CN201611330U - 混凝土氯离子迁移扩散系数测定仪 - Google Patents

Abstract

一种混凝土氯离子迁移扩散系数测定仪，由主机和电子控制器组成，主机由内罐、外罐、护罩、电导率传感器、搅拌装置、法兰盘以及阴、阳电极组成，外罐套在内罐的下部，法兰盘套在外罐的底部，护罩安装在外罐的上方，电导率传感器安装在外罐顶面上，电导率传感器的探针伸入外罐中，搅拌装置由电动机和搅拌器组成，电动机固定在外罐的顶面上，搅拌器设置在外罐的内部，阴电极设置在内罐的底部，阳电极设置在外罐的底部，护罩的顶部设置有外部接线座，阴极接线端子、阳极接线端子、电导率传感器、电动机都通过导线与外部接线座连接，外部接线座通过电缆与电子控制器连接。本产品体积小，重量轻，携带方便，操作简单，能够在现场直接对混凝土氯离子扩散系数进行检测评估。

Description

混凝土氯离子迁移扩散系数测定仪

技术领域

本实用新型涉及混凝土氯离子扩散系数测定装置。

背景技术

氯化物是引发钢筋混凝土破坏的主要原因之一，氯离子能够对混凝土结构中的钢筋产生侵蚀。为了测定混凝土抵抗氯离子扩散的能力，一般做法是对构件取芯样，在试验室采用稳态扩散实验测量氯离子的扩散系数。具体方法主要有电化学分析法(Fick第二定律)、电迁移法(Nerst-Planck方程)、电导法(Nernst-Einstein方程法)。在现有技术中，没有便携式的混凝土氯离子扩散系数测定装置，测量时，需要取样后在试验室中操作，无法在现场对既有结构进行检测，因此急需研发一种体积小，重量轻，能够在现场对混凝土氯离子扩散系数进行测定的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种混凝土氯离子迁移扩散系数测定仪，它体积小，重量轻，携带方便，操作简单，能够在现场直接对混凝土氯离子扩散系数进行测定，在2～10小时内可以得到可靠的结果，可在现场对混凝土及其它建筑材料抵抗离子侵入的能力进行检测评估。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种混凝土氯离子迁移扩散系数测定仪，由主机和电子控制器组成，其特征是：主机由内罐、外罐、护罩、电导率传感器、搅拌装置、法兰盘以及阴、阳电极组成，内罐为细长圆筒形，外罐为短粗圆筒形，外罐套在内罐的下部，内罐的上部与下部过渡处设置有凸肩，该凸肩通过密封圈抵压在外罐中心孔的边缘上，内罐的凸肩外侧设置有耳板，该耳板通过螺栓与外罐的顶部固接；法兰盘为圆环形，外罐的底部设置有外凸缘，法兰盘套在外罐的底部，由外罐底部的外凸缘限位，法兰盘上设置有螺柱，外罐的顶面上对应的设置有联接板，该联接板通过螺钉与螺柱固接；护罩为圆盖形，护罩安装在外罐的上方，在外罐的顶面上设置有凸耳，护罩通过螺钉固定在凸耳上，护罩的中心开有圆孔，内罐的顶部露出于该圆孔，内罐的顶面上设置有加液孔，外罐的顶面上也设置有加液孔；电导率传感器安装在外罐顶面上，电导率传感器的探针伸入外罐中，搅拌装置由电动机和搅拌器组成，电动机固定在外罐的顶面上，搅拌器设置在外罐的内部，电动机的动力轴与搅拌器的主轴固接；阴电极为圆盘形，阳电极为圆环形，阴电极设置在内罐的底部，阳电极设置在外罐的底部，阴电极通过螺钉固定在内罐中；在内罐的侧壁上设置有阴极接线端子，所述阴电极通过导线与阴极接线端子连接，阳电极通过导电柱固定在外罐中；外罐的顶面设置有阳极接线端子，导电柱的上端设置有螺纹头，螺纹头由外罐顶面伸出，与阳极接线端子连接，护罩的顶部设置有外部接线座，所述阴极接线端子、阳极接线端子分别通过导线与外部接线座连接，电导率传感器、电动机也分别通过导线与外部接线座连接，外部接线座通过电缆与电子控制器连接。所述内罐、外罐的底端都设置有密封圈。

本实用新型有以下积极有益效果：本仪器体积小，携带方便，适用于各种强度等级的混凝土氯离子扩散系数的现场检测，能够现场检测除垂直向上的(如天花板、预制梁的腹板等)任何构件的表层氯离子扩散系数，在混凝土完全饱水后2-10小时内能完成测试，操作简单，使用方便，准确可靠。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的结构示意图。

图2是图1中主机的仰视图。

图3是图1中主机的局部剖视图。

图4是图3中护罩去除后的结构示意图。

图5是图4的局部剖视图。

图6是图5的局部剖视图。

图7是主机内部导电柱的安装位置示意图。

图8是主机的横向剖视图。

图9是主机的纵向剖视图。

图10是本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

图中标号

1主机           2电子控制器     3内罐       4外罐    5护罩

6电导率传感器   7搅拌装置       8法兰盘     9阴电极

10阳电极        11凸肩          12密封圈    13耳板

14螺栓          15外凸缘        16螺柱      17联接板

18螺钉          19凸耳          20螺钉      21圆孔

22加液孔        23加液孔        24电动机    25搅拌器

26螺钉          27阴极接线端子  28导电柱

29螺纹头        30阳极接线端子  31外部接线座

32导线          33导线          34电缆

35密封圈        36密封圈        37混凝土

请参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9，本实用新型是一种混凝土氯离子迁移扩散系数测定仪，由主机1和电子控制器2组成，主机由内罐3、外罐4、护罩5、电导率传感器6、搅拌装置7、法兰盘8以及阴、阳电极9、10组成，内罐3为细长圆筒形，外罐4为短粗圆筒形，外罐4套在内罐3的下部，内罐3的上部与下部过渡处设置有凸肩11，该凸肩11通过密封圈12抵压在外罐4的中心孔边缘上，内罐3的凸肩11外侧设置有耳板13如图8所示，该耳板13通过螺栓14与外罐4的顶部固接。

请参照图3、图4，法兰盘8为圆环形，外罐4的底部设置有外凸缘15，法兰盘8套在外罐4的底部，由外罐4底部的外凸缘15限位，法兰盘8上设置有三个螺柱16，外罐4的顶面上对应的设置有三个联接板17，该三个联接板17通过螺钉18与螺柱16固接。

护罩5为圆盖形，护罩5安装在外罐4的上方，在外罐4的顶面上设置有三个凸耳19如图3、图4所示，护罩5通过螺钉20固定在凸耳19上，护罩5的中心开有圆孔21，内罐3的顶部露出于该圆孔21，内罐3的顶面上设置有加液孔22；在外罐4的顶面上设置有加液孔23如图4、图5所示。

电导率传感器6安装在外罐4顶面上，电导率传感器6的探针伸入外罐4中，搅拌装置7由电动机24和搅拌器25组成，电动机24固定在外罐4的顶面上，搅拌器25设置在外罐4的内部，电动机7的动力轴与搅拌器25的主轴固接。阴电极9为圆盘形，阳电极10为圆环形，阴电极9设置在内罐3的底部，阳电极10设置在外罐4的底部，阴电极9通过螺钉26固定在内罐3中；在内罐3的侧壁上设置有阴极接线端子27如图4所示，阴电极9通过导线与阴极接线端子27连接。

请参照图5、图6、图7，阳电极10通过两个导电柱28固定在外罐4中；外罐4的顶面设置有阳极接线端子30，导电柱28的上端设置有螺纹头29，螺纹头29由外罐4顶面伸出，与阳极接线端子30连接。

请参照图4，护罩5的顶部设置有外部接线座31，阴极接线端子27、阳极接线端子30分别通过导线32、33与外部接线座31连接，电导率传感器6、电动机7也分别通过导线与外部接线座31连接，外部接线座31通过电缆34与电子控制器2连接如图1所示。

请参照图2、图3、图8、图9，内罐3、外罐4的底端分别设置有密封圈35、36。请参照图8，测试时，首先将被检测区域磨平，被检测区域约300mm×300mm，被检测区域既可以是水平面，也可以是立面或斜面，对被检测区域预先进行饱水处理，处理方法可采用喷水或使用带水物体绑扎覆盖，所需时间为18h。饱水处理完成后，在被检测区域的混凝土37上钻三个直径为6.5mm深40mm的小孔，用膨胀螺栓将主机1的法兰盘8固定在被检测区域上，利用密封圈35、36使内罐3、外罐4与被检测区域的混凝土37表面密封。配制0.55mol的氯化钠溶液425ml，通过加液孔22将其注入内罐3中，通过加液孔23将650ml蒸馏水注入外罐4中，然后将加液孔22、23上的密封盖盖好。

用电缆34将电子控制器2与主机1连接好，开始试验。电子控制器2由单片机和***电路构成，***电路包括键盘电路、复位电路、显示电路、升压电路，升压电路由数/模转换器、前置放大器、升压变压器组成，单片机按照程序的设定输出高频数字信号，该高频数字信号通过数/模转换器变换成模拟信号，该模拟信号通过前置放大器放大后，由升压变压器升压后加在内、外罐3、4中的阴、阳电极9、10上，请参照图10，由于内罐3、外罐4的底端分别设置有密封圈35、36，所以氯离子只能通过被测区域的混凝土由内罐3迁移至外罐4，氯离子到达外罐4(即：中性溶液)的速率通过测定外罐的电导率来确定，一旦到达稳流态流量，可用Nernst-Planck(能斯脱-普朗克方程)计算得到扩散系数。Nernst-Planck方程是用来描述在离子浓度梯度(ΔX)及电场梯度(ΔV)共同存在的情况下，穿过渗透膜的离子流大小(Φ)的方程。Φ＝-DΔX-PXΔV，其中D及P是两组与梯度大小相关的常量。检测混凝土离子扩散系数所需的测量时间随被测材料的质量而波动，通常介于2～10h之间。通过搅拌装置7可使到达外罐4中的氯离子与蒸馏水混合得更加均匀，有利于提高测量精度。每10min或15min记录一次电导率、电流，连续试验2～10h后，电导率与时间成线性关系，到达稳定状态，当电流达到最大值时，试验停止。然后绘制传导率与时间的关系曲线，得到稳定的斜率即稳定状态下的氯离子浓度变化率

可以通过已经建立起的公式得到，即：

$\frac{\mathrm{dc}}{\mathrm{dt}}=5.68\frac{\mathrm{ds}}{\mathrm{dt}}+1.13$

现场检测的离子扩散系数D可以用Nernst-Planck公式求得：

$D=\left(\frac{\mathrm{dc}}{\mathrm{dt}}T\right)\left(\frac{R}{\mathrm{zCFE}}\right)\left(V\frac{L}{A}\right)$

式中D——为现场检测的离子扩散系数，m²s；

——阳极离了浓度变化率，mol/m³s；

T——绝对温度(稳定状态下的平均值)；

R——大气常数，8.31J/K·mol；

z——离子电荷(氯离子为-1)；

C——离子的原始浓度，0.55×10³mol/m³；

F——Faraday常数，9.65×10³c/mol；

E——试验电压，60V；

V——内筒体积，6.5×10^-4m³；

——试验区域长度和面积比，3.74m^-1.

本仪器适用于各种强度等级的混凝土氯离子扩散系数的现场检测，在混凝土完全饱水后2-10小时内能完成测试，操作简单，使用方便，准确可靠。

Claims (2)

1.一种混凝土氯离子迁移扩散系数测定仪，由主机和电子控制器组成，其特征是：主机由内罐、外罐、护罩、电导率传感器、搅拌装置、法兰盘以及阴、阳电极组成，内罐为细长圆筒形，外罐为短粗圆筒形，外罐套在内罐的下部，内罐的上部与下部过渡处设置有凸肩，该凸肩通过密封圈抵压在外罐中心孔的边缘上，内罐的凸肩外侧设置有耳板，该耳板通过螺栓与外罐的顶部固接；法兰盘为圆环形，外罐的底部设置有外凸缘，法兰盘套在外罐的底部，由外罐底部的外凸缘限位，法兰盘上设置有螺柱，外罐的顶面上对应的设置有联接板，该联接板通过螺钉与螺柱固接；护罩为圆盖形，护罩安装在外罐的上方，在外罐的顶面上设置有凸耳，护罩通过螺钉固定在凸耳上，护罩的中心开有圆孔，内罐的顶部露出于该圆孔，内罐的顶面上设置有加液孔，外罐的顶面上也设置有加液孔；电导率传感器安装在外罐顶面上，电导率传感器的探针伸入外罐中，搅拌装置由电动机和搅拌器组成，电动机固定在外罐的顶面上，搅拌器设置在外罐的内部，电动机的动力轴与搅拌器的主轴固接；阴电极为圆盘形，阳电极为圆环形，阴电极设置在内罐的底部，阳电极设置在外罐的底部，阴电极通过螺钉固定在内罐中；在内罐的侧壁上设置有阴极接线端子，所述阴电极通过导线与阴极接线端子连接，阳电极通过导电柱固定在外罐中；外罐的顶面设置有阳极接线端子，导电柱的上端设置有螺纹头，螺纹头由外罐顶面伸出，与阳极接线端子连接，护罩的顶部设置有外部接线座，所述阴极接线端子、阳极接线端子分别通过导线与外部接线座连接，电导率传感器、电动机也分别通过导线与外部接线座连接，外部接线座通过电缆与电子控制器连接。

2.如权利要求1所述的混凝土氯离子迁移扩散系数测定仪，其特征是：所述内罐、外罐的底端都设置有密封圈。

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