(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 1074462 A(43)申请公布日 2018.04.10
(21)申请号 201711096757.5(22)申请日 2017.11.09
(71)申请人 东南大学
地址 210088 江苏省南京市浦口区泰山新
村东大路6号(72)发明人 潘钢华 糜人杰 王亚平 周飞飞
匡桐 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所
(普通合伙) 32204
代理人 吴飞(51)Int.Cl.
G01N 29/07(2006.01)G01N 5/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种混凝土部分碳化区深度的测试方法(57)摘要
本发明公开一种混凝土部分碳化区深度的测试方法，包括如下步骤：步骤1，成型混凝土试件，拆模养护后碳化处理；步骤2，通过超声测试获取试件的声速值；步骤3，采用热重分析法测得试件的部分碳化区深度；步骤4，对获得的声速值和部分碳化区深度值进行拟合，得出声速值与部分碳化区深度之间的关系，后续通过测试试件的声速值来获得对应混凝土的部分碳化区深度。该方法通过建立混凝土部分碳化区深度与混凝土的超声波声速之间的拟合关系，可以在不破坏试件的条件下，只需测试超声波声速，即可获得相应混凝土的部分碳化区深度，测试过程保证了试样的完整性，同时避免了劈裂试件所引入的损伤；而且，该方法测试结果准确，且测试方法更简洁经济。
CN 1074462 ACN 1074462 A
权 利 要 求 书
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1.一种混凝土部分碳化区深度的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，成型混凝土试件，拆模养护后进行碳化；步骤2，对试件进行超声测试，获取试件的声速值；步骤3，采用热重分析法测得试件的部分碳化区深度；步骤4，对获得的声速值和部分碳化区深度值进行拟合分析，得出声速值与部分碳化区深度之间的关系，后续通过测试试件的声速值来获得对应混凝土的部分碳化区深度。
2.根据权利要求1所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，步骤1中，成型后的试件在温度为20℃、相对湿度为70％的环境下养护24h后脱模，脱模后放入温度为20±3℃、相对湿度为90％的养护室中继续养护28d。
3.根据权利要求1所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，步骤1中，将养护后的试件放入碳化箱中进行碳化试验，碳化箱中各个试件之间的距离不小于50mm。
4.根据权利要求3所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，所述碳化试验开始后对碳化箱内的温度、湿度及CO2浓度进行定期测定并及时调节，使碳化箱内环境满足以下要求：温度为5～40℃，相对湿度为25～75％，CO2浓度为0.03％～100％。
5.根据权利要求3所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，所述碳化试验开始后，前2天每隔2h测定一次箱内的温度、湿度及CO2浓度，以后每隔4h测定一次。
6.根据权利要求1所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，步骤2中，所述超声测试包括下述步骤：在试件上标示超声测点并测量超声测距，然后测试每个测点处超声波通过试件的时间，计算试件的声速值；其中，所述超声测点均匀分布在试件的测试面上。
7.根据权利要求6所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，所述试件的声速值为不同测点的平均声速值，该值根据下式确定：
式中：v为试件的声速值，li为第i个测点的超声测距，i＝1，2，…n，n≥3；ti-t0为第i个测点超声波通过试件的时间，其中，ti为第i个测点混凝土中声时读数，t0为声时初读数。
8.根据权利要求7所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，所述第i个测点的超声测距值li取该测点附近至少3点的平均值。
9.根据权利要求1所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，步骤3中，所述采用热重分析法测试部分碳化区深度包括下述步骤：将试件破型，取不同深度的样品制成粉末测试其成份，根据测试结果计算部分碳化区深度。
10.根据权利要求9所述的混凝土部分碳化区的测试方法，其特征在于，所述试件破型是通过干锯法从试件一端开始破型，在试件深度方向上每隔5mm取一个样品制成粉末测试成份。
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说 明 书
一种混凝土部分碳化区深度的测试方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种混凝土碳化深度测试方法，具体涉及一种混凝土部分碳化区深度的测试方法，属于建筑材料检测领域。背景技术
[0002]混凝土作为一种经济的建筑材料已经广泛的应用于建筑领域。混凝土在制备后会在内部发生水泥的水化反应，在水泥水化结束后，会在水泥石内部形成一定的孔隙。这些孔隙成为了CO2进入混凝土内部进行碳化的通道，碳化反应过程如公式(1)～(4)所示。[0003]Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O (1)[0004](3CaO·2SiO2·3H2O)+3CO2→(3CaCO3·2SiO2·3H2O) (2)[0005](2CaO·SiO2)+2CO2+nH2O→(SiO2·nH2O)+2CaCO3 (3)[0006](3CaO·SiO2)+3CO2+nH2O→(SiO2·nH2O)+3CaCO3 (4)[0007]混凝土经过碳化后，水化产物Ca(OH)2(摩尔体积：33.2cm3/mol)逐渐转变为CaCO3(摩尔体积：36.9cm3/mol)，使其填充于孔隙中，摩尔体积增加了大约11％，进而使混凝土内部逐渐变得更加密实。水泥石中不仅CH碳化，而且C-S-H(C-S-H占水泥石的60％以上)也会碳化。前者主要形成方解石，后者主要形成雯石和球霰石。但雯石和球霰石不稳定，会转化为方解石。CaCO3晶体有三种形式：方解石、雯石和球霰石，三种晶型的密度不同。所以碳化后的体积变化在10-20％范围变化。[0008]但是碳化后的钢筋混凝土，在酚酞试剂变色的区域内仍存在钢筋锈蚀的现象，直至深度到达变色范围内的某个极限位置。这是因为部分碳化区的影响，即混凝土由表及里可以分为完全碳化区、部分碳化区和未碳化区3个区域。部分碳化区中Ca(OH)2的含量由表及里逐渐增加，CaCO3的含量逐渐减少；同时由于碱性物质的消耗，混凝土的pH值在部分碳化区内也逐渐升高。未碳化区混凝土的pH值大约为12.5左右，完全碳化区混凝土的pH值为8.5，部分碳化区的pH值介于两者之间(由外至内从8.5升高至12.5)。混凝土中的碳化反应物质变化规律和混凝土碳化的pH变化规律并不完全一致，混凝土部分碳化的范围应由混凝土中碳化反应物质变化的范围所决定，而不是局限在pH值变化的区域内进行。所以当混凝土中孔溶液被碳化时，浆体中仍然会存在一定量的碱储备未被碳化，即孔溶液的碳化和浆体的碳化并不一定会同步。因此，在界定混凝土的碳化分区时，要从物质变化的试验结果去分析部分碳化区的范围。
[0009]目前测试部分碳化区的方法有红外光谱分析、热重分析、X射线分析、γ射线分析法，以上测试方法较为复杂，且成本昂贵。因此，亟需提供一套测试方法简便、且经济的测试方法。
[0010]超声法作为非破损测试方法的主要方法，对于新建工程的质量控制与既有结构的长期使用状态评估具有较重要的作用。超声法是依据超声波传播速度与混凝土弹性性质的关系，反映混凝土内部的质量。目前主要用于混凝土内部的裂缝检测与强度检测等。将其应用于测试混凝土的部分碳化区深度，既可以使混凝土在测试过程中避免非必需的破损，又
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说 明 书
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可以使测试过程简单快捷。最重要的是超声法比目前已有的部分碳化区测试方法更经济。但目前未见将超声波检测技术用于测试部分碳化区深度的相关报道。
发明内容
[0011]发明目的：针对现有的混凝土部分碳化区深度测试方法复杂且成本昂贵的问题，本发明提供一种混凝土部分碳化区深度的测试方法，该方法通过将部分碳化区深度与超声波在碳化混凝土中的传播速度建立拟合关系，可方便快捷地测算出混凝土的部分碳化区深度。
[0012]技术方案：本发明的一种混凝土部分碳化区深度的测试方法，包括如下步骤：[0013]步骤1，成型混凝土试件，拆模养护后进行碳化；[0014]步骤2，对试件进行超声测试，获取试件的声速值；[0015]步骤3，采用热重分析法测得试件的部分碳化区深度；[0016]步骤4，对获得的声速值和部分碳化区深度值进行拟合分析，得出声速值与部分碳化区深度之间的关系，后续通过测试试件的声速值来获得对应混凝土的部分碳化区深度。[0017]上述步骤1中，成型后的试件优选在温度为20℃、相对湿度为70％的环境下养护24h后脱模，脱模后最好再放入温度为20±3℃、相对湿度为90％的养护室中继续养护28d。[0018]然后将养护后的试件放入碳化箱中进行碳化试验，碳化箱中各个试件之间的距离优选不小于50mm。碳化试验开始后，宜对碳化箱内的温度、湿度及CO2浓度进行定期测定并及时调节，使碳化箱内环境满足以下要求：温度为5～40℃，相对湿度为25～75％，CO2浓度为0.03％～100％。最好可在碳化试验开始后前2天每隔2h测定一次箱内的温度、湿度及CO2浓度，以后每隔4h测定一次。[0019]上述步骤2中，超声测试包括下述步骤：在试件上标示超声测点并测量超声测距，然后测试每个测点处超声波通过试件的时间，计算试件的声速值；标示超声测点时，需保证各超声测点均匀分布在试件的测试面上。[0020]进行超声测试时，可添加耦合剂，耦合剂优选为凡士林或糊精的一种。[0021]超声测试获得的试件的声速值为不同测点的平均声速值，该值可根据下式确定：
[0022][0023]
式中：v为试件的声速值，li为第i个测点的超声测距，i＝1，2，…n，n≥3；ti-t0为第i个测点超声波通过试件的时间，其中，ti为第i个测点混凝土中声时读数，t0为声时初读数。上述参数中，v的单位为km/s，最好可精确至0.01km/s；li的单位为mm，可精确至1mm；ti、t0的单位为us，可精确至0.1us。
[0024]为使测试结果进一步精确化，测量超声测距时，第i个测点的超声测距值li最好取该测点附近至少3点的平均值。[0025]上述步骤3中，采用热重分析法测试部分碳化区深度的方法具体为：先将试件破型，然后取不同深度的样品制成粉末测试其成份，根据测试结果计算部分碳化区的深度。本步骤中，可通过干锯法从试件一端开始破型，在试件深度方向上每隔5mm取一个样品制成粉末测试成份，从而可获得较为精确的测试结果。[0026]发明原理：混凝土在水泥水化结束后，会形成大量的孔隙，CO2通过孔隙进入混凝
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土内部进行碳化，随着混凝土碳化程度的提高，混凝土内部逐渐变得越密实；超声波在混凝土中的传播速度与混凝土内部的质量有着密切的关系，内部越密实，传播速度越快；通过大量的试验数据，可以得出超声波声速与部分碳化区深度之间的关系，继而可以通过测试超声波声速来推断出混凝土的部分碳化区深度，评定混凝土的碳化程度。[0027]有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的混凝土部分碳化区深度测试方法基于超声法建立混凝土部分碳化区深度测试曲线，可以在不破坏试件的条件下，只需测试超声波声速，即可检测出混凝土部分碳化区的深度，测试过程保证了试样的完整性，同时避免了劈裂试件所引入的损伤；而且，该方法测试结果准确，且测试方法更简洁经济。
附图说明
[0028]图1为混凝土超声波声速与部分碳化区深度之间的关系。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。[0030]本发明的一种混凝土部分碳化区深度的测试方法，通过建立混凝土部分碳化区深度与混凝土的超声波声速之间的拟合关系，可以在不破坏试件的条件下，只需测试超声波声速，即可获得相应混凝土的部分碳化区深度。[0031]具体而言，本发明的一种混凝土碳化深度测试方法是根据碳化后混凝土内部的摩尔体积变化来间接评定碳化深度，通过测试超声波在混凝土中的传播速度，进而评定混凝土碳化后的密实度，从而评定部分碳化区深度。该方法通过超声法方便快捷的测试超声波在碳化混凝土中的传播速度，根据拟合公式，计算出混凝土的部分碳化区深度；在非破损方法中，本方法方便快捷，且成本低。[0032]实施例1
[0033]一种混凝土部分碳化区深度的测试方法，包括以下步骤：[0034]步骤1，试件成型及碳化：按照既定配合比成型C20、C30、C40与C50的混凝土试件，拆模养护28d后放入碳化箱碳化，碳化箱的温度为20±2℃，相对湿度为70％，CO2浓度为20±2％；
[0035]步骤2，超声测试：在试件上标示超声测点并测量超声测距后，测试超声波通过试件的时间，根据该时间计算试件的声速值；[0036]步骤3，热重分析测试：将试件破型，在试件深度方向上每隔5mm取一个样品制成粉末做热重分析，获得该试件的部分碳化区深度dp；[0037]步骤4，通过对步骤2得出的超声波声速值v与步骤3得出的部分碳化区深度dp进行拟合分析，建立两者之间的关系，如图1，最终得出v与dp之间的相关公式：[0038]dp＝(2E+27)v-38.92
[0039]此公式的回归系数R2＝0.9903。[0040]获知v与dp之间的关系后，通过测试试件的声速值v即可获得对应混凝土的部分碳化区深度dp。
[0041]以上回归公式相关系数与图1说明了本实施例的有效性，也表明了混凝土部分碳
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化区深度的测试方法的可行性。
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图1
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