考慮氯離子在混凝土中的傳輸過程，以穿過混凝土保護層的氯離子濃度達到導致鋼筋銹蝕的臨界值作為使用壽命的評價指標，然后利用外加直流電壓與自然狀態下氯鹽濃度電位差之間的函數關系預測氯鹽環境中鋼筋混凝土的使用壽命。

本發明一種快速預測氯鹽環境中鋼筋混凝土壽命的方法，該方法具體步驟如下：

步驟一：測定混凝土孔溶液pH值；將飽和面干的混凝土試件通過壓濾方法在鋼模中榨取混凝土的孔溶液，在25℃條件下使用pH計測定混凝土孔溶液的pH值；

步驟二：用NaOH溶液和20℃時飽和的Ca(OH)₂溶液模擬混凝土的孔溶液，通過調整NaOH溶液的摩爾濃度保證溶液的pH值與步驟一中的計算值一致，將多根（亦說預定根）建筑鋼筋用砂紙除去表面的鐵銹，并在10%的檸檬酸三氨溶液中浸泡48小時進行二次除銹處理，然后用濾紙迅速將鋼筋表面的殘余液體擦拭干凈，并分別浸泡在模擬的孔溶液中48小時；之后向模擬溶液中分別加入分析純NaCl，使溶液中[Cl^-]/[OH^-]值自0.1每間隔0.1增加到0.9，每隔12小時用300倍讀數顯微鏡對鋼筋表面進行觀察，以確定鋼筋是否銹蝕；

步驟三：根據步驟二中的觀測結果確定鋼筋銹蝕的[Cl^-]/[OH^-]值，并計算此時Cl^-的摩爾濃度，作為導致鋼筋銹蝕的Cl-臨界濃度值C；

步驟四：取圓形混凝土保護層，用環氧樹脂將試件側面密封，并固定在混凝土滲透性智能測量裝置上，裝置陰極注入實際氯鹽濃度的溶液，陽極注入用蒸餾水配置的0.3mol/LNaOH溶液；

步驟五：選擇多種（亦說預定種）直流電壓作為加速電壓，分別進行氯離子加速滲透試驗，并開始記錄加速滲透試驗時間，試驗過程中保證陰極溶液中氯鹽濃度的相對穩定，測定陽極溶液中氯離子濃度，氯離子濃度達到導致鋼筋銹蝕的臨界值C時，停止試驗并記錄試驗所用時間t，同時定義該試驗時間t為該加速電壓下混凝土保護層的加速壽命；

步驟六：以外加直流電壓(V_i)為縱坐標，陽極溶液中氯離子濃度達到導致鋼筋銹蝕的臨界值時所需時間(t_i)為橫坐標，擬合得到混凝土保護層使用壽命的加速曲線和加速方程V_i=aln(t_i)+b，其中a、b為常數；

步驟七：將自然狀態下氯鹽濃度差C_Cl按V_△C=-52.983×(-lgC_Cl)+9.7306轉化為電位差V_△C；

步驟八：將自然狀態下氯鹽濃度電位差V_△C代入加速方程V_i=aln(t_i)+b，即得到該混凝土保護層的壽命t₀。

其中，在步驟二中所述的“將多根建筑鋼筋用砂紙除去表面的鐵銹”，是指用9根長100mm、直徑6mm建筑鋼筋用6號砂紙除去表面的鐵銹”。