CN113916177B - 一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，步骤为：步骤1，制备与待测混凝土大坝组分且配比相同的混凝土试件，建立碳化深度‑抗压强度关系曲线；步骤2，在待测混凝土大坝内部布设预埋式无线混凝土温度传感器，检测混凝土的温度；步骤3，根据步骤2检测的混凝土温度，计算成熟度、抗压强度；步骤4，将步骤3得到的抗压强度在步骤1建立的碳化深度‑抗压强度关系曲线上找到对应碳化深度，即得到待测混凝土大坝的碳化深度。本发明方法解决现有混凝土大坝碳化深度测定过程中造成大体积混凝土破坏与损伤且测定结果准确性差的问题。
Description
技术领域
本发明属于大体积混凝土检测技术领域，涉及一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法。
背景技术
混凝土碳化主要会影响混凝土内的钢筋锈蚀情况。混凝土的碳化深度如果太大，会加快混凝土内的钢筋锈蚀，导致大体积混凝土中由钢筋来承担结构的拉应力直接作用在混凝土上，会造成结构加速破坏。
大体积混凝土主要应用于高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝、隧道基础等。其中混凝土碳化引起的钢筋锈蚀，使工程遭到了破坏或降低了使用年限，从而不得不对工程进行加固或维修，进而造成很大的直接和间接的经济损失。
碳化深度的测定有利于提前了解大体积混凝土的耐久性，并对钢筋的锈蚀程度有明确的了解，从而提前对钢筋的锈蚀加以预防，减少不必要的人力与经济损失。
目前被人们普遍认可的大体积混凝土的碳化深度的测定方法如下：(1)采用适当的工具在混凝土测区表面形成直径一孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度；(2)将孔洞中的粉末和碎屑除净，并不得用水擦洗；(3)在凿开的混凝土表面滴1％的酚酞酒精溶液；(4)当已碳化与未碳化界线清楚时，用碳化深度测定尺测定没有变色的混凝土的深度。
现有测定碳化深度的方法仍然存在明显的问题与不足：
(1)测定主要是在混凝土测区表面形成深度大于混凝土的碳化深度一孔洞，仍然会对大体积混凝土设施造成结构上的破坏与损伤；(2)对于测量一次碳化深度未能达到测量目的的情况可能会对坝体造成多处破坏与损伤，进而影响水坝的渗流稳定；(3)只能获得局部间断的碳化情况，不能良好的检测设施的具体碳化状况；(4)不仅会对设施造成破坏，还浪费时间，在一些不易测量的区域容易给测定人员带来安全隐患；(5)混凝土碳化深度测定尺为碳化深度测定仪和游标卡尺，碳化深度测定仪的最大量程仅为8mm，在很多情况下不能够满足使用要求，游标卡尺的量程较大，虽然能满足使用要求，但是测定时容易产生误差，导致测定结果不准确，且携带不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，解决现有混凝土大坝碳化深度测定过程中造成大体积混凝土破坏与损伤且测定结果准确性差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备与待测混凝土大坝组分且配比相同的混凝土试件，建立碳化深度-抗压强度关系曲线；
步骤2，在待测混凝土大坝内部布设预埋式无线混凝土温度传感器，检测混凝土的温度；
步骤3，根据步骤2检测的混凝土温度，计算成熟度、抗压强度；
步骤4，将步骤3得到的抗压强度在步骤1建立的碳化深度-抗压强度关系曲线上找到对应碳化深度，即得到待测混凝土大坝的碳化深度。
本发明的特征还在于，
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1，采用与待测混凝土大坝组分且配比相同的原料制备若干长方体混凝土试件1；
步骤1.2，将步骤1.1制备的混凝土试件置于去除二氧化碳的标准养护箱养护28天；
步骤1.3，对步骤1.2养护好的混凝土试件1进行碳化试验，测量碳化深度和抗压强度，得到碳化深度-抗压强度关系曲线。
步骤1.1中，混凝土试件1的规格通过混凝土组分中骨料最大粒径确定，具体如下：
步骤1.3具体按照以下步骤实施：
步骤1.3.1，将步骤1.2养护好的混凝土试件中的一个包含长边的面留出，其余5个面均涂有5mm的石蜡进行密封；
步骤1.3.2，将步骤1.3.1处理的混凝土试件1放入碳化箱内进行碳化3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天，若干混凝土试件1留出的面之间间隔不小于50mm；
步骤1.3.3，将步骤1.3.2碳化后的混凝土试件取出，将每个混凝土试件切成若干相同的立方体试件，清理立方体试件断面上的粉末，在断面上喷上1％酚酞乙醇溶液，放置30s后测量各立方体试件侧面的碳化深度，碳化深度测量值精确至1mm，将若干个立方体试件的碳化深度的平均值作为对应混凝土试件的碳化深度；
步骤1.3.4，对步骤1.3.3测量碳化深度的若干立方体试件进行抗压强度测量，将若干个立方体试件的抗压强度的平均值作为对应混凝土试件的抗压强度；
步骤1.3.5，以混凝土试件1的抗压强度为横坐标，碳化深度为纵坐标，形成散点图，将各散点拟合成一条曲线，得到碳化深度-抗压强度关系曲线。
步骤1.3.2中，碳化过程中，碳化箱内的二氧化碳浓度为20％±3％，湿度为70％±5％，温度为20℃±5℃。
步骤1.3.3中，当立方体试件侧面的碳化深度测量点处分界线上嵌有粗骨料颗粒，则将该粗骨料两侧处碳化深度的平均值作为该测量点的碳化深度值。
步骤2具体过程为：在修建待测混凝土大坝时，在坝体混凝土内布设若干排温度传感器，若干排温度传感器垂直于坝面且分别距离坝面50mm、100mm、150mm、200mm处设置，每排温度传感器设置有5个间隔为100mm的温度传感器，每排中的5个温度传感器的排列方向为一条直线且平行于坝面。
步骤3中，成熟度的表达式为：
式(1)中，M为成熟度，单位是℃h；θ为dt时间内混凝土的温度，单位是℃；θ0为常数，一般为-10，单位是℃；dt为时间，单位是h。
步骤3中，抗压强度的表达式为：
S2＝S1+b(log M2-log M1) (2)
式(2)中，S1为成熟度M1下的抗压强度值；S2为成熟度M2下的抗压强度值；b为该公式的关系曲线的斜率。
本发明的有益效果是，
(1)本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，通过温度有效判断混凝土内部的抗压强度，不仅能够防止破坏混凝土表面结构，还能快速获得混凝土的碳化深度，能够达到无损检测的目的，避免对大体积混凝土渗流稳定造成损伤；
(2)本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，适用于大体积混凝土的各个阶段的碳化深度测量，可以精确获得全寿命周期的混凝土碳化深度；
(3)本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，测量成本低，方法易操作且准确可靠。
附图说明
图1是本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法中混凝土试件的示意图；
图2是本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法中若干立方体试件2的示意图；
图3是本发明一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法中温度传感器布设示意图；
图4是本发明实施例涉及某混凝土大坝碳化深度-抗压强度关系曲线。
图中，1.混凝土试件，2.立方体试件，3.坝体混凝土，4.温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备与待测混凝土大坝组分且配比相同的混凝土试件1(如图1所示)，建立碳化深度-抗压强度关系曲线；
步骤1.1，采用与待测混凝土大坝组分及配比相同的原料制备若干长方体混凝土试件1；
混凝土试件1的规格通过混凝土组分中骨料最大粒径确定，具体如下表：
表1骨料最大粒径与试模规格对照表
步骤1.2，将步骤1.1制备的混凝土试件1置于去除二氧化碳的标准养护箱养护28天；
步骤1.3，对步骤1.2养护好的混凝土试件1分别进行3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天的碳化试验，测量碳化深度和抗压强度，得到碳化深度-抗压强度关系曲线；
具体过程为：
步骤1.3.1，将步骤1.2养护好的混凝土试件1中的一个包含长边的面留出，其余5个面均涂有5mm的石蜡进行密封；
步骤1.3.2，将步骤1.3.1处理的混凝土试件1放入碳化箱内进行碳化3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天，若干混凝土试件1留出的面之间间隔不小于50mm；
碳化箱保证密封状态，不能采用水封，碳化过程中碳化箱内二氧化碳浓度为20％±3％，湿度为70％±5％，温度为20℃±5℃；
步骤1.3.3，将步骤1.3.2碳化后的混凝土试件1取出，如图2所示，将每个混凝土试件1切成若干相同的立方体试件2，清理立方体试件2断面上的粉末，在断面上喷上1％酚酞乙醇溶液(1g酚酞定溶于100ml的无水乙醇中)，放置30s后测量立方体试件2侧面各点的碳化深度(不变色的深度)，若测量点处分界线上嵌有粗骨料颗粒，则将该粗骨料两侧处碳化深度的平均值作为该测量点的深度值；碳化深度测量值精确至1mm，将若干个立方体试件2的碳化深度的平均值作为对应混凝土试件1的碳化深度；
步骤1.3.4，用压力试验机对步骤1.3.3测量碳化深度的若干立方体试件2进行抗压强度测量，将若干个立方体试件2的抗压强度的平均值作为对应混凝土试件1的抗压强度；
步骤1.3.5，以混凝土试件1的抗压强度为横坐标，碳化深度为纵坐标，形成散点图，将各散点拟合成一条曲线，得到碳化深度-抗压强度关系曲线；
步骤2，在待测混凝土大坝内部布设预埋式无线混凝土温度传感器4，检测混凝土的温度；
温度传感器4采用美国Lake Shore PT-100系列铂电阻温度传感器；
如图3所示，在修建待测混凝土大坝时，在坝体混凝土3内布设若干排温度传感器4，若干排温度传感器4垂直于坝面且分别距离坝面50mm、100mm、150mm、200mm处设置，每排温度传感器4设置有5个间隔为100mm的温度传感器4，每排中的5个温度传感器4的排列方向为一条直线且平行于坝面；
步骤3，根据步骤2检测的混凝土温度，计算成熟度、抗压强度；
成熟度的表达式为：
式(1)中，M为成熟度，单位是℃h；θ为dt时间内混凝土的温度，单位是℃；θ0为常数，一般为-10，单位是℃；dt为时间，单位是h；
抗压强度的表达式为：
S2＝S1+b(log M2-log M1) (2)
式(2)中，S1为成熟度M1下的抗压强度值；S2为成熟度M2下的抗压强度值；b为该公式的关系曲线的斜率；
步骤4，将步骤3得到的强度在步骤1建立的碳化深度-抗压强度关系曲线上找到对应碳化深度，即得到待测混凝土大坝的碳化深度。
实施例
步骤1.1，依照确定的混凝土大坝组分及配比(详见表2)制备9个1#长方体混凝土试件1，根据组分中骨料最大粒径确定每个混凝土试件的规格为150×150×900mm；
表2 1#混凝土大坝组分及配比
步骤1.2，将9个混凝土试件1置于去除二氧化碳的标准养护箱养护28天；
步骤1.3，对步骤1.2养护好的混凝土试件1中一个150×900mm的面留出，其余5个面均涂5mm的石蜡密封；将密封后的混凝土试件1放入碳化箱内，相邻的混凝土试件1中的留出面(未涂石蜡的面)之间间隔不小于50mm，分别进行3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天的碳化试验(碳化试验按照国家标准《普通混凝土长期性和耐久性试验方法标准》(GB/T 50082-2009)的规定进行)；
碳化箱保证密封状态，不能采用水封，碳化过程中碳化箱内二氧化碳浓度为20％±3％，湿度为70％±5％，温度为20℃±5℃；
将碳化后的混凝土试件1切成6个150×150×150mm的立方体试件2，清理立方体试件2断面上的粉末，在断面上喷上1％的酚酞乙醇溶液，放置30s后测量立方体试件2侧面各点的碳化深度(测量值精确至1mm)，将6个立方体试件2的碳化深度的平均值作为对应混凝土试件1的碳化深度；若测量点处分界线上嵌有粗骨料颗粒，则将该粗骨料两侧处碳化深度的平均值作为该测量点的深度值；
再用压力试验机对6个碳化后的立方体试件2进行抗压强度测量，将6个立方体试件2的抗压强度的平均值作为对应混凝土试件1的抗压强度；
将测得的3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天碳化龄期的混凝土试件1的碳化深度和抗压强度拟合碳化深度-抗压强度关系曲线，见图4；
步骤2，通过预埋的温度传感器获取温度数值；
步骤3，根据公式(1)和公式(2)计算抗压强度，如表3所示；
表3混凝土的抗压强度
| 测点 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 测点5 | 测点6 |
| 抗压强度(Mpa) | 32.5 | 32.7 | 33.1 | 33.5 | 33.1 | 32.4 |
步骤4，将抗压强度在碳化深度-抗压强度关系曲线上找到对应的碳化深度，即得到混凝土大坝的碳化深度，如表4所示；
表4本发明方法所得到的混凝土大坝的碳化深度
| 测点 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 测点5 | 测点6 |
| 碳化深度(mm) | 3.95 | 4.02 | 4.20 | 5.10 | 4.20 | 3.94 |
为验证本方法的准确性及可靠性，对混凝土大坝进行钻芯取样，通过酚酞测试法实测混凝土大坝下游面的碳化深度(即实测碳化深度)，如表5所示：
表5钻芯取样测得的碳化深度
| 测点 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 测点5 | 测点6 |
| 碳化深度(mm) | 4.11 | 3.84 | 3.87 | 4.56 | 4.03 | 3.75 |
根据表4与表5碳化深度数据比较，大部分实测与本发明方法所测碳化深度误差均不超过10％，预测结果基本可靠。个别测点出现误差较大的原因是由于是实际服役混凝土大坝会受到环境多因素的影响，导致实际强度指标出现与实验室检测不一致。但是整体而言，因此本方法可以快速预估混凝土大坝碳化深度。
本发明方法的步骤1可根据混凝土大坝常用的实际组分及配比情况，将常用的情况均进行上述试验，测量碳化深度及抗压强度，得到碳化深度-抗压强度关系曲线；在后期根据待测混凝土大坝的组分及配比选取其对应的碳化深度-抗压强度关系曲线即可。
本发明检测方法避免了现场预留大量同条件养护试件，不需通过万能试验机检测这些预留试件的抗压强度就能评价混凝土的碳化深度，省时省力，且克服了现有混凝土电阻率测试中仅能检测混凝土表面状态的弊端，本发明可以测试混凝土不同深度处的强度情况，以降低误差。
Claims (3)
1.一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备与待测混凝土大坝组分且配比相同的混凝土试件(1)，建立碳化深度-抗压强度关系曲线；
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1，采用与待测混凝土大坝组分且配比相同的原料制备若干长方体混凝土试件(1)；
步骤1.1中，混凝土试件(1)的规格通过混凝土组分中骨料最大粒径确定，具体如下：
步骤1.2，将步骤1.1制备的混凝土试件(1)置于去除二氧化碳的标准养护箱养护28天；
步骤1.3，对步骤1.2养护好的混凝土试件(1)进行碳化试验，测量碳化深度和抗压强度，得到碳化深度-抗压强度关系曲线；
步骤1.3具体按照以下步骤实施：
步骤1.3.1，将步骤1.2养护好的混凝土试件(1)中的一个包含长边的面留出，其余5个面均涂有5mm的石蜡进行密封；
步骤1.3.2，将步骤1.3.1处理的混凝土试件(1)放入碳化箱内进行碳化3天、7天、14天、28天、54天、90天、180天、270天、365天、545天，若干混凝土试件(1)留出的面之间间隔不小于50mm；
步骤1.3.3，将步骤1.3.2碳化后的混凝土试件(1)取出，将每个混凝土试件(1)切成若干相同的立方体试件(2)，清理立方体试件(2)断面上的粉末，在断面上喷上1％酚酞乙醇溶液，放置30s后测量各立方体试件(2)侧面的碳化深度，碳化深度测量值精确至1mm，将若干个立方体试件(2)的碳化深度的平均值作为对应混凝土试件(1)的碳化深度；
步骤1.3.4，对步骤1.3.3测量碳化深度的若干立方体试件(2)进行抗压强度测量，将若干个立方体试件(2)的抗压强度的平均值作为对应混凝土试件(1)的抗压强度；
步骤1.3.5，以混凝土试件(1)的抗压强度为横坐标，碳化深度为纵坐标，形成散点图，将各散点拟合成一条曲线，得到碳化深度-抗压强度关系曲线；
步骤2，在待测混凝土大坝内部布设预埋式无线混凝土温度传感器(4)，检测混凝土的温度；
步骤3，根据步骤2检测的混凝土温度，计算成熟度、抗压强度；
步骤3中，成熟度的表达式为：
式(1)中，M为成熟度，单位是℃h；θ为dt时间内混凝土的温度，单位是℃；θ0为常数，θ0为-10，单位是℃；dt为时间，单位是h；
步骤3中，抗压强度的表达式为：
S2＝S1+b(log M2-log M1) (2)
式(2)中，S1为成熟度M1下的抗压强度值；S2为成熟度M2下的抗压强度值；b为该公式的关系曲线的斜率；
步骤4，将步骤3得到的抗压强度在步骤1建立的碳化深度-抗压强度关系曲线上找到对应碳化深度，即得到待测混凝土大坝的碳化深度。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，其特征在于，步骤1.3.2中，碳化过程中，碳化箱内的二氧化碳浓度为20％±3％，湿度为70％±5％，温度为20℃±5℃。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土大坝碳化深度全寿命周期无损检测方法，其特征在于，步骤1.3.3中，当立方体试件(2)侧面的碳化深度测量点处分界线上嵌有粗骨料颗粒，则将该粗骨料两侧处碳化深度的平均值作为该测量点的碳化深度值。
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| 对《质疑"回弹法检测混凝土抗压强度"》一文中几个问题的看法;文恒武;魏超琪;;混凝土(06);全文 * |
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