CN104880394B - 一种混凝土气渗性测试设备及其测试方法 - Google Patents

一种混凝土气渗性测试设备及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混凝土气渗性测试设备及其测试方法,测试设备用于测试混凝土试样的气渗性,包括供气装置和气体流量计,该设备还包括仪器主体,仪器主体包括框体,框体上由内至外依次设有进气圈、出气圈和连接板,进气圈的输入端与供气装置连接,输出端通过混凝土试样与出气圈的输入端连接,出气圈的输出端与气体流量计连接,连接板与混凝土试样连接;供气装置向仪器主体提供测试气体,测试气体自进气圈依次经由混凝土试样和出气圈流至气体流量计,进而根据气体流量计算出混凝土气体渗透系数。与现有技术相比,本发明具有使用方便等优点。

Description

一种混凝土气渗性测试设备及其测试方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种混凝土耐久性测试技术,尤其是涉及一种混混凝土气渗性测试设 备及其测试方法。
背景技术
[0002] 提高混凝土的耐久性,延长混凝土的实际使用寿命,是当前混凝土学术界研究的 重点,其关键在于控制混凝土的渗透性。目前,表征混凝土的渗透性能,按渗透介质有水和 02、N2、空气等渗透系数。按测试地点有现场测试与实验室测试。
[0003]以气体为渗透介质的渗透系数测试方法,目前常用的有Figg法和Cembureau法。
[0004] F i g g法可以在实验室与现场环境中测定混凝土密实性属于半破损的方法,测试 时,在混凝土表面钻IOmm的小孔,深度约40mm,将孔中的浮灰清除后打入一个紧贴孔壁的橡 胶塞子,在孔的下部形成一个密封的区域,再在橡胶塞的中心穿上一根细针管,该针管外接 一个带阀门的真空栗,实验时将密封区域抽真空,区域内的绝对压力要小于〇.45MPa,关闭 真空栗,由于混凝土微孔的泄露,真空度将随时间逐步减小,其测量的指标为密封区域内的 绝对压力从〇. 45MPa变到0.50MPa所要花费的时间,单位为秒。此方法虽然所需设备简单,但 密封效果不理想。试验结果的可靠性与重复性受到学术界的质疑。
[0005] 1989年,Kol Iek提出以02气为渗透介质测定混凝土渗透系数的Cembureau法,获得 国际上的广泛接受。其原理为:给试样施加稳定的气压,纪录在此压力下通过试样的气体流 量,再转换到渗透系数,以此比较混凝土渗透性能。该法采用了轮胎式的密封结构,密封效 果非常理想,试验步骤也非常严格。但是该方法依然只能在实验室测试试样,不能在现场环 境中测试混凝土的气体渗透性,然而真正决定现场混凝土耐久性的仅仅是表层那部分的抗 渗性能,所以实验室中测试的结果并不能完全反应混凝土的真实抗渗性与耐久性。
[0006] 因此,研究一种操作简单、密封效果好、设备便于携带、能在现场测试混凝土气体 渗透系数的测试方法是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
[0007] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便于现场测试 的混凝土气渗性测试设备及其测试方法。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0009] —种混凝土气渗性测试设备,该设备用于测试混凝土试样的气渗性,包括供气装 置和气体流量计,该设备还包括仪器主体,所述仪器主体包括框体,所述框体上由内至外依 次设有进气圈、出气圈和连接板,所述进气圈的输入端与供气装置连接,输出端通过混凝土 试样与出气圈的输入端连接,所述出气圈的输出端与气体流量计连接,所述连接板与混凝 土试样连接;
[0010] 所述供气装置向仪器主体提供恒定气压的测试气体,所述测试气体自进气圈依次 经由混凝土试样和出气圈流至气体流量计,进而根据气体流量计算出混凝土气体渗透系 数。
[0011] 所述进气圈为底面为圆形,所述出气圈底面为圆环形,所述进气圈底面积与出气 圈底面积相同。
[0012] 所述进气圈和出气圈之间设有内密封圈,所述出气圈和连接板之间设有外密封 圈。
[0013] 所述供气装置包括气源以及输入端均与气源连接的第一输气通道、第二输气通道 和第三输气通道,所述第一输气通道的输出端与进气圈的输入端连接,所述第二输气通道 的输出端与内密封圈的输入端连接,所述第三输气通道的输出端与外密封圈的输入端连 接。
[0014] 所述第一输气通道上设有测试气体除湿装置。
[0015] 所述气源包括减压阀,所述第一输气通道上设有精密减压阀。
[0016] 所述仪器主体还包括多个固定螺杆,所述连接板通过固定螺杆与混凝土试样连 接。
[0017] —种混凝土气渗性测试方法,其特征在于,该方法包括步骤:
[0018] A.将仪器主体固定至达到龄期的结构混凝土试样上,并将内密封圈和外密封圈内 气压充至6〜7个大气压;
[0019] B.向进气圈通入气压恒定为测试气压的测试气体,记录气流稳定后透过混凝土试 样的气体流量,并计算渗透系数:
[0020]
Figure CN104880394BD00061
[0021] 其中:D为渗透系数,L为有效渗透厚度,Q为气体流量,μ为气体黏度,Pa为当地大气 压力,A为透气面积,P为测试气压;
[0022] C.改变测试气压,重复步骤B三至五次,将测得的多个渗透系数取平均值作为混凝 土试样的测试值。
[0023] 与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0024] 1)本发明测试设备不需要将整个混凝土试样取出,只需要将仪器主体与混凝土试 样表面连接即可,可以避免分割混凝土的成本,可以大大简化操作繁琐度,便于现场测试。
[0025] 2)密封圈可以引导测试气体经由混凝土试样从进气圈流至出气圈,提高测量气体 流量的精度,进而提高测试精度。
[0026] 3)供给装置分为三个输气通道,因此在提供测试气体的同时,也可以保证两个密 封圈内气压的稳定,不至于因长时间放置密封圈内气压不足的情况。
[0027] 4)测试气体除湿装置可以加热测试气体,进而通过测试气体烘干混凝土试样。
[0028] 5)减压阀和精密减压阀可以调节测试气压,同时也可以保证进入进气圈的测试气 体气压的稳定,从而完成测试。
附图说明
[0029] 图1为本发明的结构示意图;
[0030] 图2为本发明实施例一中仪器主体的仰视示意图;
[0031] 图3为本发明实施例一中仪器主体的剖视示意图;
[0032]图4为本发明实施例一中内密封圈的结构不意图;
[0033] 图5为本发明实施例一中内密封圈三维剖面示意图;
[0034] 图6为测试气体在混凝土试样表层的运动路径示意图;
[0035] 图7为本发明实施例二中仪器主体的结构示意图;
[0036] 图8为渗透厚度计算过程示意图;
[0037] 其中:1、混凝土试样,3、仪器主体,4、气体流量计,25、分流节,26、分流节,211、减 压阀,212、液氮缸旋紧阀,213、塑料连接软管,214、液氮缸,215、气体过滤器,216、安全阀, 221、测试气体除湿装置,222、精密减压阀,223、截流止回阀,224、截流止回阀,225、分流节, 231、截流止回阀,241、截流止回阀,31、进气圈,32、出气圈,33、连接板,34、内密封圈,35、外 密封圈,36、框体,37、固定螺杆,38、进气孔,39、出气孔,341、内密封圈进气管,351、外密封 圈进气管。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0039] 实施例一:
[0040] 一种混凝土气渗性测试设备,该设备用于测试混凝土试样1的气渗性,如图1所示, 包括供气装置和气体流量计4,该设备还包括仪器主体3,如图2和图3所示,仪器主体3包括 框体36,框体36上由内至外依次设有进气圈31、出气圈32和连接板33,进气圈31的输入端与 供气装置2连接,输出端通过混凝土试样1与出气圈32的输入端连接,出气圈32的输出端与 气体流量计4连接,连接板33与混凝土试样1连接,其中,本实施例中,气体流量计4为皂膜流 量计;
[0041] 供气装置2向仪器主体3提供测试气体,测试气体自进气圈31依次经由混凝土试样 1和出气圈32流至气体流量计4,进而根据气体流量计算出混凝土气体渗透系数。
[0042] 进气圈31和出气圈32之间设有内密封圈34,出气圈32和连接板33之间设有外密封 圈35。
[0043] 如图2所示,进气圈31和出气圈32之间设有内密封圈34,出气圈32和连接板33之间 设有外密封圈35。
[0044] 供气装置2包括气源21以及输入端均与气源21连接的第一输气通道、第二输气通 道23和第三输气通道24,第一输气通道的输出端与进气圈31的输入端连接,第二输气通道 23的输出端与内密封圈34的输入端连接,第三输气通道24的输出端与外密封圈35的输入端 连接。
[0045] 如图1和图2所示,进气圈31中央设有一个进气孔38,出气圈32上设有一个出气孔 39,第一输气通道通过进气孔38与进气圈31连接,气体流量计4通过出气孔39与出气圈32连 接。
[0046] 如图1、图4、图5所示,内密封圈34上设有内密封圈进气管341,第二输气通道23通 过内密封圈进气管341与内密封圈34连接;外密封圈35结构与内密封圈34类似,如图1所示, 第三输气通道24通过外密封圈进气管351与外密封圈35连接。
[0047] 第一输气通道上设有测试气体除湿装置221。
[0048] 气源21包括减压阀211,第一输气通道上设有精密减压阀222。
[0049] 仪器主体3还包括多个固定螺杆37,连接板33通过固定螺杆37与混凝土试样1连 接,连接板33上设有多个用于通过固定螺杆37的螺孔,螺孔数目与固定螺杆37的数目一致, 本实施例中,固定螺杆37和螺孔的个数均为6个。
[0050] 如图1所示,本实施例中气源21还包括液氮缸214、塑料连接软管213、液氮缸旋紧 阀212、气体过滤器215和安全阀216,液氮缸214、塑料连接软管213、液氮缸旋紧阀212、减压 阀211、气体过滤器215和安全阀216依次连接。
[0051] 如图1所示,第一输气通道还包括两个截流止回阀223和224,以及分流节225,截流 止回阀223、精密减压阀222、分流节225和测试气体除湿装置221依次连接,测试气体除湿装 置221与进气孔38连接,分流节225与截流止回阀224连接。
[0052] 如图1所示,第二输气通道23包括截流止回阀231,第三输气通道24包括截流止回 阀241,供气装置2还包括两个分流节25和26,分流节25的输入端与气源21连接,一个输出端 与截流止回阀223连接,另一个输出端与分流节26的输入端连接,分流节26的输入端分别与 截流止回阀231和截流止回阀241对应连接。
[0053] 运用上述混凝土气渗性测试设备的对如表1所示的不同的混凝土试样1进行测试。
[0054] 表1实验用混凝土配合比
[0055]
Figure CN104880394BD00081
[0056]具体包括步骤:
[0057] A.关闭所有的截流止回阀以及减压阀211、精密减压阀222、液氮缸旋紧阀212、安 全阀216,在达到龄期的混凝土试样1上,用冲击钻按照仪器主体3螺孔的位置钻6个孔,用快 硬粘结剂将固定螺杆37埋进混凝土的内部,将仪器主体3对准螺杆放置,拧紧螺帽将仪器主 体3与混凝土试样1紧密接触。在测试时,首先将截流止回阀231和截流止回阀241打开,随后 将液氮缸旋紧阀212和减压阀211打开,并调节减压阀211将内密封圈34和外密封圈35内气 压均充至6〜7个大气压;
[0058] B.关闭截流止回阀231和截流止回阀241并打开截流止回阀223和测试气体除湿装 置221,调节精密减压阀222,使进入仪器主体3的测试气体压力为O.IMPa,气体流量计4记录 气流稳定后透过混凝土试样1的气体流量,并计算渗透系数:
[0059]
Figure CN104880394BD00082
[0060] 其中:D为渗透系数,L为有效渗透厚度,Q为气体流量,μ为气体黏度,Pa为当地大气 压力,A为透气面积,P为测试气压;
[0061] 有效渗透厚度L为:
[0062]
Figure CN104880394BD00091
[0063] 其中=R1为进气圈底面半径,R2为出气圈底面内圆半径,R3为出气圈底面外圆半径。
[0064] 具体的,L = Li+L2+L3
[0065] 如图6和图8所示:心为进气圈31底面半径,R2为出气圈底面内圆32-1半径,R3为出 气圈底面外圆32-2半径,本实施例中Rd50mm,R2为IOOmm,R3为112mm,气体从进气圈31渗入 可等效为从圆A圆周渗入,圆A与进气圈31为同心圆,面积等于进气圈31的一半,同理可得气 体从出气圈32渗出可等效为从圆B圆周渗出,圆B均分进气圈32面积。L1S进气圈31半径办与 圆A半径Ra之差,计算过程为:
[0066]
Figure CN104880394BD00092
[0067] L2为密封圈厚度,计算过程为L2 = R2-R1,L3为圆B半径Rb与出气圈底面内圆半径R2 之差,计算过程为:
[0068]
Figure CN104880394BD00093
[0069] 当从混凝土试样1内部渗透出来的气体量大于进入混凝土试样1内部的气体量的 90%时(在误差10%的条件下)认为测试数据有效。
[0070] C.改变测试气压分别为0.2MPa和0.3MPa,重复步骤B,测得各种条件的气体流量, 测试数据如表2所示。
[0071] 表2混凝土渗透气体流速结果汇总单位:ml/min
[0072]
Figure CN104880394BD00094
[0073] 求得被测样品在渗透压力为0. lMPa、0.2MPa、0.3MPa时的气体渗透系数值;测试结 果见表3。
[0074] 表3混凝土渗透系数结果汇总单位:
Figure CN104880394BD00095
[0075]
Figure CN104880394BD00096
[0076] 将测得的多个渗透系数取平均值作为混凝土试样1的测试值。
[0077] 实施例二:
[0078] 本实施例中与实施例一中相同之处不再叙述,仅叙述不同之处。
[0079] 本实施例与实施例一的显著区别在于连接板33的形状,如图7所示,本实施例中, 连接板33两边设有用于连接紧箍件的凸起,当混凝土试样1是梁与柱的情况时,使用本实施 例的仪器主体3,用紧箍件使之固定。

Claims (8)

1. 一种混凝土气渗性测试设备,该设备用于测试混凝土试样(1)的气渗性,包括供气装 置⑵和气体流量计⑷,其特征在于,该设备还包括仪器主体(3),所述仪器主体⑶包括框 体(36),所述框体(36)上由内至外依次设有进气圈(31)、出气圈(32)和连接板(33),所述进 气圈(31)的输入端与供气装置(2)连接,输出端通过混凝土试样⑴与出气圈(32)的输入端 连接,所述出气圈(32)的输出端与气体流量计(4)连接,所述连接板(33)与混凝土试样(1) 连接, 所述供气装置(2)向仪器主体(3)提供恒定气压的测试气体,所述测试气体自进气圈 (31)依次经由混凝土试样(1)和出气圈(32)流至气体流量计(4),进而根据气体流量计算出 混凝土气体渗透系数; 所述进气圈(31)和出气圈(32)之间设有内密封圈(34),所述出气圈(32)和连接板(33) 之间设有外密封圈(35)。
2. 根据权利要求1所述的一种混凝土气渗性测试设备,其特征在于,所述进气圈(31)为 底面为圆形,所述出气圈(32)底面为圆环形,所述进气圈(31)底面积与出气圈(32)底面积 相同。
3. 根据权利要求1所述的一种混凝土气渗性测试设备,其特征在于,所述供气装置(2) 包括气源(21)以及输入端均与气源(21)连接的第一输气通道、第二输气通道(23)和第三输 气通道(24),所述第一输气通道的输出端与进气圈(31)的输入端连接,所述第二输气通道 (23)的输出端与内密封圈(34)的输入端连接,所述第三输气通道(24)的输出端与外密封圈 (35)的输入端连接。
4. 根据权利要求3所述的一种混凝土气渗性测试设备,其特征在于,所述第一输气通道 上设有测试气体除湿装置(221)。
5. 根据权利要求3所述的一种混凝土气渗性测试设备,其特征在于,所述气源(21)包括 减压阀(211),所述第一输气通道上设有精密减压阀(222)。
6. 根据权利要求1所述的一种混凝土气渗性测试设备,其特征在于,所述仪器主体(3) 还包括多个固定螺杆(37),所述连接板(33)通过固定螺杆(37)与混凝土试样(1)连接。
7. —种如权利要求1所述的混凝土气渗性测试设备的测试方法,其特征在于,该方法包 括步骤: A. 将仪器主体⑶固定至达到龄期的结构混凝土试样(1)上,并将内密封圈(34)和外密 封圈(35)内气压充至6〜7个大气压; B. 向进气圈(31)通入气压恒定为测试气压的测试气体,记录气流稳定后透过混凝土试 样(1)的气体流量,并计算渗透系数:
Figure CN104880394BC00031
其中:D为渗透系数,L为有效渗透厚度,Q为气体流量,μ为气体黏度,Pa为当地大气压 力,A为透气面积,P为测试气压; C. 改变测试气压,重复步骤B三至五次,将测得的多个渗透系数取平均值作为混凝土试 样⑴的测试值。
8. 根据权利要求7所述的测试方法,其特征在于,所述有效渗透厚度L为:
Figure CN104880394BC00041
其中:Ri为进气圈底面半径,R2为出气圈底面内圆半径,R3为出气圈底面外圆半径。
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