Способ определения диффузионной проницаемости бетона

Изобретение относится к исследованию свойств бетона и может быть использовано для контроля качества бетона неразрушающими методами в промышленном и гражданском строительстве, в том числе для бетонов особо низкой проницаемости. В способе определения диффузионной проницаемости бетона изготавливают образцы из бетона, насыщают указанные образцы водой, готовят водные вытяжки из порошка размолотого бетона и воды при их соотношении от 1:1 до 1:10, определяют удельное электрическое сопротивление бетона и указанных вытяжек путем помещения четырех электродов в образцы и вытяжки и измерения разницы потенциалов между средними электродами при пропускании электрического тока через крайние электроды, осуществляют экстраполяцию зависимости полученных значений удельного электрического сопротивления вытяжек от указанного соотношения "порошок размолотого бетона: вода" с получением значения удельного электрического сопротивления вытяжки с соотношением "порошок размолотого бетона: вода" 1:0, а о диффузионной проницаемости бетона для электролита судят по коэффициенту диффузии D_б, см²/с, который рассчитывают по формуле: где ×100, ρ - удельное электрическое сопротивление бетона, Ом·см, ρ_в - удельное электрическое сопротивление вытяжки с соотношением "порошок размолотого бетона: вода" 1:0, Ом·см, П_с - эффективная сквозная пористость, %, D_э-коэффициент диффузии электролита, см²/с. Технический результат - упрощение способа испытания бетонов широкого диапазона, в том числе бетонов особо низкой проницаемости. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к исследованию свойств бетона и может быть использовано для контроля качества бетона, в том числе бетона особо низкой проницаемости, неразрушающими методами в промышленном и гражданском строительстве.

Известен способ контроля качества бетона, включающий изготовление бетонного образца, подключение к нему электродов, пропускание электрического тока и измерение электрического сопротивления эталонных образцов и испытуемого, сравнение результатов измерения, по которому судят о качестве бетона [1].

Недостатком известного способа является невысокая точность измерений и ограниченный диапазон определяемых параметров.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения диффузионной проницаемости бетонов методом электрической аналогии с измерением электрического сопротивления жидкой фазы бетона, по которому рассчитывают диффузионную проницаемость бетона путем умножения известных коэффициентов диффузии солей в водных растворах на величину сквозной пористости бетона. Сквозную пористость определяют из соотношения электрического сопротивления водной вытяжки из бетона и бетона, насыщенного водой [2].

Электрическое сопротивление бетона определяют на образцах-кубах. Контакт электрической цепи измеряющего прибора с бетоном осуществляется с помощью двух электродов через электропроводную смазку, обычно порошок графита, смоченный электролитом. Электрическое сопротивление электролита определяют в емкости из электроизоляционного материала с двумя электродами.

Известные способы измерения электрического сопротивления имеют определенные недостатки: при использовании омметра показание прибора непрерывно изменяется за счет поляризационных явлений на контакте электродов с бетоном или водной вытяжкой, при использовании мостов переменного тока сопротивление зависит от частоты электрического тока. В обоих случаях имеется неопределенность в определении сопротивления. Другой особенностью является то, что применяемая в измерении водная вытяжка, которую готовят при соотношении "бетон: вода", равном 1:10, не отражает концентрации растворенных солей в жидкой фазе бетона и электрического сопротивления жидкой фазы бетона.

Действительное соотношение твердых фаз и воды в бетоне на порядки величин больше. Например, в насыщенном водой бетоне, имеющем водопоглощение 4% по массе, соотношение твердого материала и воды составляет 1:0,04. Опытным путем установлено, что реально из затвердевшего бетона можно получить вытяжку при соотношении твердого материала и воды 1:1. При этом сопротивление такой вытяжки оказывается примерно в два раза меньше, чем в вытяжке состава 1:10. Поскольку получить вытяжку при соотношении 1:0,04 практически невозможно, определить проницаемость особенно плотных бетонов весьма сложно.

Техническая задача заключается в повышении точности испытаний при расширении диапазона испытуемых материалов и упрощении способа.

Техническая задача решается таким образом, что в способе определения диффузионной проницаемости бетона изготавливают образцы из бетона, насыщают указанные образцы водой, готовят водные вытяжки из порошка размолотого бетона и воды при их соотношении от 1:1 до 1:10, определяют удельное электрическое сопротивление бетона и указанных вытяжек путем помещения четырех электродов в образцы и вытяжки и измерения разницы потенциалов между средними электродами при пропускании электрического тока через крайние электроды, осуществляют экстраполяцию зависимости полученных значений удельного электрического сопротивления вытяжек от указанного соотношения "порошок размолотого бетона: вода" с получением значения удельного электрического сопротивления вытяжки с соотношением "порошок размолотого бетона: вода" 1:0, а о диффузионной проницаемости бетона для электролита судят по коэффициенту диффузии D_б, см²/с, который рассчитывают по формуле:

где ×100,

ρ - удельное электрическое сопротивление бетона, Ом·см,

ρ_в - удельное электрическое сопротивление вытяжки с соотношением "порошок размолотого бетона: вода" 1:0, Ом·см,

П_с - эффективная сквозная пористость, %,

D_э -коэффициент диффузии электролита, см²/с.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение точности определения диффузионной проницаемости бетона за счет исключения поляризационных явлений при измерении электрического сопротивления бетона и водных вытяжек на контакте электродов и бетона или вытяжек и позволяет расширить диапазон испытаний и определять диффузионную проницаемость особо плотных бетонов (бетонов особо низкой проницаемости) за счет возможности определения электросопротивления путем экстраполяции.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают из бетона образцы-призмы размерами 4×4×16 см. При изготовлении в каждый образец устанавливают вертикально на расстоянии от торцов 1 см и 4 см по 4 стальных электрода. Электроды представляют собой металлические стержни длиной 60 мм, изготовленные из гладкой арматурной проволоки диаметром 5-6 мм. Образцы вакуумируют и в вакууме насыщают водой в течение 3-х суток.

После этого крайние электроды присоединяют к источнику тока, а средние соединяют с вольтметром и определяют разность потенциалов, которая не должна быть более 30 В. При большем значении уменьшают разность потенциалов от источника тока. По падению напряжения между средними электродами, величине тока и геометрическим размерам образца рассчитывают удельное электрическое сопротивление бетона.

По завершении измерений образцы сушат до постоянной массы. Высушенные образцы дробят и просеивают через сито 5 и 2,5 мм, при этом отбрасывают раздробленные зерна крупного заполнителя. Из материала, оставшегося на сите 2,5 мм готовят 4 водных вытяжки из бетона при соотношении "бетон: вода" равном 1:10; 1:5; 1:2,5; 1:1. При меньшем количестве воды возникают трудности в отборе жидкой фазы. Определяют электрическое сопротивление каждой вытяжки. В координатах соотношения "бетон: вода - электрическое сопротивление" строят полученную зависимость. На чертеже представлена графическая зависимость удельного сопротивления Ом·см и концентрации водной вытяжки соотношения вода: бетон. Действительное соотношение твердого материала и воды в бетоне зависит от пористости. Для бетонов с водопоглощением 3-10% она находится в пределах от 90:10 до 97:3 или от 1:0,11 до 1:0,03, т.е. приближается к 1:0. Экстраполируя экспериментальную зависимость на графике до соотношения «бетон: вода»=1:0, получаем значение электрического сопротивления вытяжки с концентрацией, приближенной к концентрации раствора в порах бетона. По результатам измерения величины тока и разности потенциалов рассчитывают удельное электрическое сопротивление бетона и водной вытяжки:

По результатам определения удельного электрического сопротивления бетона и его жидкой фазы рассчитывают сквозную пористость. Диффузионную проницаемость оценивают по отношению к хлориду натрия как обладающему высокой проницающей способностью, наиболее распространенному и агрессивному к железобетону раствору. Умножая известный по справочникам коэффициент диффузии хлоридов на значение сквозной пористости бетона, получаем коэффициент диффузии хлоридов в бетоне.

Эффективную сквозную пористость бетона П_с, %, и коэффициент диффузии D_б, см²/с, рассчитывают по формулам:

D_б=D_Э×П_с,

где D_Э - коэффициент диффузии электролита (находим по справочнику).

Пример.

Электрическое сопротивление бетона равно 142700 Ом·см. Электрическое сопротивление вытяжек представлено в таблице.

Экстраполяцией полученной зависимости до соотношения 1:0 определяем электрическое сопротивление жидкой фазы. В данном случае оно равно 83 Ом·см. Сквозная пористость бетона равна (83:142700)×100 = 0,058%. По справочным данным коэффициент диффузии хлорида натрия равен 1,25×10^-5 см²/с. Коэффициент диффузии хлорида натрия в бетоне равен 1,25×10^-5×0,00058 = 0,72×10^-8 см²/с.

Соотношение "бетон: вода"	Электрическое сопротивление вытяжки, Ом·см
1:10	184,10
1:5	124,18
1:2,5	101,91
1:1	90,13

Источники информации

1. Патент РФ № 2064677, кл. G 01 N 33/38, 27. 07.1996.

2. Иванов Ф.М., Акимова К.М. Метод измерения сквозной пористости капиллярно-пористых тел. Заводская лаборатория - 1965, № 11. Сборник НИИЖБ, Москва, 1972. (прототип)

Способ определения диффузионной проницаемости бетона, характеризующийся тем, что изготавливают образцы из бетона, насыщают указанные образцы водой, готовят водные вытяжки из порошка размолотого бетона и воды при их соотношении от 1:1 до 1:10, определяют удельное электрическое сопротивление бетона и указанных вытяжек путем помещения четырех электродов в указанные образцы и указанные вытяжки и измерения разницы потенциалов между средними электродами при пропускании электрического тока через крайние электроды, осуществляют экстраполяцию зависимости полученных значений указанного удельного электрического сопротивления вытяжек от указанного соотношения "порошок размолотого бетона: вода" с получением значения удельного электрического сопротивления вытяжки с соотношением "порошок размолотого бетона: вода" 1:0, а о диффузионной проницаемости бетона для электролита судят по коэффициенту диффузии D_б, см²/с, который рассчитывают по формуле

где

ρ - удельное электрическое сопротивление бетона, Ом·см;

ρ_в - удельное электрическое сопротивление вытяжки с соотношением "порошок размолотого бетона: вода" 1:0, Ом·см;

П_с - эффективная сквозная пористость, %;

D_э - коэффициент диффузии электролита, см²/с.