CN103245596A

CN103245596A - 用于测定混凝土气体渗透系数的方法

Info

Publication number: CN103245596A
Application number: CN2013101772955A
Authority: CN
Inventors: 张士萍; 宗兰; 张厚先; 董良峰; 费正岳
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明公开了一种用于测定混凝土气体渗透系数的方法，该方法具体包括如下步骤：1）将圆柱形混凝土试件侧面密封后置于气体渗透性测试装置的试验槽中；2）向气体渗透性测试装置的试验槽输入N₂，并通过与之相连的压力调节计以及压力计调节压力至某一恒定值并保持不变，即出口气压P₂；3）向混凝土试件底部输入N₂，并通过与之相连的压力调节计以及压力计调节压力，即进口压力P₁；4）通过与混凝土试件相连的流量计测量不同进口压力P₁条件下的气体体积流量，记录流量计读数Q₂；并通过后续计算即可得出修正后的气体渗透系数K。采用本发明方法推导出来的混凝土气体渗透系数比较接近实际值，精度较高。

Description

用于测定混凝土气体渗透系数的方法

技术领域

本发明属于建筑工程领域，尤其是涉及一种用于测定混凝土气体渗透系数的方法，主要用于评价现场混凝土结构以及实验室内混凝土试件的气体渗透性。

背景技术

混凝土是一种多孔材料，孔的存在强烈地影响着它的强度、韧性、抗渗性、气密性、耐腐蚀性等耐久性能。渗透性是混凝土耐久性的主要指标之一，目前在测定该性能时主要使用两类渗透介质：水和气体。以水为渗透介质时，由于水泥的继续水化、物质的迁移、毛细管结构的改变等因素会使渗透过程难以达到稳态，因此水的渗透系数较难准确测得。因此，研究的重点逐渐转向了以气体作为渗透介质的混凝土渗透性测试方法。同时，对于暴露在大气环境混凝土的耐久性在很大程度上取决于大气中二氧化碳及氧气在混凝土中的渗透性能。因此如何快速准确测定气体在混凝土中的渗透性能就成为能否准确预测和计算大气环境下混凝土的耐久性和使用寿命的关键。

目前，混凝土透气性的测试方法主要有浓度梯度法和压力梯度法两种，虽然浓度梯度法可以直接应用Fick扩散定律计算气体扩散系数，不仅理论充分而且所得结果准确，但由于设备复杂且精确捕捉极微量气体十分困难，因此应用较少；而压力梯度法则是通过在密闭容器内施加一定的压力，由于混凝土试件表面和内部存在孔隙，气流在压力梯度下经过一定时间渗透使密闭容器内的压力或真空度发生变化，通过测试一定时间后容器内压力变化值再应用达西定律即可求出气体在混凝土中的渗透系数。由于不同的进口气压会得到不同的气体渗透系数结果，而气体渗透性应该是材料本身所固有的。目前一般是通过推导出不同进口压力作用下的气体渗透系数，然后将混凝土材料的固有渗透性取值为不同进口压力下的渗透系数的平均值。但是，由于气体滑移效应，这种简单地将固有渗透性取值为不同进口压力下的渗透系数的平均值的做法是不准确的，因此有必要推导出混凝土的固有气体渗透。

发明内容

本发明的目的是针对现有的混凝土气体渗透性测试方法没有考虑气体在孔隙迁移过程中存在滑移效应，推导出的结果与实际值误差较大的问题，提出一种基于达西定律，并且考虑到滑移效应修正过的混凝土固有气体渗透性的测试方法。

本发明中的测试方法基于达西定律，计算出不同进口压力条件下的气体渗透系数，然后采用回归分析法推导出渗透系数与1/P_a之间的线性关系，进而得到修正后的混凝土固有气体渗透系数。其中P_a=(P₁₊P₂)/2，P₁和P₂分别是进口压力和出口压力。

本发明的用于测定混凝土气体渗透系数的方法具体包括如下步骤：

1）将圆柱形混凝土试件侧面密封后置于气体渗透性测试装置的试验槽中；

2）向气体渗透性测试装置的试验槽输入N₂，并通过与之相连的压力调节计以及压力计调节压力至某一恒定值并保持不变，即出口气压P₂；

3）向混凝土试件底部输入N₂，并通过与之相连的压力调节计以及压力计调节压力，即进口压力P₁；

4）通过与混凝土试件相连的流量计测量不同进口压力P₁条件下的气体体积流量，记录流量计读数Q₂；

5）根据达西定律，计算出不同进口压力P₁条件下的气体渗透系数K；

6）采用回归分析法分析气体渗透系数与变量进口压力P₁之间的关系；

7）通过回归分析，确定1/P_a和气体渗透系数K之间存在线性关系，其中P_a=(P₁₊P₂)/2；

8）根据1/P_a和气体渗透系数K之间存在线性，推导出该线性关系中的截距即是修正后的气体渗透系数。

步骤5）中的达西定律为下列公式（1），计算出不同进口气压P₁下的气体渗透系数K；

（1）

式中K是气体渗透系数，m²；μ是气体动力粘度，Ns/m²；L是试件厚度，m；P₂是出口气体压力，N/m²；P₁是进口气体压力，N/m²；Q₂是出口气体体积流量，m³/s；A是试件横截面积，m²。

通过回归分析，确定1/P_a和气体渗透系数K之间存在线性关系：y=a(1/P_a)+b。

根据1/P_a和气体渗透系数K之间的线性关系，其中截距b值为修正后的该混凝土试件的固有气体渗透系数。

进一步的改进在于，通过流量计测量不同进口压力P₁条件下的气体体积流量时，等待气体流动恒定后测量。

进一步的改进在于，出口压力P₂保持恒定。

采用本发明方法推导出来的混凝土气体渗透系数比较接近实际值，精度较高。

附图说明

图1为本发明所用的气体渗透性测试装置结构示意图；

其中：1-试验槽； 2-混凝土试件；3-流量计；4-压力计；5-压力调节计。

具体实施方式

实施例1：将成型并养护28d的混凝土试件（尺寸为Φ100mm×50mm）侧面采用环氧树脂密封好后，置于气体渗透性测试装置的试验槽中，固定好，然后，在图1左侧方向向试验槽中输入N₂，通过压力调节计以及压力计调节出口气压P₂为0.1N/m²。然后在下侧输入N₂，并压力调节计以及压力计调节进口气压P₁分别为0.3N/m²、0.5N/m²、0.7N/m²、0.9N/m²、1.1N/m²。等待气体流动恒定后，通过流量计测量进口气压P₁分别为0.3N/m²、0.5N/m²、0.7N/m²、0.9N/m²、1.1N/m²的时候，出口气体流量Q₂分别为7.9×10^-13m³/s、1.5×10^-12m³/s、2.5×10^-12m³/s、3.7×10^-12m³/s、4.9×10^-12m³/s。将μ=17.58×10^-6Ns/m²、L=0.05m、P₂=0.1N/m²、P₁、Q2以及A=7.85×10^-3m²分别带入公式（1），计算出进口气压P₁分别为0.3N/m²、0.5N/m²、0.7N/m²、0.9N/m²、1.1N/m²的时候对应的渗透系数K分别为2.2×10^-16m²、1.48×10^-16m²、1.16×10^-16m²、1.0×10^-16m²、0.92×10^-16m²。根据公式P_a=(P₁₊P₂)/2，则P_a分别为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6。以1/P_a为横坐标，对应的渗透系数K为纵坐标作图，推导出1/P_a与渗透系数K之间的线性关系为K=0.39(1/P_a)+0.22（相关性R²为0.99），K的单位是×10^-16m²，因此修正后的该混凝土试件的固有气体渗透系数为0.22×10^-16m²。

Claims

1.一种用于测定混凝土气体渗透系数的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

8）根据1/P_a和气体渗透系数K之间存在线性，推导出该线性关系中的截距即是修正后的气体渗透系数K。

2.如权利要求1所述的用于测定混凝土气体渗透系数的方法，其特征在于，通过流量计测量不同进口压力P₁条件下的气体体积流量时，等待气体流动恒定后测量。

3.如权利要求2所述的用于测定混凝土气体渗透系数的方法，其特征在于，出口压力P₂保持恒定。