混凝土碳化测量仪研究现状分析

混凝土碳化测量仪研究现状分析

许博珩1 ,李蓓1*, 毛剑飞1, ,陆琳1, 吴勇锋1,余梦君1,蒋威雄1

1浙江水利水电学院， 310018

*lib@zjweu.edu.cn

摘  要：建筑结构的耐久性评估是建筑结构维护和使用发展的方向和趋势。混凝土碳化深度的测量更是混凝土耐久性检测的一项重要参考数据，因此，精准便捷的混凝土碳化测量仪器因此日益受到关注。混凝土碳化是影响混凝土工程耐久性的一个重要因素，当前实验室现存的混凝土碳化测量仪自动化程度不高，如反应装置需要人工摇动、无法实现反应装置自洁、批量试验不能自动记录碳化数据，费时费力等；碳化装置各零件交界处在反复试验过程中易发生损坏，影响使用寿命；另外，未考虑环境温度和碳化反应带来的温度变化对碳化测定结果的影响。

关键词：自动化；温度控制；混凝土碳化测量仪

1 引言

建筑维护成本不断上升的原因有很多，其中包括建筑物使用年限的延长、建筑材料的老化、自然灾害、人为破坏等因素。由于建筑物的维护成本巨大，如何降低建筑维护成本已成为建筑领域的重要研究方向之一。

在西方发达国家，大约有四成的建筑资源和资金用于维修和修复现有建筑结构，而只有六成用于新建建筑。这说明，西方国家重视对现有建筑的保护和修复，以延长建筑物的使用寿命，降低建筑维护成本。

混凝土碳化是导致混凝土结构老化和损坏的主要因素之一。混凝土碳化是指混凝土中的碳酸盐离子与水和空气中的二氧化碳反应，产生碳酸钙，导致混凝土结构的强度和耐久性下降。因此，研究混凝土碳化的模型和影响因素对于延长混凝土结构的使用寿命和降低建筑维护成本具有重要意义。

目前，国内外学者对于混凝土碳化的研究主要集中在：混凝土碳化模型和混凝土碳化影响因素的研究上。而混凝土碳化测量仪器可以用于测量混凝土碳化的程度和深度，为混凝土碳化研究提供了有力的工具支持。

2 相关仪器研究现状及评定

经过对近年来相关文献的综合参考，可以得出以下结论：混凝土碳化深度测试方法众多，其中：热重分析、红外光谱、X射线衍射等方法虽然测量精度高但需专用设备，不适合大批量试验；同时低成本、快速、测试简单的试剂法被广泛使用，但其无法充分反映混凝土碳化区域分布，其精准度受到质疑。

杨亚会[1]等人为准确测量混凝土碳化程度，基于碳酸盐含量测试法原理，研发了混凝土碳化程度精确测试系统，利用该设备不仅能快速精确地测得混凝土中碳酸钙的含量，且沿试件保护层厚度逐层取粉测试，还可有效表征混凝土完全和部分碳化区域的分布特征，可广泛应用于混凝土碳化测试。

目前市场上常见的碳化混凝土测量仪器主要有电导率法、pH指示剂法和碱性溶液法。其中电导率法是最广泛使用的一种测量方法，因为它是一种非破坏性的测量方法，不需要在混凝土中添加任何试剂，操作简单、快捷且测试结果可靠。而pH指示剂法和碱性溶液法也是常用的测量方法，但准确性有限。

电导率法是通过测量混凝土的电导率的变化来判断混凝土的碳化程度，由于碳化混凝土的电导率随着碳化程度的增加而增加，因此电导率法可以有效地测量混凝土的碳化程度。

相比之下，pH指示剂法和碱性溶液法都有一些局限性。pH指示剂法是一种简单快速的测量方法，但因为pH指示剂的颜色变化受到环境温度和湿度等因素的影响从而精度受影响。而碱性溶液法需要在混凝土表面涂上一层碱性溶液进行测量，操作相对复杂，而且测试结果也受环境因素的影响。因此，在选择碳化混凝土测量方法时，应根据实际情况选择合适的方法。

目前市面上常见的混凝土碳化测量仪，如CN218121974U[2]，CN 218238679 U[3]均采用酚酞溶液进行混凝土碳化测量，其创新点在于减少实验误差提高精度。如徐云伟[4]等人公开发明了一种混凝工碳化深度自动检测仪，在其内部放置探针。探针周围设有酚酞喷洒微孔，沿着探针的长度方向设有刻度，探针内部设有酚酞喷洒系统。通过直接将酚酞喷洒在带有刻度的探针上，根据酚酞变色后的颜色可精确读取刻度值，在测量深度大于10mm的情况下也能够准确读取，使用方便。

商怀帅[5]等人发明了一种混凝土碳化深度检测仪及检测方法。本发明集鼓风、喷液和测量功能为一体，携带及使用方便，采用激光位移传感器实现了碳化深度的自动测量和智能测量，摒弃了指针测量，测量精度大大提高。

范宏[6]等人发明了一种精密混凝土碳化测量装置，包括精密数显装置、传感器、双联密封塞、反应瓶和试剂瓶。该装置能够准确地测量混凝土中的碳酸钙含量，从而准确评价混凝土的碳化状况。仪器结构简便，便于携带和放置，但需要手持传感器。

唐理[7]等人通过一些混凝土碳化尺校准不确定度实例，对仪器的校准不确定度进行了评定。通过选取不同深度的校准点进行反复测试，结合数学模型、影响分量以及方差等数据，初步得出测量中导致不确定度的来源，主要是测量的估读误差、测量仪的示值重复性等，后对上述一般来源进行误差估计，综合得出一般测量仪在测量过程中的不确定度在

0.1mm左右。

总的来说，当前实验室现存的混凝土碳化测量仪自动化程度不高，无法有效支持实验进行大规模批量实验，人工操作过程较多，规模化批量实验费时费力。因此，目前研究人员正在开发更先进、更智能的混凝土碳化测量仪器，以提高测量的自动化程度和准确性，实现大规模批量实验，降低测量成本和时间，推动混凝土碳化研究的发展。

3 结语

随着科技的不断进步，测量混凝土碳化程度的方法也在不断发展和改进。除了电导率法之外，还有一些新型的测量方法也逐渐得到应用，例如电化学阻抗谱法、荧光光谱法等。

总之，混凝土碳化是导致混凝土结构老化和损坏的主要因素之一。研究混凝土碳化的模型和影响因素，以及开发更先进、更智能的测量仪器，对于延长混凝土结构的使用寿命和降低建筑维护成本具有重要意义。

致谢

本论文为国家自然科学基金项目（52108257)、浙江水利水电学院大学生创新创业训练计划项目（202111841012）和浙江水利水电学院科研项目（X20210014）资助。

参考文献：

[1]杨亚会,覃作舟,徐港等.微型精密数显碳化测量仪的研发与应用[J].水电能源科学,2017,35(05):172-174.

[2]唐勇,李彬,刘耀,吕云,刘寒芳,巫秀玲,蒋碧宏,赵丽芳,郭欣蓉. 一种混凝土碳化深度测量装置[P]. 云南省：CN218121974U,2022-12-23.

[3]张继霞,周平,王超等. 一种水电工程长龄期混凝土碳化深度测定仪[P]. 浙江省：CN218238679U,2023-01-06.

[4]徐云伟,刘慧英,侯伟,刘传顺,张诗尧,石磊,等.混凝土碳化深度自动检测仪：CN201720452954.5.

[5]商怀帅,胡忠存,贾军明,王玮钊,范国玺,刘继睿,冯海爆,侯东帅,等.混凝土碳化深度检测仪及检测方法：CN201910978691.5.

[6]范宏,王鹏刚,赵铁军,等.一种精密混凝土碳化测量装置: CN, CN103592200 A[P].

[7]唐理,李世宏,王骏飞.混凝土碳化深度测量仪校准不确定度评定[J].江苏建筑,2017,No.184(04):99-101.