一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法
【專利摘要】本發明提供了一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，該方法通過采用專利號為“ZL201120473976.2”所公開的用于水泥水化過程電化學阻抗譜在線測試的模具對水泥材料進行全程的養護和氯離子滲透測試，在氯離子滲透時通過卸掉模具兩端40mm×40mm電極板，讓水泥材料接受氯離子侵蝕，需要測試時再將模具兩端裝上電極板即可進行電化學阻抗譜測試，最后通過電化學參數的規律變化來反映和推算水泥材料的氯離子滲透深度。本發明具有模具和水泥試件不易損壞、能重復性檢測、誤差小以及操作方便等優點。
【專利說明】一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水泥材料滲透測試方法領域，尤其涉及一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法。
【背景技術】
[0002]氯離子侵入水泥混凝土內部引起鋼筋銹蝕、結構承載力下降和耐久性降低是沿海地區鋼筋混凝土結構失效的一個主要原因。氯離子對水泥基材料的微觀結構產生影響，化學結合主要是形成Friedel ’ s鹽的過程，物理吸附主要是凝膠對氯離子的作用。當混凝土中氯離子濃度較大時，可與材料反應生成化合物，其膨脹導致水泥混凝土產生裂縫。在鋼筋銹蝕過程中，氯離子作為中間產物，提高腐蝕電池的效率，加速電化學腐蝕；其對鋼筋的銹蝕致使混凝土膨脹、疏松，會導致混凝土抗化學侵蝕、耐磨性和強度的下降。因此研究水泥混凝土的氯離子侵蝕過程和作用機理具有重要意義。
[0003]如今有很多測試和評價氯離子滲透過程的方法，自然浸泡法測試時間過長，易出現切片、滴定、擬合誤差，且重復率低，測定需破壞試塊。電導率法在養護時間較短時，評價混凝土的滲透性會對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造成不準確評價。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，旨在解決現有測試方法中模具和水泥試件易損壞、不能重復性檢測、誤差大以及操作不方便等問題。
[0005]本發明是這樣實現的，一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，包括以下步驟:
[0006]將復合硅酸鹽水泥注入專利號為ZL201120473976.2所公開的模具中進行水泥試件養護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行滲透；
[0007]在不同滲透時間點取部分水泥試件從模具中拆出后進行實際滲透深度值的測量;
[0008]將剩余未拆出測量的水泥試件的模具裝配好兩端電極板后進行阻抗譜測試并得出各阻抗譜圖，將所述各阻抗譜圖用電化學模型進行擬合得到實際電化學參數值，根據所述實際滲透深度值與實際電化學參數值擬合出滲透深度值與電化學參數值之間的函數關系;
[0009]根據水泥試件的水灰比以及滲透時間點計算出預測電化學參數值，并根據所述函數關系得到預測滲透深度值。
[0010]優選地，所述水泥試件的水灰比分別為0.25,0.3,0.4以及0.5。
[0011]優選地，所述兩端電極板為專利號ZL201120473976.2所公開專利文件中其實施例第0030段部分所記載的兩端40mmX40mm的電極板。
[0012]優選地，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]優選地，所述滲透時間點分別為O天、15天、30天、60天、90天、120天、150天、210天以及270天。
[0014]優選地，所述在不同滲透時間點取部分水泥試件從模具中拆出后進行實際滲透深度值的測量包括以下具體步驟:
[0015]準備3個相同條件養護的水泥試件，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，待其反應后，再涂上0.05mol/L的硝酸銀溶液，經30秒鐘后按每5毫米一個測量點分別測出每個水泥試件兩側面各點的滲透深度值；
[0016]在各所述側面分別取7個測量點，計算各水泥試件每個側面的平均滲透深度值，最后根據每個所述側面的平均滲透深度值計算3個水泥試件的滲透深度值的總平均值，選取該總平均值為實際滲透深度值。
[0017]優選地,所述阻抗譜圖包括Nyquist圖和Bode圖。
[0018]優選地，所述電化學模型用函數定義為:RS(Q1 (RctlW1)) (Q2(Rct2W2));其中，
[0019]Rs為水泥樣品孔溶液電阻，Q1為水泥材料內部固/液兩相的雙電層電容，Rrfl為水泥材料內部的離子傳遞過程電阻，W1為水泥材料內部的離子擴散過程電阻，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程電阻，W2為電極板表面的離子擴散過程電阻。
[0020]優選地，所述滲透深度值與電化學參數值之間的函數關系定義為;其中，D為滲透深度值，Rctl為電化學參數值，a、b為常數。
[0021]優選地，所述預測電化學參數值與滲透時間點為指數函數關系。
[0022]本發明克服現有技術的不足，提供一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，該方法通過采用專利號為“ZL201120473976.2”、名稱為“一種水泥水化過程電化學阻抗譜在線測試模具”所公開的一種用于水泥水化過程電化學阻抗譜在線測試的模具對水泥材料進行全程的養護和氯離子滲透測試。首先用該模具配制和養護水泥材料，養護28天后卸掉兩端40mmX40mm電極板，讓水泥材料接受氯離子侵蝕，需要測試時再將模具兩端裝上電極板即可進行電化學阻抗譜測試，從而跟蹤水泥材料的侵蝕進程。整個過程水泥一直處于模具中，沒有受到損壞，因而實現了無損測試。由于模具兩端的電極板可卸可裝，因此水泥材料可以重復接受侵蝕和測試，實現了重復性的測試。模具的拆卸安裝自如也使測試方便可行。
[0023]此外，本發明對水泥材料氯離子滲透深度的測試涉及水泥基材料電化學體系的測試，由于組成電化學模型的元件的參數又隨著侵蝕的進程而發生規律性的變化，與氯離子滲透深度的存在數學聯系，因此通過用適當的電化學模型代表侵蝕作用下的水泥材料，通過電化學參數的規律變化來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生較大的讀數誤差，而且可節省大量的測試人力和時間。電化學阻抗譜方法可有效表征水泥材料的微觀結構，靈敏度高，可重復性好，測試時間短且是無破壞測試，是一種研究水泥基材料結構和性能的快速有效的方法。電化學阻抗譜對于研究水泥基材料的結構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行結構會變得致密，引起其阻抗譜圖出現明顯的變化。用一個電化學等效電路模型Rs(Qi(RctiW1)) (Q2(Rct2W2))則可以表征水泥基材料的離子侵蝕過程。這個電路在測試時不使用，僅是擬合數據時使用，是用于表征水泥基材料的氯離子侵蝕過程。該模型由以下參數組成:RS為水泥樣品孔溶液電阻，Q1為水泥材料內部固/液兩相的雙電層電容，Rctl為水泥材料內部的離子傳遞過程電阻，W1為水泥材料內部的離子擴散過程電阻(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程電阻，W2為電極板表面的離子擴散過程電阻(Warburg電阻)。模型Rs(Q1 (RetlW1)) (Q2(Rct2W2))程不僅考慮到測試過程中外部電極板反應的作用，還考慮了水泥材料內部的固/液相互作用，即固/液之間的雙電層電容效應，孔溶液中的離子擴散過程和樣品內部的離子傳遞過程，所以用該模型可以有效跟蹤測試水泥基材料的離子侵蝕過程。
[0024]模型的電化學參數Erfl (表示水泥材料內部的離子傳遞過程的電阻)隨氯離子滲透齡期會呈現指數關系，因此利用該參數與早期的滲透深度和時間建立起函數關系，就可以對有效地對后期的滲透深度進行測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明實施例1中水泥試件的水灰比為0.3時在滲透120天后的進行阻抗譜測試得到的Nyquist圖；
[0026]圖2是本發明實施例1中水泥試件的水灰比為0.3時在滲透120天后的進行阻抗譜測試得到的bode圖；
[0027]圖3是本發明實施例2中水泥試件的水灰比為0.4時在滲透15天后的進行阻抗譜測試得到的Nyquist圖；
[0028]圖4是本發明實施例2中水泥試件的水灰比為0.4時在滲透15天后的進行阻抗譜測試得到的bode圖。
【具體實施方式】
[0029]本發明所提供的技術方案是:對侵蝕后的硬化水泥材料試塊進行阻抗譜測試，得到阻抗譜圖；利用水泥材料的電化學電路模型擬合阻抗譜圖，獲得電化學參數，然后測試水泥材料的實際氯離子滲透深度；將電化學參數和實際滲透深度建立起函數關系，再通過計算電化學參數來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試。
[0030]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0031]實施例1
[0032]一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，包括以下步驟:
[0033](I)將復合硅酸鹽水泥注入專利號為ZL201120473976.2所公開的模具中進行水泥試件養護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的525復合硅酸鹽水泥注入專利號為ZL201120473976.2所公開的模具(詳見該專利文件說明書部分第3頁實施例所公開的用于水泥水化過程電化學阻抗譜在線測試的模具，該模具的型號規格在實施例0030段有具體描述:“底板1、側板2和蓋板5材料是高絕緣的有機聚合物。高絕緣有機聚合物的底板1、側板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試。”)中，待該模具中的水泥試件進行養護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的水泥試件浸入侵蝕箱中，該侵蝕箱中分別設有氯離子濃度為300mg/L、3000mg/L、6000mg/L的氯離子溶液。
[0036](2)在不同滲透時間點取部分水泥試件從模具中拆出后進行實際滲透深度值的測量。
[0037]在步驟⑵中，在滲透過程中，在每個滲透時間點(O天、15天、30天、60天、90天、120天、150天、210天以及270天)時各取3個相同條件養護的試件，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，待其反應后，涂上0.05mol/L的硝酸銀溶液。經30秒鐘后，按原先標劃的每5毫米一個測量點用游標卡尺分別測出兩側面各點的滲透深度。每側共有7個測量點，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為當前水泥試件每側的平均滲透深度，Dl至D7為測點滲透深度。
[0040]取上述3個水泥試件的滲透深度的總平均值作為某一滲透齡時間點的實際滲透深度值，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間點為15、30以及90天時的實際滲透深度值如下表1所示:
[0041]表1
【權利要求】
1.一種水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，其特征在于包括以下步驟: 將復合硅酸鹽水泥注入專利號為ZL201120473976.2所公開的模具中進行水泥試件養護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行滲透； 在不同滲透時間點取部分水泥試件從模具中拆出后進行實際滲透深度值的測量； 將剩余未拆出測量的水泥試件的模具裝配好兩端電極板后進行阻抗譜測試并得出各阻抗譜圖，將所述各阻抗譜圖用電化學模型進行擬合得到實際電化學參數值，根據所述實際滲透深度值與實際電化學參數值擬合出滲透深度值與電化學參數值之間的函數關系； 根據水泥試件的水灰比以及滲透時間點計算出預測電化學參數值，并根據所述函數關系得到預測滲透深度值。
2.如權利要求1所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，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.如權利要求2所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，其特征在于，所述兩端電極板為專利號ZL201120473976.2所公開專利文件中其實施例第0030段部分所記載的兩端40mm X 40mm的電極板。
4.如權利要求3所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，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.如權利要求4所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，其特征在于，所述滲透時間點分別為O天、15天、30天、60天、90天、120天、150天、210大以及270大。
6.如權利要求5所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，其特征在于，所述在不同滲透時間點取部分水泥試件`從模具中拆出后進行實際滲透深度值的測量包括以下具體步驟: 準備3個相同條件養護的水泥試件，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，待其反應后，再涂上0.05mol/L的硝酸銀溶液，經30秒鐘后按每5毫米一個測量點分別測出每個水泥試件兩側面各點的滲透深度值； 在各所述側面分別取7個測量點，計算各水泥試件每個側面的平均滲透深度值，最后根據每個所述側面的平均滲透深度值計算3個水泥試件的滲透深度值的總平均值，選取該總平均值為實際滲透深度值。
7.如權利要求6所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，其特征在于，所述阻抗譜圖包括Nyquist圖和Bode圖。
8.如權利要求7所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，其特征在于，所述電化學模型用函數定義為:RS(Q1 (RetiW1)) (Q2(Rct2W2));其中， Rs為水泥樣品孔溶液電阻，Q1為水泥材料內部固/液兩相的雙電層電容，Rrfl為水泥材料內部的離子傳遞過程電阻，W1為水泥材料內部的離子擴散過程電阻，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程電阻，W2為電極板表面的離子擴散過程電阻。
9.如權利要求8所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，其特征在于，所述滲透深度值與電化學參數值之間的函數關系定義為;其中，D為滲透深度值，Rrfl為電化學參數值，a、b為常數。
10.如權利要求9所述的水泥基材料氯離子滲透深度測試方法，其特征在于，所述預測電化學參數值與 滲透時間點為指數函數關系。
【文檔編號】G01N15/08GK103674807SQ201310687946
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】董必欽, 邢鋒, 袁偉鵬, 尹遠, 陳立, 邱啟文, 張健超, 徐偉偉, 房國豪, 王琰帥 申請人:深圳大學