碱激发混凝土盐结晶侵蚀试验装置及试验方法

本发明涉及土木工程，具体地，涉及一种碱激发混凝土盐结晶侵蚀试验装置及试验方法。

背景技术：

1、碱激发胶凝材料是以naoh、na2sio3等强碱性化学物质为激发剂，以粉煤灰、矿渣、偏高岭土等火山灰活性物质或潜在水硬性原料为基体材料混合而成的胶凝材料，因其具有稳定的水化产物和致密的微观结构而表现出良好的力学性能和耐久性能。同时，碱激发胶凝材料也因生产过程低碳排放被视作绿色环保材料，在当前全球力争实现“2050零碳排放”目标的背景下，碱激发胶凝材料很有可能部分或全部取代水泥，成为混凝土结构建造过程中最具潜力的建筑材料。

2、然而，无论是由普通硅酸盐水泥还是由碱激发胶凝材料建造而成的混凝土结构，在自然服役环境下容易遭受盐类的侵蚀，导致混凝土内部产生膨胀性物质而破坏，混凝土表面则发生粉化、剥离，最终影响混凝土结构的外观和使用性能。目前关于混凝土的抗盐类侵蚀问题，国内外已有大量的研究，也制定了相关的试验标准和评价方法。然而，这些评价指标大多针对于盐类的化学侵蚀(chemical salt attack)，对于盐类的物理侵蚀(physical salt attack，盐结晶)的研究较少。

3、实际上，在自然服役环境中，盐结晶引起的混凝土破坏现象非常常见，且破坏程度远比化学侵蚀严重。然而，遗憾的是，长期以来人们将盐结晶归并到化学侵蚀里，且并未重视混凝土内的盐结晶的问题。直到20世纪90年代，国外的学者才开始逐渐意识到盐结晶作用对混凝土的破坏作用。其中国外代表性学者有carlos rodriguez navarro(1996),george scherer(1999),david benavente(2001)，robert j.flatt(2002),harvey haynes(2008),giovanni castellazzi(2013)等；国内代表性学者有杨全兵(2007)，马昆林(2007)，邓德华(2011)等人。2011年美国混凝土学会正式将盐结晶划分为物理侵蚀。近年来，人们为了研究普通混凝土和碱激发混凝土的盐结晶侵蚀问题，进行了一系列的试验并取得了一定的成果，但目前国内外关于碱激发混凝土的盐结晶侵蚀仍未能形成统一的试验标准，且现有试验装置/测试方法存在以下问题有待解决：

4、首先，混凝土与盐溶液的接触方式显著影响盐结晶过程，一般常用的浸泡方式有全浸泡、卧式半浸泡和立式半浸泡等，许多试验都未能采用合理的浸泡方式，导致最终无法有效地观测到盐结晶侵蚀现象；其次，为减少盐结晶侵蚀试验周期，常采用干湿循环加速试验，然而干湿循环作用下的盐结晶模式与自然环境中毛细吸附作用下的盐结晶模式不同，导致试验结果无法反映真实的盐结晶过程；再次，有些测试方法要求对混凝土样品进行高温预干燥处理，导致混凝土内水化产物微结构发生干缩并产生微裂缝，显著影响盐结晶过程；最后，不同于普通混凝土，碱激发混凝土因其复杂的化学组分导致盐结晶过程十分复杂，且盐结晶过程与多种因素比如盐的种类、盐的浓度、环境温度、湿度等相关，但现存许多试验装置过于复杂，不能安全、有效地控制以上影响因素(比如有些装置通过向工作箱内注入高压来控制相对湿度，这会破坏混凝土内部结构)，从而致使盐结晶试验结果不可靠。

5、经检索，申请公开号为cn103217377a的中国发明专利，公开一种混凝土抗盐类腐蚀性能快速测定装置及其测定方法，其目的在于加速混凝土在盐溶液中的腐蚀过程以捕获腐蚀后的最终状态，但是无法实时地观测到盐类侵蚀过程中混凝土表观状态的变化；该装置没有考虑如何调控工作箱内的相对湿度，因此无法严谨地控制盐类侵蚀过程的重要影响因素，最终不利于得到可靠的试验结果。此外，该装置固定了混凝土试件的安装方式和试件的尺寸，适用场景的灵活性不够。

6、申请公开号为cn101144807a的中国发明专利，公开一种混凝土抗盐溶液结晶侵蚀破坏性能测试装置，其通过控制玻璃箱内的压力以及目测外接读数管去推断盐溶液进入混凝土的速率，而实际混凝土内盐溶液的传输是由非稳态逐渐过渡到稳态的，测试方法不够精确；且需要在试验过程中向玻璃箱内注入高压，此操作有一定的危险性，该装置过于简单而并未有相应的安全保护机制，没有考虑到工作箱中盐溶液蒸发所导致的浓度损失，容易造成盐结晶测试结果的误差。

7、授权公告号为cn207366416u的中国实用新型专利，公开一种干湿循环下混凝土盐结晶破坏性能测试装置，其涉及试件的高温烘干及迅速冷却操作，该过程会导致混凝土孔隙溶液的超饱和度迅速上升，使得结晶压力增大，破坏混凝土微结构，影响盐结晶试验精度；通过干湿循环加速盐结晶过程，然而干湿循环下的盐结晶模式与自然环境中毛细吸附作用下的盐结晶模式不同，因此无法反映实际情况下真实的盐结晶过程。该专利需要对混凝土样品进行高温干燥，容易导致c-s-h凝胶干缩，混凝土内产生微裂缝，进而显著地干扰盐结晶过程。

8、综上，亟需一种针对碱激发混凝土盐结晶侵蚀的试验装置以及相应的试验方法，以真实地反映碱激发混凝土的盐结晶过程，进而预防碱激发混凝土由于盐类侵蚀而导致的力学性能和耐久性劣化带来的不利影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种碱激发混凝土盐结晶侵蚀试验装置及试验方法。

2、根据本发明的一个方面，提供一种碱激发混凝土盐结晶侵蚀试验装置，所述装置包括：

3、测试机构，包括箱体、温湿度计、盐度计和至少一个盐溶液密封盒；

4、所述箱体内盛有饱和盐溶液，并设有用于测量所述饱和盐溶液液面高度的第一液位计，所述箱体上设有进水口和出水口，所述进水口与饱和盐溶液存储器连通；所述盐溶液密封盒悬空架设在所述箱体内且位于所述饱和盐溶液上方，所述盐溶液密封盒内盛有腐蚀盐溶液，并设有用于测量所述腐蚀盐溶液液面高度的第二液位计，所述盐溶液密封盒上设有与腐蚀盐溶液存储器连通的密封盒进水口；所述温湿度计设于所述箱体内部；所述盐度计用于测量自所述出水口流出的饱和盐溶液的浓度和ph值；

5、支撑机构，包括水平杆和悬吊绳，所述水平杆水平设于所述箱体内部且两端分别与所述箱体的内壁固定连接，所述悬吊绳的一端与所述水平杆连接，碱激发混凝土试条悬挂固定于所述水平杆另一端，所述碱激发混凝土试条插在所述盐溶液密封盒中并半浸泡于所述腐蚀盐溶液中；所述测试机构还包括图像记录装置，所述图像记录装置位于所述箱体外部，用于记录所述碱激发混凝土试条在盐结晶过程中的表观形貌变化。

6、可选地，所述箱体在底部设有支架，所述支架上方设有网状垫板，所述盐溶液密封盒位于所述网状垫板上。

7、可选地，所述碱激发混凝土试条与所述盐溶液密封盒的接口之间设有石蜡。

8、可选地，所述出水口与出水阀门连接，所述进水口通过第一软管与所述饱和盐溶液存储器连接，所述第一软管上设有进水阀门。

9、可选地，所述密封盒进水口通过第二软管与所述腐蚀盐溶液存储器连接，所述第二软管上设有密封盒进水阀门。

10、可选地，所述箱体的下方设有搅拌装置，所述搅拌装置用于对所述饱和盐溶液进行搅拌，保持所述饱和盐溶液的浓度均匀。

11、根据本发明的另一方面，提供一种碱激发混凝土盐结晶侵蚀试验方法，利用上述的装置实现，所述方法包括：

12、将饱和盐溶液注入箱体内，静置，直到箱体内的相对湿度值稳定且达到试验要求值，并通过第一液位计获取饱和盐溶液的初始液面高度；

13、提供湿度平衡状态的碱激发混凝土试条，并测量其质量；

14、向盐溶液密封盒内注入实验要求浓度值的腐蚀盐溶液，安装好碱激发混凝土试条，使碱激发混凝土试条半浸没在腐蚀盐溶液中，静置，通过第二液位计获取腐蚀盐溶液的初始液面高度；

15、通过温湿度计监测箱体内的温度、湿度，保证符合试验要求；

16、通过第一液位计监测饱和盐溶液的液面高度，并通过盐度计监测饱和盐溶液的浓度变化，当液面高度或浓度变化时补充饱和盐溶液，直至浓度和相对湿度恢复初始状态；

17、通过第二液位计监测腐蚀盐溶液的液面高度，当液面下降时补充腐蚀盐溶液直至液面恢复初始状态；

18、通过图像记录装置记录碱激发混凝土试条在盐结晶过程中的表观形貌变化；

19、碱激发混凝土试条浸泡至指定时间后，取出碱激发混凝土试条进行分析，得到碱激发混凝土试条盐结晶侵蚀试验结果。

20、可选地，所述碱激发混凝土试条浸没在所述腐蚀盐溶液中的长度占整个试条长度的10％～20％。

21、可选地，所述盐溶液密封盒的数量根据试验需求确定，其中一个盐溶液密封盒内注入去离子水，在试验过程中作为对照组。

22、可选地，所述方法还包括：保留其中一个盐溶液密封盒，将其内碱激发混凝土试条的所有侧面涂上石蜡作防水密封处理，试验过程中不补充液面高度，随着试验的进行，持续观测并记录液面下降高度，根据下式计算毛细吸水速率：

23、

24、式中，h是腐蚀盐溶液下降高度，单位为m；s是毛细吸收速率，单位为m/s0.5；t是吸附时间，单位为s；b是拟合参数。

25、与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

26、1、本发明提供的碱激发混凝土盐结晶侵蚀试验装置，通过水平杆和悬吊绳将碱激发混凝土试条悬挂，实现了碱激发混凝土的半浸泡接触方式，能够有效提高盐溶液腐蚀速率；通过温湿度计、盐度计、液位计等进行监测，在试验过程中随时补充饱和盐溶液和腐蚀盐溶液，能稳定控制试验箱内的相对湿度和腐蚀盐溶液浓度，而不会扰动被测碱激发混凝土试条的状态。本发明提供的装置，结构简洁、功能合理、操作简便且成本低廉，与干湿循环加速试验相比，本发明能更真实地还原碱激发混凝土在自然环境下的盐结晶过程。

27、2、采用本发明提供的装置和方法，可以获取碱激发混凝土在盐结晶侵蚀后的各项性能参数，有助于明确混凝土内的盐结晶机理及性能退化过程，从而预防在实际工程应用中由盐类侵蚀引起的碱激发混凝土力学性能和耐久性的劣化问题。