用于现场环境的混凝土抗氯离子渗透性检测装置及方法与流程

1.本发明涉及工程试验设备技术领域，具体涉及用于现场环境的混凝土抗氯离子渗透性检测装置及方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.钢筋混凝土构件在结构服役期由于受荷载、外部环境等因素的影响，均会出现不同程度的劣化问题。其中，对于沿海地区及盐湖较多的地区，由于氯离子渗入混凝土内部而引起的混凝土开裂等问题非常突出。因此，针对氯离子在混凝土内部的抗渗性进行检测，具有重要意义。
4.目前，混凝土结构抗渗性主要通过电通量试验测定，针对特定尺寸的室内试验试件开展测试，但无法根据需要测得拟定深度的混凝土抗氯离子渗透能力。室内试验装置也无法应用于现场抗渗性检测，且进行电通量试验前需要对试件进行饱水，饱水工作难以在现场展开；同时，电通量试验所测得的结果是阴极溶液中所有离子经过通电加速后通过试件的电量，并不只是氯离子，所测结果不能精确定量地说明混凝土抗氯离子渗透的能力。因此，亟需发明一种现场使用的、对于混凝土结构微损且能够较为准确地测量出混凝土抗氯离子渗透能力的混凝土抗渗性检测装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了用于现场环境的混凝土抗氯离子渗透性检测装置，能够在现场使用，能够较为准确地测量出混凝土抗氯离子渗透能力。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
7.第一方面，本发明的实施例提供了用于现场环境的混凝土抗氯离子渗透性检测装置，包括阳极试验槽和阴极试验槽，阳极试验槽和阴极试验槽的两端均设有密封装置，阳极试验槽和阴极试验槽之间通过压力加载装置连接，阳极试验槽内设有与供电设备连接的阳极电极，阴极试验槽内设有与供电设备连接的阴极电极，阳极试验槽还设有氯离子选择性电极和参比电极，参比电极能够在氯离子进入阳极试验槽的情况下与氯离子选择性电极产生电势差。
8.可选的，所述压力加载装置包括连接机构，连接机构一端与阳极试验槽连接，另一端与阴极试验槽连接，连接机构的外周设置有气囊，气囊与充气装置连接。
9.可选的，所述连接机构采用伸缩机构，包括与阴极试验槽连接的固定部和与阳极试验槽连接的伸缩部，固定部和伸缩部伸缩连接。
10.可选的，阳极试验槽设有阳极导电片，阳极导电片的一端与阳极电极连接，另一端通过导线与供电设备连接，相应的，所述阴极试验槽内设有阴极导电片，阴极导电片一端与阴极电极连接，另一端与供电设备连接。
11.可选的，阳极试验槽和阴极试验槽均采用环状筒体结构，其外筒壁设置有出液孔，
相应的，阳极电极和阴极电极均为环状电极，
12.可选的，阳极试验槽设有与其内部空间连通的阳极溶液注入管，阴极试验槽设有与其内部空间连通的阴极溶液注入管。
13.可选的，阳极试验槽还设置有注水管，用于向阳极试验槽和阴极试验槽之间的空间注水。
14.可选的，所述参比电极采用饱和甘汞电极。
15.可选的，所述密封装置包括密封圈，密封圈内部设置有电阻丝，密封圈还设置有能够受热膨胀的气体。
16.第二方面，本发明的实施例提供了用于现场环境的混凝土抗氯离子渗透性检测装置及方法的工作方法，包括以下步骤：
17.在待测混凝土表面进行钻孔；
18.将利用压力加载装置连接的阳极试验槽和阴极试验槽放入钻好的孔洞中，密封装置贴合钻孔孔壁，利用密封装置进行密封；
19.向阳极试验槽和阴极试验槽之间的密封空间内注入蒸馏水，利用压力加载装置对注入的蒸馏水施加朝向钻孔孔壁的压力，使得蒸馏水伸入混凝土内部对混凝土进行饱水；
20.在阴极试验槽内注入阴极溶液，在阳极试验槽内注入阳极溶液，将阳极电极和阴极电极与供电设备连接，供电设备输出设定电压，并开始计时；
21.当氯离子选择性电极和参比电极之间产生电势差时，停止计时，得到单位深度氯离子透过混凝土的时间。
22.本发明的有益效果：
23.1.本发明的装置，能够置入混凝土结构表面设置的钻孔中，并通过密封装置实现阴极溶液渗入混凝土中并向阳极溶液渗透，通过氯离子选择性电极和参比电极产生电势差的时间，即可得到单位深度氯离子透过混凝土的时间，整个试验能够在施工现场开展，便于在现场进行抗渗性检测。
24.2.本发明的装置，通过气囊和注水管的设置，向气囊中注入空气使其膨胀，采用此方法给两试验槽中间区域中的蒸馏水施加一定压力，使其能够加速渗入混凝土内部，从而起到对混凝土的饱水作用。
25.3.本发明的装置，阳极试验槽安装有氯离子选择性电极，氯离子选择性电极感应到氯离子从阴极溶液经混凝土渗透到阳极溶液后，产生电势差与参比电极形成回路。由于氯离子选择性电极只能感应到溶液中的氯离子，无法感应其他离子，排除了溶液中其他离子对试验结果的干扰，能够更为精确、高效地测试出混凝土抗氯离子渗透的能力。
26.4.本发明的装置，通过伸缩机构的设置，可根据需要测定不同深度混凝土的抗渗性，提高了装置的通用性。
27.5.本发明的装置，密封装置采用安装有电阻丝的密封圈，密封圈内设有加热能够膨胀的气体，使得整个装置牢固紧密地安置在预先钻取的孔洞中，同时能够保证两试验槽中间的饱水区域具有较好的气密性。
附图说明
28.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示
意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
29.图1为本发明实施例1整体结构示意图；
30.图2为本发明实施例1阳极试验槽和阴极试验槽在钻孔内状态示意图；
31.图3为本发明实施例1阳极试验槽主视图；
32.图4为本发明实施例1阳极试验槽俯视图；
33.图5为本发明实施例1氯离子选择性电极结构示意图；
34.图6为本发明实施例1密封装置结构示意图；
35.图7为本发明实施例1伸缩机构结构示意图；
36.图8为本发明实施例1底盘结构主视图；
37.图9为本发明实施例1底盘结构俯视图；
38.图10为本发明实施例1底盘伸至最长状态时主视图；
39.图11为本发明实施例1充气装置结构示意图；
40.图12为本发明实施例1减速管道结构示意图；
41.其中，1.阳极试验槽，2.阴极试验槽，3.内筒壁，4.外筒壁，5.出液孔，6.阳极电极，7.阴极电极，8.阳极导电片，9.测试主机，10.阴极导电片，11.阳极溶液注入管，12.阴极溶液注入管，13.氯离子选择性电极，14.参比电极，14-1.电极膜片，14-2.电极管，14-3.电极帽，14-4.电极导线，15.密封装置，16.电阻丝，17.加热控制器，18.气囊，19.注气孔，20.充气装置，21.外部壳体，22.升降杆，23.轴承，24.电机，25.无线信号接收器，26.内筒，27.中筒，28.外筒，29.注水管，30.叶轮，31.进气口，32.减速管道，33.出气口。
具体实施方式
42.实施例1
43.本实施例提供了用于现场环境的混凝土抗氯离子渗透性检测装置，如图1-图4所示，包括阳极试验槽1、阴极试验槽2及设置在阳极试验槽1和阴极试验槽2之间并将二者进行连接的压力加载装置，三者构成的氯离子迁移装置能够置入待检测的混凝土结构表面开设的钻孔中。
44.阳极试验槽1和阴极试验槽2均为环状的筒体结构，包括同轴设置的内筒壁3、外筒壁4，内筒壁3和外筒壁4顶端之间设有顶板，底端之间设有底板。筒体结构内部具有环状的空腔，阳极试验槽1的空腔用于盛装阳极溶液，阴极试验槽2的空腔用于盛装阴极溶液。
45.阳极试验槽1的外筒壁设置有多个出液孔5，用于阳极溶液渗入混凝土结构内部，阴极试验槽2的外筒壁设置有多个出液孔，用于阴极溶液渗入混凝土结构内部。
46.阳极试验槽1的环状的空腔内设置有环状的阳极电极6，阴极试验槽2的环状的空腔内设置有环状的阴极电极7。
47.阳极电极6与阳极导电片8的一端固定，阳极导电片8的另一端穿过阳极试验槽的顶板后通过导线与供电设备的阳极连接，本实施例的供电设备为测试主机9。
48.阴极电极7与阴极导电片10的一端固定，阴极导电片10的另一端穿过压力加载装置并通过阳极试验槽上的阴极导电片预留孔穿过阳极试验槽后通过导线与供电设备的阴极连接。
49.本实施例中，阴极导电片10穿过压力加载装置和阳极试验槽的部分外表面涂覆有
绝缘层。
50.测试主机9能够对阳极电极6和阴极电极7输出设定的电压。
51.阳极试验槽1的顶板设置有阳极溶液注入管11，用于向阳极试验槽内注入阳极溶液，本实施例的阳极溶液为0.3mol/l的naoh溶液，阴极试验槽的顶板设有阴极溶液注入管12，阴极溶液注入管12穿过压力加载装置，并通过阳极试验槽1预留的阴极溶液注入孔穿过阳极试验槽1，阴极溶液注入管用于向阴极试验槽内加入阴极溶液，本实施例的阴极溶液为3％的nacl溶液。
52.阳极试验槽的顶板上还固定有氯离子选择性电极13和参比电极14，氯离子选择性电极13和参比电极14伸入阳极试验槽内部空间内。
53.如图5所示，所述氯离子选择性电极是把agcl和ag2s的沉淀混合物压成电极膜片14-1，电极膜片14-1固定在电极管14-2的底端，电极管14-2采用塑料管，电极管14-2固定在阳极试验槽的顶板上，电极管14-2的顶端套有电极帽14-3，电极导线14-4一端穿过电极帽14-3与电极管底部的电极膜片14-1相连接，电极导线14-4的另一端与测试主机9的氯离子选择性电极接口连接。
54.参比电极14采用饱和甘汞电极，由汞和氯化亚汞在氯化钾水溶液中的饱和溶液相接触而成。参比电极14顶部导线与测试主机的参比电极顶部导线与测试主机的参比电极接口连接。
55.氯离子选择性电极接口和参比电极接口之间连接有位于测试主机内部的毫伏表。
56.氯离子选择性电极13和参比电极14固定于阳极试验槽顶板上的氯离子选择性电极预留孔和参比电极预留孔中，氯离子选择性电极13和参比电极14通过预留孔深入到阳极试验槽内部，与阳极溶液相接触。
57.当阴极溶液中的氯离子被加速迁移后，透过拟定深度的待测混凝土渗入到阳极溶液中时，氯离子选择性电极电位随之改变，产生电势差，与参比电极形成回路，此时毫伏表感应到电势差，通过测试主机内部导线向测试主机9内部的计时模块发出电信号，计时模块停止计时，并将所计时间显示到测试主机9的显示屏上。
58.阳极试验槽1和阴极试验槽2的上下两端均设置有密封装置15，密封装置15能够与混凝土结构上钻孔的孔壁贴合，使得阳极试验槽1两个密封装置之间，阴极试验槽2两个密封装置之间及阳极试验槽1和阴极试验槽2之间形成密封空间。
59.如图6所示，密封装置15包括由柔性材质制成的密封圈，密封圈内设置有电阻丝16，电阻丝16与加热控制器17连接，加热控制器17通过测试主机9内的无线信号发射器与测试主机9连接，能够接收测试主机9的指令工作，密封圈内还充有能够受热膨胀的气体，本实施例的气体为二氧化碳。
60.在装置开始工作后，通过加热控制器17对电阻丝16进行加热，使得二氧化碳气体体积增大，从而使得密封圈体积增大，使得整个密封装置牢固紧密地安置在预先钻取的孔洞中，同时能够保证阴极试验槽2和阳极试验槽1之间所形成的密封空间具有较好的气密性。测试主机9内部设有无线信号发射器，可以通过测试主机内部的无线信号发射器控制密封圈内的加热控制器17对电阻丝16进行加热，从而使得co2气体体积增大，进而使得密封圈膨胀，使得整个装置牢固紧密地安置在预先钻取的孔洞中，同时能够保证阴极试验槽2和阳极试验槽1中间饱水区域具有较好的气密性。待电阻丝16加热至130℃时，便开始维持温度，
不再继续升高，密封圈的体积也随之不再增大。待测试完成后，关闭加热控制器17，电阻丝16温度下降，co2气体体积也随之减小，导致密封圈体积缩小，减小到一定程度后，便可将整个装置从孔洞中取出。
61.阳极试验槽1和阴极试验槽2之间设置有压力加载装置，阳极试验槽和阴极试验槽通过压力加载装置连接。
62.压力加载装置包括连接机构及设置在连接机构外周的气囊18，气囊18设置在阳极试验槽1和阴极试验槽2之间，气囊18的顶端与充气管连接，充气管通过阳极试验槽预留的注气孔19穿过阳极试验槽后与充气装置20连接。
63.本实施例中的连接机构采用伸缩机构，能够调节阳极试验槽1和阴极试验槽2之间的距离，进而可根据需要测定不同深度混凝土的抗渗性，提高了装置的通用性。
64.伸缩机构包括固定部和伸缩部，固定部与阴极试验槽2连接，伸缩部与阳极试验槽1连接。
65.在一种实施方式中，伸缩机构可采用电动伸缩杆或气缸。
66.如图7所示，在另一种实施方式中，伸缩机构包括外部壳体21、底盘和升降杆22。
67.外部壳体21和升降杆22均设置有螺纹，升降杆22与外部壳体21螺纹连接，升降杆22转动，能够沿外部壳体21的轴线方向运动，升降杆22顶部通过轴承23与阳极试验槽1的底部中心位置转动连接，升降杆22与轴承23内圈固定，轴承23外圈与阳极试验槽1固定，保证升降杆22转动时不会带动阳极试验槽1转动。
68.所述升降杆22的底端与设置在底盘上的电机24的输出轴固定连接，电机24通过设置在底盘上的无线信号接收器25与测试主机9连接，能够接收测试主机9的指令工作。
69.底盘上还设置有电池组，用于对无线信号接收器和电机进行供电。
70.如图8-图10所示，底盘包括伸缩连接的内筒26、中筒27和外筒28，外筒28套在中筒27外周，并与中筒27伸缩连接，中筒27套在内筒26外周并与内筒26伸缩连接。电机24、电池组及无线信号接收器均安装在内筒26顶部，外筒28的底面与阴极试验槽2顶部固定连接。
71.本实施例中，为了防止底盘产生转动，内筒26和中筒27均为矩形筒，无法绕自身轴线产生转动，外筒28顶部与外部壳体21的底部固定连接，为了方便外筒28与外部壳体21的连接，所述外筒28为圆柱型筒。
72.内筒26和中筒27之间设有限位台，防止内筒26和中筒27分离，中筒27和外筒28之间也设置有限位台，防止中筒27和外筒28分离。
73.升降杆22的底部通过可双向转动的电机24的输出轴相固定，电机24的底部设有电池组及无线信号接收器25镶嵌在可升降的底盘的内筒26中。其中，无线信号接收器25可接收来自测试主机9所发出的无线信号，从而控制电机24的输出轴转动，进而带动升降杆22在外部壳体21内向上转动，从而使升降杆22上升，升降杆22上升的同时，电机24会同时上升，会带动底盘产生伸长运动，从而达到让升降杆22伸长的效果。相反，通过测试主机9发送一个与此时转动方向相反的无线信号，无线信号接收器25接收后会控制电机24的输出轴反方向进行转动，进而带动升降杆22沿着外部壳体21向下转动，从而使升降杆22下降，升降杆22下降的同时，电机24会同时下降，会带动底盘产生收缩运动，从而达到让升降杆缩短的效果。
74.气囊18通过进气管和充气装置20相连接。阳极试验槽1通过注水孔安装有注水管
29，注水管29与阳极试验槽1和阴极试验槽2之间的空间相连通，在阴、阳两试验槽中间通过注水管29注入蒸馏水后，通过气囊18上部所连接的充气管，向气囊18内部注入一定体积的空气，使其膨胀，从而给两试验槽中间饱水区域的蒸馏水一定压力，使其能够加速渗入混凝土内部，从而起到对混凝土的饱水作用。其中，充气前气囊距离混凝土孔洞侧壁约3mm，在气囊充气后，距混凝土侧壁约0.5mm。
75.如图11-图12所示，充气装置包括充气外壳，外壳底部设有能够转动的叶轮30，并设置有进气口31，外壳顶部设置由于减速管道32，减速管道为变径管道，进气端的管道管径小于出气端管道管径，起到对气体减速作用，充气外壳的顶部设置有出气口33，出气口33通过充气管路与气囊18连接，阳极试验槽设置有注气孔，充气管路通过注气孔穿过阳极试验槽后与气囊连接
76.充气装置20接通电源后，叶轮30开始转动，从进气口31吸入气体，送入气体的减速管道32内，气体经管道后，由出气口33和充气管进入气囊18内。减速管道32可保证气体均匀稳定地向气囊内输入。
77.测试主机分为三个模块，分别为氯离子迁移加速模块、计时模块和氯离子检测模块，三个模块之间通过测试主机9内部导线连接，氯离子迁移加速模块作为供电设备，能够向阳极电极和阴极电极施加60v的直流电压，从而加速氯离子迁移，施加电压的同时通过主机20内部导线向计时模块发出电信号，使得计时模块开始计时。氯离子检测模块包括氯离子选择性电极13、参比电极14和毫伏表。
78.本实施例的装置，需要在待测混凝土表面预先进行钻孔，其深度可根据拟测混凝土的深度进行调整。
79.本实施例的装置，在阴极试验槽注入的溶液为质量浓度为3％的nacl溶液。在阳极试验槽注入的溶液为摩尔浓度为0.3mol/l的naoh溶液。
80.本实施例的装置，氯离子选择性电极在使用前应在10-3mol/l的nacl溶液中浸泡活化1h，再用去离子水反复清洗。
81.实施例2
82.本实施例提供了一种实施例1所述的用于施工现场的混凝土抗渗性检测装置的工作方法，包括以下步骤：
83.(1)首先需要在待测混凝土表面预先进行钻孔，其深度可根据拟测混凝土的实际深度而进行调整。所钻取孔洞的直径略大于阳极试验槽1、阴极试验槽2的直径。氯离子选择性电极13在使用前应在10-3mol/l的nacl溶液中浸泡活化1h，再用去离子水反复清洗。然后将氯离子选择性电极13插入阳极试验槽1上表面的氯离子选择性电极预留孔中。
84.(2)通过测试主机9对伸缩机构进行升降调节，直至其调整到所需测试距离。将伸缩机构此时的长度记录下作为氯离子透过待测混凝土的深度。将所述装置插入孔洞中，在插入时需保持缓慢且匀速，以防止在插入的过程中混凝土侧壁划破所述抗渗性检测装置的密封圈，从而影响装置的气密性。然后通过测试主机使密封圈内的加热控制器17对电阻丝16进行加热，从而使得co2气体体积增大，进而使得密封圈膨胀，使得整个装置牢固紧密地安置在预先钻取的孔洞中，同时能够保证阴极试验槽2和阳极试验槽2中间部分具有较好的气密性。待电阻丝加热至130℃后，加热控制器便开始维持温度，不再继续升高，密封圈的体积也不再增大。
85.(3)将现场检测混凝土氯离子抗渗性装置安装完成后，先通过注水管向阴、阳两试验槽中部的密封空间注入一定量的蒸馏水，将止水塞塞入注水管，再通过充气装置向气囊18内部注入一定体积的空气，使得气囊18与混凝土侧壁间的距离从3mm缩短至0.5mm，进而给密封空间内部的蒸馏水一定压力，使其能够加速渗入混凝土内部，从而对混凝土起到饱水的作用。
86.(4)待饱水完成后，通过阴极溶液注液管向阴极试验槽2内注入质量浓度为3％的nacl溶液。通过阳极溶液注液管向阳极试验槽1注入摩尔浓度为0.3mol/l的naoh溶液。
87.(5)将阴、阳极两根导片分别与测试主机9的阴极和阳极相连接，接通测试主机9电源，向两阳极电极和阴极电极施加60v直流电压。同时，计时模块开始计时。当阴极溶液中的氯离子被加速迁移后，透过拟定深度的待测混凝土渗入到阳极溶液中时，氯离子选择性电极电位随之改变，产生电势差，与参比电极形成回路，此时毫伏表感应到电势差，通过主机内部导线向计时模块发出电信号，计时模块停止计时，并将所计时间显示到显示屏上。
88.(6)当阴极溶液中的氯离子被加速迁移后，透过拟定深度的待测混凝土渗入到阳极溶液中时，测试主机内的氯离子检测模块感应到电势差，通过主机内部导线向计时模块发出电信号，计时模块停止计时，并将所计时间显示到显示屏上。计算得出单位深度氯离子透过混凝土的时间，以此来评价混凝土的抗氯离子渗透性能，从而达到现场检测氯离子抗渗性的目的。
89.采用本实施例的装置，在混凝土表面所钻取的孔洞直径较小，对混凝土结构影响相对较小且易于修补，实现了对混凝土结构微损的检测目的。
90.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。