非接觸式阻抗法測定混凝土連通孔隙率的方法與試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及混凝土孔隙率測定技術領域，尤其涉及一種非接觸式阻抗法測定混凝 土連通孔隙率的方法與試驗裝置。
【背景技術】
[0002] 混凝土是一種多孔材料，在土木工程結構中有著廣泛的應用。隨著全球經濟快速 發展，建設規模空前，水泥基材料使用量逐年上升，對于經濟高速發展的中國尤為突出。我 國是一個發展中的大國，正在從事著大規模的基礎設施建設，但我國的各種資源和能源并 不豐富，因此更需要從戰略高度，合理地利用有限的資源，科學地設計出安全、適用又耐久 的工程項目，更要盡可能延續現有基礎設施的使用壽命。
[0003]處于海洋環境、撒除冰鹽環境以及工業環境中的鋼筋混凝土結構，由于氯鹽、水分 和氧氣通過混凝土的毛細孔到達鋼筋表面從而引起鋼筋腐蝕，會大大降低混凝土結構的使 用壽命。由鋼筋銹蝕導致的混凝土結構耐久性問題，已成為國際研究熱點問題。據統計，環 境對混凝土結構腐蝕破壞造成的損失，有些國家會達到國民生產總值的2 %~4%。混凝土 中的孔隙分為開口孔、半開口孔和封閉孔。侵蝕介質向混凝土中的傳輸速度除受環境溫濕 度影響外，主要取決于混凝土的開口連通孔隙率。準確測定混凝土的連通孔隙率是預測混 凝土抵抗侵蝕介質傳輸能力的關鍵。如今，混凝土孔隙率的測定通常采用壓汞法。壓汞法的 測定結果容易受汞壓力的影響，測得孔隙率通常包括連通孔和部分半連通孔隙，而真正為 介質傳輸提供通道的是連通孔隙。由于受試驗技術和壓汞原理的限制，測試混凝土的孔隙 率，如今的做法是將混凝土破碎，然后取混凝土內的砂漿部分進行壓汞試驗，而且試樣尺寸 通常只有黃豆般大小（約直徑5mm)。可見，壓汞法測試混凝土的孔隙率，實際上是測試砂漿 的孔隙率，沒有包含粗骨料。實際應用中的鋼筋混凝土結構，混凝土必然都是包含粗骨料 的。要真實測定混凝土的連通孔隙率，需要包含粗骨料，而要保證混凝土中粗骨料的均勻 性，通常試件邊長要大于2.5倍骨料粒徑，假如粗骨料最大粒徑25mm，試件截面邊長應該在 65_左右，采用傳統測試方法很難做到。
[0004]事實上，混凝土是包含粗骨料、細骨料和水泥石基體的三相復合材料，而毛細孔 (還有更小的凝膠孔)則主要存在于水泥石基體中。有研究表明，骨料和水泥石的界面過渡 區也是孔隙含量較高的區域。如果采用砂漿反映混凝土的孔隙特征，粗骨料的影響不能很 好測定，且粗骨料與水泥石基體間的界面過渡區會被忽略。要準確預測混凝土結構的抗介 質侵蝕能力，需要準確定量混凝土的連通孔隙率。因此，研發一種操作簡便、能夠準確測定 混凝土連通孔隙率的試驗裝置具有十分重要的工程價值，可對實驗室配制混凝土樣品或既 有混凝土結構現場取樣混凝土進行連通孔隙率測定，從而進行耐久性能預測，對科學研究 和工程應用都具有很重要的意義。
【發明內容】
[0005]為了克服現有測定混凝土連通孔隙率實驗技術的不足，本發明提供一種穩定性 高、操作簡便、能夠實現混凝土連通孔隙率測試，尤其涉及應用非接觸式阻抗技術，且適用 于實驗室新配制混凝土以及現場取樣性能未知混凝土連通孔隙率測試的試驗裝置，用以測 定混凝土的連通孔隙率并評估混凝土的抗侵蝕性能，以解決目前尚無有效方法測定混凝土 材料連通孔隙率的問題。
[0006] 本發明所述的非接觸式阻抗法測定混凝土連通孔隙率的方法，包括以下步驟：
[0007] 1)混凝土待測試件的準備：
[0008] 澆筑成型待測混凝土試件或現場取芯制成待測混凝土試件，并將待測混凝土試件 在標準濃度鹽溶液中浸泡或真空飽鹽至孔隙飽和，所述標準氯化鈉溶液的濃度為0.1~ 2m〇l/L；
[0009] 2)測定前的準備：
[0010]實驗前保證標準濃度鹽溶液與步驟1)獲得的飽鹽待測混凝土試件溫度相同，將兩 法蘭壓盤密封對接，在加液管中灌注標準鹽溶液以標定儀器，并確定標準濃度鹽溶液的電 阻率P0 ;標定結束后，排掉標準鹽溶液，將飽鹽待測混凝土試件與橡膠密封圈接觸處涂少許 凡士林以增加密封性，然后將連接有法蘭壓盤的加液管與飽鹽待測混凝土試件密封緊固成 為一個密封整體，重新向加液管中灌注標準鹽溶液，試驗中選用NaCl溶液;所述NaCl溶液的 濃度為〇. 1~2mol/L;
[0011] 3)電阻率p測定：
[0012] 設置數據采集系統的采樣頻率，數據處理系統從電阻率測定系統中自動采集感應 電流和電壓，計算程序根據式（1)計算電阻率，并實時顯示電阻率變化率曲線，待電阻率變 化率隨時間的變化曲線接近水平直線時，此時的電阻率值即為混凝土試塊在標準鹽溶液飽 和情況下的電阻率：
[0013] p= (1)
[0014] 式中，p為待測試件的電阻率（Ω·π〇，ν為感應環電壓(V)，I為感應環電流(A)，S為 待測試件的有效截面面積(m2)，L為待測試件的厚度(m);
[0015] 4)孔隙率Φ測定：
[0016] 根據Archie方程可得電阻率與孔隙率的關系，如式(2)。將其應用到混凝土連通孔 隙計算，則通過測定混凝土的電阻率值再由式(2)計算混凝土的連通孔隙率Φ:
[0017]
[0018] 式中，P為混凝土的電阻率（Ω·m)，Pq為標準濃度鹽溶液的電阻率（Ω·m)，Φ為 孔隙率，c^Pm為擬合系數。
[0019]按照本發明所述的方法構建的試驗裝置，其特征在于:包括離子迀移單元、電阻測 量單元和數據處理單元，所述的離子迀移單元包括兩個帶通孔的法蘭壓盤、加液管、補液水 槽和對拉螺桿，所述的加液管的每個端口對應一個法蘭壓盤;所述的加液管的兩端口分別 從相應的法蘭壓盤外端面插入其通孔內；兩個法蘭壓盤內端面相對并通過對拉螺桿形成用 于夾持待測試件的測試腔，法蘭壓盤與待測試件之間由橡膠墊圈密封;所述的補液水槽與 所述的加液管管路連通；
[0020] 所述的電阻測量單元包括信號發生器、線圈、磁芯和電流傳感器，所述的加液管依 次穿過磁芯和電流傳感器后與相應的法蘭壓盤固接;所述的線圈纏繞在所述的磁芯上，并 且所述的線圈兩端與所述的信號發生器的信號輸入端電連；
[0021] 所述的數據處理單元包括信號采集器、信號處理器和中央控制器，所述的信號采 集器的輸入端與所述的電流傳感器的信號輸出端電連，所述的信號發生器的信號輸出端、 所述的信號采集器的輸出端分別與所述的信號處理器的信號輸入端電連，所述的信號處理 器的信號輸出端與所述的中央控制器的相應的端口電連。
[0022] 所述的加液管為環形結構。
[0023]所述的加液管上設有進液閥門和排液閥門，其中所述的進液閥門設置在與補液水 槽相連的管路連接處，所述的排液閥門設置在加液管的底部。
[0024]所述的補液水槽通過軟管與所述的加液管連通。
[0025] 所述的法蘭壓盤上部設有通氣孔，其中所述的通氣孔一端與所述的通孔連通，另 一端與法蘭壓盤外部連通。
[0026]所述的加液管采用非導電類的酚醛塑料、聚氨酯塑料、環氧塑料、不飽和聚酯塑 料、有機娃樹脂或丙烯基樹脂類材料制成。
[0027] 所述的法蘭壓盤的通孔為臺階孔，并且所述的法蘭壓盤的內端面的通孔直徑大于 外端面的通孔直徑，并且所述的通氣孔其中一端與靠近所述的法蘭壓盤的內端面的通孔連 通。
[0028]所述的對拉螺栓兩端穿過法蘭壓盤上的螺栓連接孔后螺接兩個緊固螺帽，其中所 述的緊固螺帽采用翼型不銹鋼螺帽。
[0029]作為一種改進，本發明中所述離子迀移系統的加液管中注滿已知濃度的鹽溶液， 鹽溶液可以由補液水槽補充，法蘭上部設置有通氣孔，保證加注鹽水順暢且鹽水能充滿整 個加液管截面，試驗結束后鹽溶液由排液閥門排出。待測試件放置于兩個法蘭壓盤之間，法 蘭壓盤與待測試件之間由橡膠圈密封，用對拉螺桿固定法蘭壓盤與待測試件。
[0030]作為一種改進，本發明的特征還在于所述的加液管采用非導電類的酚醛塑料、聚 氨酯塑料、環氧塑料、不飽和聚酯塑料、有機硅樹脂或丙烯基樹脂類材料制成。對拉螺栓采 用不銹鋼螺栓，緊固螺帽采用翼型不銹鋼螺帽，緊固法蘭不需借助外在工具。
[0031]作為