[发明专利]氯盐-渗透溶蚀耦合下混凝土传质性能试验装置与评价方法

说明书

本发明提供了氯盐‑渗透溶蚀耦合下混凝土传质性能试验装置与评价方法，属于土木工程混凝土结构耐久性研究领域。包括水压力数控系统、增压舱、侵蚀反应舱与渗流液收集容器等。水压力数控系统可调节水压力强度与周期为侵蚀反应舱提供动、静水压驱动力，促使增压舱内的氯化钠溶液向侵蚀反应舱内中的混凝土试件进行传输，渗流液可在渗流液收集容器收集，与混凝土试件共同进行后续钙离子浓度与氯离子浓度实时测定，并提出了一种考虑水压与渗透溶蚀影响的氯离子扩散系数计算方法与氯离子传输预测模型。该装置与方法可实现海洋环境氯盐‑渗透溶蚀影响下混凝土内部传质机理的试验研究、传质性能评价与预测，提升结构在海洋环境中服役健康水平。

技术领域

本发明属于土木工程混凝土结构耐久性实验方法研究领域，具体涉及氯盐-渗透溶蚀耦合下混凝土传质性能试验装置与评价方法。

背景技术

为了开发海洋资源与发展沿海地区经济，跨海大桥、港口码头、海上风机以及人工岛屿等基础设施在全世界范围内兴建。在相当长的时间内，这些离岸和近岸工程结构物仍将广泛地使用钢筋混凝土材料进行建造。而对于海洋混凝土结构物而言，则要求其应具有足够的耐久性，以保证服役过程中的安全使用。

海水中蕴含大量的氯离子，通过传输行为进入混凝土内部，诱发钢筋锈蚀，材料力学性能的劣化最终将导致混凝土结构发生整体承载能力下降、结构耐久性降低等不可逆的损伤。过去的十几年，许多学者致力于研究氯离子传输机理，提出了扩散、对流、电迁移等单一或耦合传输机制的理论。针对不同工况中氯离子在混凝土内部的传输机理的研究，学者们运用了许多试验手段：自然浸泡法、电化学加速侵蚀法、人工模拟气候侵蚀法。而后续的关于氯离子浓度的检测手段则一般会参考JTJ270-98《水运工程混凝土试验规程》、JGJ/T322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》等规范中酸溶性和水溶性氯离子含量分析方法，进行混凝土粉末样品中氯离子总含量和自由氯离子含量的测定。

海水中的氯离子传输机制驱动力除了浓度梯度，不可忽略的还有水压力的驱动作用。水压力作用下氯离子在混凝土中发生对流输运的主要原因是氯离子输运载体—孔隙液在混凝土中发生渗流环境对混凝土内部的渗流压力。学者将结构物受氯离子侵蚀的区域分为大气区、浪溅区、潮差区与水下区，除了大气区，其余区域都是水压力作用范围。而如海底隧道、跨海大桥所受静水压力范围一般在0.3MPa～0.7MPa，一些离岸结构物如海洋平台、深海固碳井筒等所承受水压力范围可以远远超过0.7MPa。而一些处于水下区较浅区域的桥墩或者海洋发电站等，一般承受水压力作用在0.1MPa以下，但这部分结构物所受的往往为有周期性特征的动水压力。