CN105547968B - 一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器，包括压力容器、混凝土墙体和自锁式稳压机构，所述压力容器贴于混凝土墙体设置，随着所述压力容器内的水扩散渗入混凝土墙体，通过与压力容器连接的自锁式稳压机构使压力容器内部的压强维持初始设定值，所述混凝土墙体内设置有水敏传感器。本发明能够对现场任意的混凝土墙体进行任意水压的抗渗测试。

Description

一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器及其测试方法
技术领域
本发明涉及混凝土抗渗性能测试仪器及方法，尤其是一种通过表层扩散原理和稳压机构可对现场混凝土墙体进行抗渗性能测试的仪器及方法。
背景技术
混凝土是人类建筑业的伟大发明，自硅酸盐水泥的发明(1824年)始，距今已有190多年的历史，在这190多年中，混凝土对社会发展和人类文明发挥了重要的推动作用。现代建筑物基本都是钢筋混凝土构造，某种程度上，混凝土的用量和比例已经成为现代化程度的重要标志。
混凝土以其优越的工作性能和耐久性广泛应用于工业与民用建筑中，在农田水利、给排水工程、道路桥梁、高速铁路、核电工程和人防工程等领域也得到了广泛应用。
耐久性是混凝土最为重要的性能指标，混凝土的其他性能如抗裂性、收缩性、抗压强度、抗冻性、抗腐蚀性、耐磨性、后期强度等均和耐久性密切相关。混凝土发明初期，人们普遍关注混凝土的强度，而对耐久性认识不足。20世纪30年代，人们发现大型水利工程交付使用后普遍难以达到设计寿命，大量建筑时间不长即需要更换修复，由此开始关注碱集料反应、海水侵蚀、淡水溶蚀、硫酸盐侵蚀、碳化、钢筋锈蚀、冻融等非力学破坏行为对混凝土耐久性的影响。混凝土耐久性不足造成的损失远远超过人们的预想，而且这种损失一直呈日益上升之势。日本新干线使用不到十年，就出现大面积混凝土开裂，剥蚀现象。在我国，资料显示，桥梁中混凝土达不到设计年限的达九千多座，仅此一项维修费用就高达40亿元。
混凝土耐久性可采用抗冻性、抗渗性、抗碳化侵蚀性、抗氯盐侵蚀性、抗磨性等评定，上述性质基本上都与混凝土的密实性直接相关，混凝土密实性决定了混凝土的渗透性。混凝土渗透性是指液体、气体或离子受压力、化学势或电场作用在混凝土中的渗透、扩散或迁移的难易程度。渗透性是决定混凝土耐久性的一个重要因素。一般而言，渗透性低的混凝土其耐久性也比较好。
为了对混凝土的渗透性进行有效的测试分析，上世纪90年代开始，众多的机构和学者先后参与了混凝土渗透性的研究工作中，1990年，多伦多大学R.H.Mills首次针对加拿大第一个核电站研究了高温、高辐射环境下混凝土的透气、渗水、离子渗透性能研究，以便为原子能工业混凝土设计标准和质量保证等提供依据；1992年美国陆军工程队发布了渗透性能CRD-C混凝土渗水性能测试方法；1995年埃及艾因·夏姆斯大学A.S.EiDieb等人使用三轴压力室进行了高性能混凝土抗渗性能测量；1996年，美国东北大学Kejin Wang等在美国国家科学基金支持下开展了混凝土抗渗性能的研究；2010年，新加坡国立大学X.Liu和M.-H.Zhang高性能混凝土的抗渗性能研究。在测试仪器装置方面，1989年，英国拉夫堡大学Raymond Walker Hudd BSc博士首次系统地进行了水、离子、气体渗透的实验研究，并提出了抗渗性能测试的装置原型，该原型架构一直沿用至今；1999年，日本八户技术学院masamiSHOYA教授等人研制了采用储水胶囊维持渗透压力的混凝土表层渗水率现场快速测量仪器，该仪器重量仅为700g，测试时间仅为2h；2000年A.I.Cark基于ISO/DIS 7031研制了Germanns Water permeability Test(GWT)测试仪；2003年，马来西亚KUiTTHO(敦胡先翁工艺学院)Y.L.Lee基于ISO/DIS 7031开发了一种以混凝土耐久性能为指标的抗渗测试仪；2004印度Hemant Kumar Bhagoria采用水气混合压力法研制了简易有效的混凝土渗水率测量仪。
我国在混凝土渗透性能方面的研究较晚，但成绩斐然。2001年，同济大学王中平等人研制出一种气体渗透测试装置，其结果优于Cembureau法，2010年，清华大学路新瀛教授提出了NEL快速测定法，该方法基于离子扩散和电迁移，大大缩短了实验时间，2010年，江苏金德公司针对试件密封问题和混凝土试块制作问题提出了独创的压板式试块腻封方法，并获得国家发明专利，此外，深圳大学和广西大学等也在混凝土渗透性能方面开展了大量卓有成效的研究工作。
混凝土渗透性通常用抗渗性能进行评价，测量方法主要包括：透水法、离子渗透法和透气法。其中，透水法包括稳定流动法(适合高渗透性混凝土，测量过程存在很大误差，一般在低流速下测量)、渗透深度法(适合低渗透性混凝土，实测误差较大)和抗渗标号法(简单、直观在建筑领域广泛使用。测试时间长，渗透与渗透时间有关)；离子渗透法包括直流电量法(快速大致反映混凝土的渗透性，但需使用60V高压，溶液温度升高，数据易被干扰，测量值是总体离子运动结果)、氯池浸泡法(与实际情况相似，但更适用高渗性混凝土，不足之处在于所需时间太长，一般至少需要几十天，不合低渗透性混凝土)、RCM法(可定量评价混凝土抵抗氯离子扩散的能力，离子浓度和温度变化会影响测量结果)和NEL法(采用电阻技术测试迅速、操作简单，测试电压较低低，时间较短，可避免混凝土被加热。不足之处在于难于达到完全饱和，孔溶液离子会影响测量结果)等。一般而言，抗氯化物渗透性好，往往就意味着抗水及抗气体渗透性好。
透气法是混凝土表面承受一定CO2压力后，透过毛细孔渗入混凝土内部，使混凝土表层一定厚度范围内形成压力增量,从而据此计算出混凝土的透气性系数。该方法快捷方便,适合现场测试，但试件需要在测试前烘干至恒重，并给试样施加稳定气压，不足之处在于干燥温度过高或过低均易导致实验结果失真，此外，该方法也不适合于掺硅灰混凝土的渗透性测试。
我国工程建设领域目前实行工程建设监理制，在推行工程公司总承包制的环境下，如何控制混凝土质量，就成为质量控制中一项极其重要的工作。由于错综复杂的利益关系，建筑领域经常发生监理机构监管缺位，而施工单位有特别精心于偷工减料的情况，为了无节制地降低工程成本，最大限度地攫取工程利润，施工方极可能出现送检样品质量很好而实际施工中却是另外一种情况，使得抗渗测试流于形式，失去了抗渗性能测试的意义和价值。要杜绝送检样品的弄虚作假，最好的办法是把测试服务搬到混凝土施工现场，用便携式仪器设备对建筑物上混凝土进行直接测试。
本发明正是在上述背景下提出的一种能够现场对任意的混凝土墙体进行抗渗性测试的方法及仪器，以杜绝虚假测试现象，为建筑、水利、高铁、人防和核电工程等领域的发展做出贡献。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器及其测试方法，能够对现场任意的混凝土墙体进行任意水压的抗渗测试。
技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器，包括压力容器、混凝土墙体和自锁式稳压机构，所述压力容器贴于混凝土墙体设置，随着所述压力容器内的水扩散渗入混凝土墙体，通过与压力容器连接的自锁式稳压机构使压力容器内部的压强维持初始设定值，所述混凝土墙体内设置有水敏传感器。
进一步的，所述压力容器包括容器本体，所述容器本体上设置有注水管，所述注水管设置有阀门，所述容器本体通过固定机构贴紧设置在在混凝土墙体，所述固定机构与混凝土墙体之间通过密封垫片密封。
进一步的，还包括压力表和密封机构，所述压力表与容器本体连接；所述密封机构配合密封垫片将容器本体密封设置在混凝土墙体上。
进一步的，所述自锁式稳压机构包括活塞、第一推杆、弹簧、第二推杆、推杆固定基座、凸轮、可调螺母、第四推杆和第三推杆，所述活塞设置在压力容器侧壁并与之连通，所述活塞通过第一推杆与弹簧一端水平连接，所述弹簧另一端与第二推杆一端连接，所述第二推杆与推杆固定基座限位贯穿设置，所述第二推杆另一端通过可调螺母与凸轮压紧接触作用；所述第三推杆一端与凸轮呈一体设置，所述第三推杆的另一端与第四推杆铰接，所述第四推杆与第一推杆铰接；所述凸轮可旋转设置在凸轮固定基座上，所述推杆固定基座和凸轮固定基座相对压力容器呈一体化设置。
一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器的测试方法，将压力容器贴于混凝土墙体表面固定设置，通过高压水泵和注水管往压力容器内注水，使压力容器内部压强从0MPa逐渐上升至设定压强，关闭阀门；调节自锁式稳压机构的弹簧至旋紧状态，随着水渗入混凝土墙体，并慢慢扩散，压力容器内的水压通过自锁式稳压机构维持设定压强，所述混凝土墙体内的水敏传感器测试在特定水压下水在混凝土墙体内的扩散时间，进而形成该混凝土的基础数据。
进一步的，所述自锁式稳压机构维持压力容器内部设定压强的工作如下：测试时，通过可调螺母将凸轮将弹簧顶紧，保持活塞内外压力平衡，随着水慢慢扩散至混凝土墙体，压力容器内的水压减小，此时活塞内外平衡打破；由于凸轮与弹簧顶紧设置，弹簧作用第一推杆向压力容器一侧运动，弹簧的压力下降，此时，第一推杆通过第四推杆和第三推杆带动凸轮旋转，所述凸轮使得第二推杆向压力容器一侧滑移，弹簧最终处于压紧状态，活塞内外两侧压力重新达到平衡。
有益效果：本发明可克服现有抗渗测试仪只能对送检的标准试件进行测试的不足，从而开创混凝土墙体现场测试、抽检的新纪元，以杜绝送检、使用产品不统一问题，对混凝土测试应用领域具有广阔的市场前景。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1，一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器，包括压力容器1、混凝土墙体7和自锁式稳压机构8，所述压力容器1贴于混凝土墙体7设置，随着所述压力容器1内的水扩散渗入混凝土墙体7，通过与压力容器1连接的自锁式稳压机构8使压力容器1内部的压强维持初始设定值，所述混凝土墙体7内设置有水敏传感器。
所述压力容器1包括容器本体，所述容器本体上设置有注水管3，所述注水管3设置有阀门4，所述容器本体通过固定机构6贴紧设置在在混凝土墙体7，所述固定机构6与混凝土墙体7之间通过密封垫片密封。还包括压力表5和密封机构2，所述压力表与容器本体连接，时刻可以查看密封容器1内部的压强；所述密封机构2配合密封垫片将容器本体密封设置在混凝土墙体7上。
所述自锁式稳压机构8包括活塞9、第一推杆10、弹簧11、第二推杆12、推杆固定基座13、凸轮15、可调螺母16、第四推杆18和第三推杆17，所述活塞9设置在压力容器1侧壁并与之连通，所述活塞9通过第一推杆10与弹簧11一端水平连接，所述弹簧11另一端与第二推杆12一端连接，所述第二推杆12与推杆固定基座13限位贯穿设置，所述第二推杆12另一端通过可调螺母16与凸轮15压紧接触作用；所述第三推杆17一端与凸轮呈一体设置，所述第三推杆17的另一端与第四推杆18铰接，所述第四推杆18与第一推杆10铰接；所述凸轮15可旋转设置在凸轮固定基座14上，所述推杆固定基座13和凸轮固定基座14相对压力容器1呈一体化设置。
一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器的测试方法，将压力容器1贴于混凝土墙体7表面固定设置，通过高压水泵和注水管3往压力容器1内注水，使压力容器1内部压强从0MPa逐渐上升至设定压强，关闭阀门4；调节自锁式稳压机构8的弹簧11至旋紧状态，随着水渗入混凝土墙体7，并慢慢扩散，压力容器1内的水压通过自锁式稳压机构8维持设定压强，所述混凝土墙体7内的水敏传感器测试在特定水压下水在混凝土墙体7内的扩散时间，进而形成该类型混凝土的基础数据，此处混凝土墙体7并非固定的标准试件，可以是现场任意混凝土平面。
所述自锁式稳压机构8维持压力容器1内部设定压强的工作如下：测试时，设定好密封容器1内部水压，通过可调螺母16将凸轮15将弹簧11顶紧，保持活塞9内外压力平衡，随着水慢慢扩散至混凝土墙体7，压力容器1内的水压减小，此时活塞9内外平衡打破；由于凸轮15与弹簧11顶紧设置，弹簧11作用第一推杆10向压力容器1一侧运动，弹簧11的压力下降，此时，第一推杆10通过第四推杆18和第三推杆17带动凸轮15旋转，所述凸轮15使得第二推杆12向压力容器1一侧滑移，弹簧11最终处于压紧状态，活塞9内外两侧压力重新达到平衡。
本发明为原创性、具有自主知识产权的抗渗测试方法及仪器，可克服现有抗渗测试仪只能对送检的标准试件进行测试的不足，从而开创混凝土墙体现场测试、抽检的新纪元，以杜绝送检、使用产品不统一问题，对混凝土测试应用领域具有广阔的市场前景。

Claims (5)

1.一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器，包括压力容器(1)、混凝土墙体(7)和自锁式稳压机构(8)，所述压力容器(1)贴于混凝土墙体(7)设置，随着所述压力容器(1)内的水扩散渗入混凝土墙体(7)，通过与压力容器(1)连接的自锁式稳压机构(8)使压力容器(1)内部的压强维持初始设定值，所述混凝土墙体(7)内设置有水敏传感器；其特征在于：所述自锁式稳压机构(8)包括活塞(9)、第一推杆(10)、弹簧(11)、第二推杆(12)、推杆固定基座(13)、凸轮(15)、可调螺母(16)、第四推杆(18)和第三推杆(17)，所述活塞(9)设置在压力容器(1)侧壁并与之连通，所述活塞(9)通过第一推杆(10)与弹簧(11)一端水平连接，所述弹簧(11)另一端与第二推杆(12)一端连接，所述第二推杆(12)与推杆固定基座(13)限位贯穿设置，所述第二推杆(12)另一端通过可调螺母(16)与凸轮(15)压紧接触作用；所述第三推杆(17)一端与凸轮呈一体设置，所述第三推杆(17)的另一端与第四推杆(18)铰接，所述第四推杆(18)与第一推杆(10)铰接；所述凸轮(15)可旋转设置在凸轮固定基座(14)上，所述推杆固定基座(13)和凸轮固定基座(14)相对压力容器(1)呈一体化设置。
2.根据权利要求1所述一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器，其特征在于：所述压力容器(1)包括容器本体，所述容器本体上设置有注水管(3)，所述注水管(3)设置有阀门(4)，所述容器本体通过固定机构(6)贴紧设置在混凝土墙体(7)，所述固定机构(6)与混凝土墙体(7)之间通过密封垫片密封。
3.根据权利要求2所述一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器，其特征在于：还包括压力表(5)和密封机构(2)，所述压力表与容器本体连接；所述密封机构(2)配合密封垫片将容器本体密封设置在混凝土墙体(7)上。
4.一种基于权利要求2所述扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器的测试方法，其特征在于：将压力容器(1)贴于混凝土墙体(7)表面固定设置，通过高压水泵和注水管(3)往压力容器(1)内注水，使压力容器(1)内部压强从0MPa逐渐上升至设定压强，关闭阀门(4)；调节自锁式稳压机构(8)的弹簧(11)至旋紧状态，随着水渗入混凝土墙体(7)，并慢慢扩散，压力容器(1)内的水压通过自锁式稳压机构(8)维持设定压强，所述混凝土墙体(7)内的水敏传感器测试在特定水压下水在混凝土墙体(7)内的扩散时间，进而形成该混凝土的基础数据。
5.根据权利要求4所述一种扩散型混凝土表层抗渗性能测试仪器的测试方法，其特征在于：所述自锁式稳压机构(8)维持压力容器(1)内部设定压强的工作如下：测试时，通过可调螺母(16)将凸轮(15)将弹簧(11)顶紧，保持活塞(9)内外压力平衡，随着水慢慢扩散至混凝土墙体(7)，压力容器(1)内的水压减小，此时活塞(9) 内外平衡打破；由于凸轮(15)与弹簧(11)顶紧设置，弹簧(11)作用第一推杆(10)向压力容器(1)一侧运动，弹簧(11)的压力下降，此时，第一推杆(10)通过第四推杆(18)和第三推杆(17)带动凸轮(15)旋转，所述凸轮(15)使得第二推杆(12)向压力容器(1)一侧滑移，弹簧(11 )最终处于压紧状态，活塞(9)内外两侧压力重新达到平衡。
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