一种混凝土碳化深度原位无损测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及土木水利工程混凝土结构耐久性领域，特别涉及一种混凝土碳化深度原位无损测量装置及方法。本发明专利技术一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，包括空气压缩机、气阀、压力传感器、数采系统、测头、橡胶底环和调压阀，测头下方设有橡胶底环，测头包括测头空腔和测头进气口，压力传感器一端连接测头空腔，压力传感器另一端与数采系统连接，测头进气口通过气管与气阀相连，气阀通过气管同空气压缩机相连，空气压缩机通过气管同调压阀相连，调压阀同气阀相连。本发明专利技术基于混凝土透气性与碳化深度的映射关系，以此从面域角度出发，定量描述混凝土某部分区域的碳化深度，其结果相比传统的点碳化深度测量方式减少了人为因素带来的不利影响。

A Non-destructive in-situ Measuring Device and Method for Concrete Carbonation Depth

The invention relates to the field of durability of concrete structures in civil and hydraulic engineering, in particular to an in-situ non-destructive measuring device and method for the depth of concrete carbonization. The invention provides an in-situ non-destructive measuring device for concrete carbonization depth, which comprises an air compressor, an air valve, a pressure sensor, a data mining system, a probe, a rubber bottom ring and a pressure regulating valve. Under the probe, a rubber bottom ring is arranged. The probe includes a probe cavity and an air inlet of the probe. One end of the pressure sensor connects the probe cavity, the other end of the pressure sensor connects with the gas inlet of the probe, and the air inlet of the probe is connected with the mining system. The air valve is connected with the air compressor through the air pipe, the air compressor is connected with the pressure regulating valve through the air pipe, and the pressure regulating valve is connected with the air valve. Based on the mapping relationship between concrete permeability and carbonization depth, the method quantitatively describes the carbonization depth of a part of concrete from the perspective of surface area, and the result reduces the adverse effects caused by human factors compared with the traditional point carbonization depth measurement method.

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土碳化深度原位无损测量装置及方法
本专利技术涉及土木水利工程混凝土结构耐久性领域，特别涉及一种混凝土碳化深度原位无损测量装置及方法。
技术介绍
混凝土的碳化是指空气中的CO2与混凝土中的液相碱性物质发生反应，使得混凝土碱性下降和混凝土中化学成分改变的中性化反应过程。由于混凝土是一种多孔介质，大气中的CO2在湿度相宜的情况下，可以与水泥中的水化产物发生分解反应，生成CaCO3。混凝土的孔隙水为氢氧化钙饱和液，其pH值约为12～13，呈强碱性。由于碳化作用，氢氧化钙变成了碳酸钙，水泥石的原有强碱性逐渐降低，pH值降至8.5左右，这种现象称为中性化。随着“部分碳化区”概念的深入人心，人们逐渐认识到中性化深度未达到混凝土的保护层厚度时，钢筋表面的钝化膜即可被破坏，在钝化膜被破坏后，伴随着水和空气的共同作用，钢筋就会出现锈蚀。锈蚀产生的体积膨胀（比原铁体积大2～3倍）将导致钢筋长度方向出现纵向裂缝，促使混凝土保护层开裂，进一步加剧钢筋的腐蚀，最终将使混凝土结构构件发生失效破坏。目前工程中常用的混凝土碳化深度测量方法是基于酚酞试剂在强碱中呈紫红色，弱碱中为无色的特征，用电钻在抽测部位打一小孔，清除孔内碎屑与粉末，并立即将浓度为1%的酚酞酒精溶液滴入孔壁内，然后用卡尺测量表面至深度变色的距离，即为碳化深度。由于混凝土结构表面材料性质、所处环境随机性较强、差异较大，这就使得这种以“点”代“面”的测量方式不够全面、亦不具代表性，从而导致在实际工程中相邻构件碳化深度实测值相差数倍的异常情况常有发生。另外，在实际工程中，发现碳化深度的读取并不方便，尤其是碳化深度较大的构件，钻孔太小导致孔内黑暗、视线不佳，肉眼观测的数据人为误差较大。针对目前混凝土碳化深度测量方法的局限性，亟需提出一种新的从面域角度出发的碳化深度原位无损测量方法。在非专利文献1（“Someeffectsofcementandcuringuponcarbonationandreinforcementcorrosioninconcrete”Parrott,L.J.etal,MaterialsandStructures,1996,Vol29,Page:164-173）中记载了混凝土碳化深度和透气性的映射关系为线性关系，且该映射关系不受水泥种类或养护条件影响。另外，在非专利文献2（“碳化对混凝土渗透性及孔隙率的影响”赵铁军等，工业建筑，2003，卷33，页码：16，46-47）中记载了碳化时间（深度）对混凝土孔隙率（透气性）的影响，该研究试验表明碳化将降低混凝土的孔隙率，其映射关系大致为线性。国内外学者们的大量研究均对这种现象进行了较为统一的描述，在此不一一列举。这种映射关系为混凝土碳化深度测量方法提供了一种新的思路，即以混凝土透气性去定量描述混凝土碳化深度应具有较大的实现可能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统混凝碳化深度检测方法检测成果代表性不足、人工观测误差大等问题，由此提供一种无需测量所有待测量点的碳化深度，而且误差较小的混凝土碳化深度原位无损测量装置及方法。本专利技术采用的具体技术方案如下：一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，包括空气压缩机、气阀、压力传感器、数采系统、测头、橡胶底环和调压阀，所述测头下方设有橡胶底环，所述测头包括测头空腔和测头进气口，所述压力传感器一端连接测头空腔，所述压力传感器另一端与数采系统连接，所述测头进气口通过气管与气阀相连，所述气阀通过气管同空气压缩机相连，所述空气压缩机通过气管同调压阀相连，所述调压阀同气阀相连。所述测头和橡胶底环通过卡扣式连接。所述橡胶底环底面设有薄层橡胶密封圈，所述薄层橡胶密封圈和橡胶底环通过可拆卸方式连接。所述压力传感器采用半导体传感器，量程为0-1.0MPa，精度为0.1%FS。所述测头空腔体积可调节。测头空腔体积的调节为现有技术，比如通过向空腔顶部添加不同厚度的、带有磁性的金属垫片的方式逐级调节。所述测头为不锈钢测头。不锈钢测头具有良好的磁通性，容易被磁铁吸引方便后续，能够与上述的测头空腔体积的调节方式配合。一种使用上述的混凝土碳化深度原位无损测量装置的方法，包括如下步骤：（1）混凝土被测区域预处理：选定受测区域，刷去被测混凝土构件表面的水泥浆膜；（2）测头安装：所述测头与被测混凝土构件通过橡胶底环胶黏连接，并安装好混凝土碳化深度原位无损测量装置；（3）加压及调压：待橡胶底环与混凝土构件表面粘结充分之后，设定测头空腔体积，打开空气压缩机至气压达到1MPa，关闭空气压缩机；打开调压阀和气阀，通过气管向测头空腔输送气压，当压力传感器显示数据达到预定压力P0小于1MPa时，立即关闭调压阀和气阀，同时记下时间t0；（4）记录空气压力随时间的变化情况：记录某一时刻t1下的压力P1，所述t1大于t0；（5）计算透气系数API：通过公式，计算出被测区域的混凝土透气系数API；（6）获取两组混凝土碳化深度D与透气系数API的基准数据，建立碳化深度D与透气系数API的线性函数关系式D=k*API+c（k、c均为常数）；（7）根据步骤（5）的API以及步骤（6）的函数关系式，计算混凝土碳化深度。所述步骤（3）中设定空腔的体积根据被测混凝土构件的孔隙率选择，孔隙率大则选用大的测头空腔体积，若孔隙率小则选用小的测头空腔体积。所述步骤（6）具体包括如下步骤：选定2个次要被测区域，进行混凝土碳化检测试验，每个被测区域钻孔数为3个，最终以3个观察孔的碳化深度的平均值代表被测区域的碳化深度，得到两组基准数据（API1，D1）、（API2，D2），拟合得到线性函数D=k*API+c，建立碳化深度与透气系数的映射关系。所述步骤（2）中测头下部通过卡扣式连接有橡胶底环，所述橡胶底环底部以可拆卸方式安装有薄层橡胶密封圈，所述薄层橡胶密封圈的下表面同被测混凝土构件的表面紧密贴合。一种使用上述的混凝土碳化深度原位无损测量装置的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：（1）参考水工混凝土抗渗性试验流程，选定受测区域，用钢丝刷刷去混凝土构件表面的水泥浆膜，保证气体能顺利通过混凝土表面进入构件内部，真实反映构件的透气性能。（2）测头与橡胶底环采用卡扣式连接，可利用空腔气体压强自动封闭测头卡槽与橡胶底环之间的缝隙，以达到密封效果；测头与被测混凝土构件通过橡胶底环胶黏连接，测头空腔形成密闭空间，橡胶底环底面设置可替换的薄层橡胶密封圈，以便于拆卸，并安装好混凝土碳化深度原位无损测量装置；（3）待橡胶底环与构件表面混凝土粘结充分之后，设定测头空腔体积为某一定值，打开空气压缩机至气压达到1MPa，关闭空气压缩机；打开调压阀和气阀，通过气管向测头空腔输送气压，当压力传感器显示数据达到预定压力P0（小于1MPa，单位：Pa）时，立即关闭调压阀和气阀，同时记下时间t0（单位：min）。（4）压力传感器数据下降的过程即为空腔内气体向混凝土构件内部扩散的过程，记录某一时刻t1（单位：min）下的压力P1（单位：Pa），如压力传感器数据变化过慢，则可在步骤三时通过减少空腔体积的方式加快这一过程，需要注意的是，该体积一旦固定之后将不再更改，以保证被测构件各部位的透气系数API在同一条件获得。（5）根据气体在多孔介质中的扩散理论，可得表层混凝土透气系数：上述公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，其特征在于：包括空气压缩机、气阀、压力传感器、数采系统、测头、橡胶底环和调压阀，所述测头下方设有橡胶底环，所述测头包括测头空腔和测头进气口，所述压力传感器一端连接测头空腔，所述压力传感器另一端与数采系统连接，所述测头进气口通过气管与气阀相连，所述气阀通过气管同空气压缩机相连，所述空气压缩机通过气管同调压阀相连，所述调压阀同气阀相连。

【技术特征摘要】
1.一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，其特征在于：包括空气压缩机、气阀、压力传感器、数采系统、测头、橡胶底环和调压阀，所述测头下方设有橡胶底环，所述测头包括测头空腔和测头进气口，所述压力传感器一端连接测头空腔，所述压力传感器另一端与数采系统连接，所述测头进气口通过气管与气阀相连，所述气阀通过气管同空气压缩机相连，所述空气压缩机通过气管同调压阀相连，所述调压阀同气阀相连。2.如权利要求1所述的一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，其特征在于：所述测头和橡胶底环通过卡扣式连接。3.如权利要求1所述的一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，其特征在于：所述橡胶底环底面设有薄层橡胶密封圈，所述薄层橡胶密封圈和橡胶底环通过可拆卸方式连接。4.如权利要求1所述的一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，其特征在于：所述压力传感器采用半导体传感器，量程为0-1.0MPa，精度为0.1%FS。5.如权利要求1所述的一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，其特征在于：所述测头空腔体积可调节。6.如权利要求1所述的一种混凝土碳化深度原位无损测量装置，其特征在于：所述测头为不锈钢测头。7.一种使用如权利要求1所述的混凝土碳化深度原位无损测量装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）混凝土被测区域预处理：选定受测区域，刷去被测混凝土构件表面的水泥浆膜；（2）测头安装：所述测头与被测混凝土构件通过橡胶底环胶黏连接，并安装好混凝土碳化深度原位无损测量装置；（3）加压及调压：待橡胶底环与混凝土构件表面粘结充分之后，设...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢中凯，陈文亮，章晓桦，王良，苏玉杰，曹敏，富海文，那彬彬，高海峰，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33