CN108362626A - 一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置 - Google Patents

Abstract

一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，所述装置包括试验桶、渗水量/渗气量测定装置，所述试验桶包括桶体、上盖板、底板和试件安装装置，所述上盖板的中心处设有泄气排水孔，所述泄气排水孔上设有泄气排水阀门；所述试件安装装置包括下压板和试件固定细螺杆，所述下压板的中心处设有圆形渗水/渗气孔，试件安装在所述下压板的圆形渗水/渗气孔上且布置在下压板与上盖板之间，所述上盖板在每个试件安装装置上的试件所对应处分别设有一个出水/气口，所述出水/出气口上设有出水/出气阀门。本发明提供了一种实用性强、准确有效、自动化程度高、操作方便的测定混凝土水、气渗透系数的通用装置。

Description

一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置

技术领域

本发明涉及一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置。

背景技术

目前，我国经济正在高速发展期，混凝土是建筑行业的重要材料，应用广泛。但由于我国有沿海与内陆、南北气候差异等原因，使混凝土的耐久性面临严峻考验。混凝土的渗透性是评价混凝土耐久性的重要指标。因此，研究混凝土等水泥基材料的渗透性，为提高混凝土耐久性提供有力支持，具有重要的战略意义。

我国《混凝土质量控制标准》(GB50164-2011)和中国专利公告号CN101949816A(一种测定塑性混凝土渗透系数的试验方法)都属于半定量法测试混凝土的渗透性，都无法给出定量的混凝土的渗透系数，存在局限性。

中国专利公告号CN103398933A(“恒压混凝土渗透性测试装置”)中公开了恒定压力下混凝土水渗透系数的测试装置。中国专利公告号CN101074912A，(水工混凝土在荷载作用下的渗透性能测试装置及测试方法”)公开了一种荷载作用下水分渗透系数的测定方法。但该方法难以适用于低孔隙率或不同尺寸混凝土等材料的渗透系数测定。

中国专利公告号CN204924809U(水泥基材料渗透系数测定装置)公开了一种水泥基材料渗透系数测定方法及其试验装置，但该方法主要测定一种水泥基材料的水渗透系数，其一次测试试件数量、测量准确性、有效性都有待进一步提高。

发明内容

为了克服现有混凝土渗透性测试装置存在局限性的缺陷，本发明提供了一种实用性强、准确有效、自动化程度高、操作方便的测定混凝土水、气渗透系数的通用装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，所述装置包括试验桶和渗水量/渗气量测定装置，所述试验桶包括桶体、上盖板、底板和试件安装装置，所述桶体的下端固定在所述底板上，所述上盖板通过螺杆和螺母可拆卸的安装在桶体上；所述上盖板的中心处设有泄气排水孔，所述泄气排水孔上设有泄气排水阀门；所述试件安装装置包括一个下压板和至少两根试件固定细螺杆，所述下压板的中心处设有圆形渗水/渗气孔，所述试件固定细螺杆的上端固定在所述上盖板的底部上，试件安装在所述下压板的圆形渗水/渗气孔上且布置在下压板与上盖板之间，所述下压板外周可拆卸的套装在试件固定细螺杆上，通过锁紧螺母套在试件固定细螺杆上将试件锁紧；试件与上盖板之间设有试件上垫圈，所述试件与下压板之间设有试件下垫圈，所述上盖板在每个试件安装装置上的试件所对应处分别设有一个出水/出气口，所述出水/出气口上设有出水/出气阀门；

在每个出水/出气口上分别设有一个渗水量/渗气量测定装置，所述渗水量/渗气量测定装置包括定位圆筒、用于测量水渗透系数的柱状量液管、用于测量气渗透系数的第一气压计和橡皮套，所述定位圆筒焊接在上盖板的出水/出气口上，当测量水渗透系数时，将所述柱状量液管插入定位圆筒中且与定位圆筒连通，保持读数液面水平的同时，通过所述橡皮套将两者套住且密封；当测量气渗透系数时，将所述第一气压计插入定位圆筒中，且通过所述橡皮套将两者套住且密封；

所述桶体的下端上设有用于排水、排气的出口，所述桶体的中部上设有用于进水、进气的进口，所述出口处连接有橡胶管，同时出口处还安装有用于测量桶体内的气压的第二气压计，所述橡胶管的出口端设有阀门C；所述进口分别与供水装置和供气装置连接。

进一步，所述试件安装装置设有三个，三个试件安装装置沿着上盖板的周向均布，所述出水/出气口设有三个，一个出水/出气口对应一个试件安装装置且与下压板上的圆形渗水/渗气孔同轴设置。

再进一步，所述供水装置包括混凝土渗透仪、进水管和阀门A，所述阀门A设置在所述进水管上，所述进水管的左端与所述混凝土渗透仪连接；

所述供气装置包括氮气瓶、进气管和阀门B，所述阀门B安装在所述进气管上，所述进气管的右端与所述氮气瓶连接，所述进气管的左端、进水管的右端通过三通与输送管道的上端连接，所述输送管道的下端与所述桶体上的进口连接。

再进一步，所述试验桶的桶体外壁上还设有四个把手，四个把手沿桶体周向均匀布置，所述把手上套有海绵套垫。

再进一步，所述试件固定细螺杆设置有四个，四个试件固定细螺杆均布在下压板一周上。

再进一步，所述上盖板和底板内表面上均设有一圈环形凹槽，所述环形凹槽内放置有用于密封的橡皮圈。

更进一步，所述桶体内的试验水或试验气的压力范围为：0～5MPa。

本发明的有益效果主要表现在：

首先，本装置可以同时测定三个混凝土试件的渗透系数，三个试件的尺寸还可以根据试验要求选择不同的直径，大大提高了测试的实用性与效率；本发明底部设置排水管；整个装置采用轻质合金材料，内部空间布置合理，减小了装置自重；外壁设有四个把手，可由一人或多人合抬，便于安装与使用；

其次，保证了周围环境的高度一致性，可以更好的控制变量。在相同环境下，可以同时测量同类型试块，提高准确性，减小误差；也可以测量试件在尺寸效应作用下的渗透系数差异；

第三，可以定量测定混凝土的水与气的渗透系数。

附图说明

图1是上盖板俯视图。

图2是上盖板仰视图。

图3是底板俯视图。

图4是底板仰视图。

图5是下压板俯视图

图6是桶体俯视图。

图7是桶体剖面图。

图8是试验装置的A-A断面截面图，其中(a)为ф200mm×200mm圆柱试件测量水渗透系数的截面图，(b)为200mm×100mm×100mm立方体试件的测量气渗透系数截面图。

图9是试验装置的B-B断面截面图。

图10是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进一步描述。

参照图1～图10，一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，所述装置包括试验桶和渗水量/渗气量测定装置，所述试验桶包括桶体14、上盖板5、底板15和试件安装装置，所述桶体14的下端固定在所述底板15上，所述上盖板5通过螺杆17和螺母可拆卸的安装在桶体14上；所述上盖板5的中心处设有泄气排水孔2，所述泄气排水孔2上设有泄气排水阀门20；所述试件安装装置包括一个下压板7和至少两根试件固定细螺杆3，所述下压板7的中心处设有圆形渗水/渗气孔19，所述试件固定细螺杆3的上端固定在所述上盖板5上，试件8安装在所述下压板的圆形渗水/渗气孔19上且布置在下压板7与上盖板5之间，所述下压板7外周可拆卸的套装在试件固定细螺杆3上，通过锁紧螺母套在试件固定细螺杆3上将试件锁紧；试件8与上盖板5之间设有试件上垫圈11，所述试件8与下压板7之间设有试件下垫圈13，所述上盖板5在每个试件安装装置上的试件所对应处分别设有一个出水/出气口4，所述出水/出气口4上设有出水/出气阀门18。

在每个出水/出气口4上分别设有一个渗水量/渗气量测定装置，所述渗水量/渗气量测定装置包括定位圆筒25、用于测量水渗透系数的柱状量液管23、用于测量气渗透系数的第一气压计24和橡皮套16，当测量水渗透系数时，将所述柱状量液管23插入定位圆筒25中且与定位圆筒25连通，保持读数液面水平的同时，通过所述橡皮套16将两者套住且密封；当测量气渗透系数时，将所述柱状量液管23换成第一气压计24，同样通过所述橡皮套16来保证其密闭性；

所述桶体14的下端上设有用于排水、排气的出口21，所述桶体14的中部上设有用于进水、进气的进口22，所述出口21处连接有橡胶管26，，同时出口处还安装有第二气压计，用于测量桶体内的气压，校核氮气瓶提供的压力值，所述橡胶管的出口端设有阀门C29；所述进口22分别与供水装置和供气装置连接。

进一步，所述试件安装装置设有三个，三个试件安装装置沿着上盖板5的周向均布，所述出水/出气口4设有三个，一个出水/出气口对应一个试件安装装置且与下压板7上的圆形渗水/渗气孔19同轴设置。

再进一步，所述供水装置包括混凝土渗透仪30、进水管和阀门A27，所述阀门A27设置在所述进水管上，所述进水管的左端与所述混凝土渗透仪连接。

所述供气装置包括氮气瓶31、进气管和阀门B28，所述阀门B28安装在所述进气管上，所述进气管的右端与所述氮气瓶连接，所述进气管的左端、进水管的右端通过三通与输送管道的上端连接，所述输送管道的下端与所述桶体14上的进口连接。

再进一步，所述试验桶的桶体14外壁上还设有四个把手9，四个把手9沿桶体14周向均匀布置，所述把手9上套有海绵套垫10。

再进一步，所述试件固定细螺杆3设置有四个，四个试件固定细螺杆3均布在下压板7的一周上。

再进一步，所述上盖板5和底板15内表面上均设有一圈环形凹槽6，所述环形凹槽6内放置有用于密封的橡皮圈。

更进一步，所述桶体14内的试验水或试验气的压力范围为：0～5MPa。

本实施例中，试验桶的桶体14、把手9均采用轻质合金材料，下压板7为圆形，可以拆卸；橡皮套16为防水气橡皮套。

如图1、图2、图3和图4所示，所述上盖板5包括顶上设有的十个上盖板螺杆孔1、正中圆心处的有泄气排水孔2、三个出水/出气口4和底面有十二根试件固定细螺杆3；上盖板螺杆孔1直径20mm，所述上盖板5通过十根螺杆17与底板15连接；所述底板15与所述桶体14和所述螺杆17连成一体，可焊接；泄气排水孔2直径10mm，在上盖板桶体正中间，试件固定细螺杆，直径8mm，每个试件四个，共十二个，与上盖板5焊接连接；出水/出气口4的直径为10mm；

如图8所示，三个圆形下压板7分别通过四根试件固定细螺杆3将试件8固定，所述试件固定细螺杆3与所述上盖板5焊接连接，所述下压板7与所述上盖板5之间放置所述试件8，所述下压板7与所述试件8之间以及所述上盖板5与所述试件8之间均设有与试件尺寸适应的垫圈11和13，来确保上下接触面的密闭性；所述试验桶内可以同时进行三个试件8的渗透系数测量，三个下压板7之间设5mm的净距。同时通过调节试件固定细螺杆3的螺母来改变所述的下压板7的位置，以适应不同的试件高度。

所述的渗水量测定装置包括定位圆筒25、柱状量液管23和橡皮套16。将定位圆筒25焊接在上盖板上的出水/出气口4，将柱状量液管23插入定位圆筒25中，即可保持读数液面水平，并通过所述橡皮套16来保证其密闭性。

所述输送管道在桶体侧边，与外接装置相连，如混凝土渗透仪30或氮气瓶31相连。所述试验桶的出口21设计在桶壁底部，外部安装控制阀门C29，并连接一橡胶管26，一孔两用：当进行水渗透系数测定试验时，关闭阀门C29，保证密闭性良好。试验结束后，将所述出口21连接的橡胶管接入实验室排水地槽，即用于排水，便于所述试验桶的拆卸与清洗；所述桶体外侧的轻质材料把手9上套有海绵套垫10，便于筒体搬运。

所述下压板7包括10mm的圆形渗水/渗气孔19。将所述试件8周边进行蜡封处理，放入图8的位置，所述下压板7中心圆形区域直接接触试验桶体内的水或气，用对应的四根所述的试件固定细螺杆3将下压板7和上盖板5固定。

所述上盖板5的直径660mm，厚度10mm，泄气排水孔的直径为10mm，所述桶体的外径580mm，内径540mm，厚度10mm，环形橡皮圈宽度20mm。所述底板15的厚度为10mm，直径660mm，所述上盖板5和底板15内表面均设有一圈环形凹槽6，所述环形凹槽6的外径580mm，内径540mm，宽度为10mm，深度4mm，内置2mm厚上盖板凹槽橡胶圈12，起密封作用。

所述下压板7直径243mm，厚度8mm，圆形渗水/渗气孔的直径为10mm，所述下压板7和所述上盖板5之间的距离为0～200mm，所述下压板7可以通过调整所述试件固定细螺杆3上的螺母改变高度，适应所述的试件的尺寸。所述试件8可以为圆柱体或立方体试件，圆柱体试件其底面直径和高度可以在0-200mm内选择；立方体试件尺寸可以在0-150mm内选择。

最大试样尺寸为ф200mm×200mm或150mm×150mm×150mm；把手上海绵套垫，130mm长，直径20mm，海绵套垫与桶壁之间的间距为100mm，桶体，10mm壁厚，高300mm；上盖板、底板均为10mm厚，螺杆17的直径为20mm。

所述凹槽内橡胶圈和所述密封垫圈均采用5mm厚的高韧度硅胶加工而成。

本发明定量测定混凝土的水与气的渗透系数：

测量水渗透系数时，根据Darcy定律，渗透系数计算公式为：

其中，Q—指定试件内单位时间内透过试件水流量(cm³/s)；

L—试件的厚度(cm)；

A—水流通过试件的总截面积(cm²)；

ΔP—压力差因不考虑出水端压力，此处压力差值即为试验设定的施加水压力(MPa)。

测量气渗透系数时，通过下述公式计算得到：

其中，D—混凝土气体渗透系数,单位为m²；

Pa当地的大气压力,单位为Pa；

P₁、P₂—固定压降段的起始、终结压力值，单位为Pa；

Q—气体流量,单位为m³/s；

L—试样的厚度,单位为m；

μ—气体动力粘度,单位为Pa·s；

A—试样中透气的截面积,单位为m²；

t—测量的透气时间,单位为s；

R—气体普适常数；

T—测试时的环境温度,单位为℃；

V—气体密闭腔的容积,单位为m。

本发明装置的测定步骤如下：

1)试件8预处理：

将所述试件8可以是圆柱体或立方体试件或标准混凝土抗渗试件(上口直径175mm，下口直径185mm，高150mm)。将上下面中心处直径为10mm的圆形区域用透明胶密封，然后将所述试块整体用石蜡密封，密封结束后撕下上下面粘贴的透明胶；

2)试验过程：

将所述的三个密封上垫圈11放入图8的位置，再放入预处理后的三个试件8，然后所述试件8上覆盖所述的下垫圈13。(在保证下压板7圆环中心保证水或气体的接触和侵入情况下，将所述下压板7嵌入对应的四根试件固定细螺杆3，所述下压板7与所述上盖板将试件8用螺母调节，达到夹紧状态。)

水渗透实验时，所述桶体上的进口22接混凝土渗透仪30，利用混凝土渗透仪提供相应水压力，打开阀门A27。通过所述输送管道向所述试验桶体内注水，当所述泄气排水孔2出现有水溢出时停止，关闭泄气排水阀门20，维持水压恒定，根据柱状量液管23单位时间内水柱高度变化计算流量Q。根据相应公式来计算所述试件水渗透系数。

气体渗透系数测定时，在所述出口21接通第二个气压计，用于测量桶体内的气压，校核氮气瓶提供的压力值，所述进口22用不锈钢管接氮气瓶31，打开阀门B28。观察气压计示数变化，当所述筒体内压达到目标气压值时，关闭阀门B28。一段时间之后，观察嵌入定位圆筒25的第一气压计24示数变化，待气压下降速率稳定后，读取P₁、P₂，代入相关参数通过公式计算得气体渗透系数。

3)试验结束处理：水渗透系数试验结束后，关闭混凝土抗渗仪30的水泵，关闭所述阀门A27，待排水结束后拆除所述试件8即可；若是进行气体渗透系数测定，则关闭氮气瓶31的阀门，并关闭所述阀门B28，待泄气结束后，拆除所述试件8。

本发明装置可以同时测定三个试件、不同孔隙率的混凝土水和气的渗透系数。通过控制变量法，使测试更高效，更准确。

Claims (7)

1.一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，其特征在于：所述装置包括试验桶和渗水量/渗气量测定装置，所述试验桶包括桶体、上盖板、底板和试件安装装置，所述桶体的下端固定在所述底板上，所述上盖板通过螺杆和螺母可拆卸的安装在桶体上；所述上盖板的中心处设有泄气排水孔，所述泄气排水孔上设有泄气排水阀门；所述试件安装装置包括一个下压板和至少两根试件固定细螺杆，所述下压板的中心处设有圆形渗水/渗气孔，所述试件固定细螺杆的上端固定在所述上盖板的底部上，试件安装在所述下压板的圆形渗水/渗气孔上且布置在下压板与上盖板之间，所述下压板外周可拆卸的套装在试件固定细螺杆上，通过锁紧螺母套在试件固定细螺杆上将试件锁紧；试件与上盖板之间设有试件上垫圈，所述试件与下压板之间设有试件下垫圈，所述上盖板在每个试件安装装置上的试件所对应处分别设有一个出水/出气口，所述出水/出气口上设有出水/出气阀门；

在每个出水/出气口上分别设有一个渗水量/渗气量测定装置，所述渗水量/渗气量测定装置包括定位圆筒、用于测量水渗透系数的柱状量液管、用于测量气渗透系数的第一气压计和橡皮套，所述定位圆筒与焊接在上盖板的出水/出气口上，当测量水渗透系数时，将所述柱状量液管插入定位圆筒中且与定位圆筒连通，保持读数液面水平的同时，通过所述橡皮套将两者套住且密封；当测量气渗透系数时，将所述第一气压计插入定位圆筒中，且通过所述橡皮套将两者套住且密封；

所述桶体的下端上设有用于排水、排气的出口，所述桶体的中部上设有用于进水、进气的进口，所述出口处连接有橡胶管，同时出口处还安装有用于测量桶体内的气压的第二气压计，所述橡胶管的出口端设有阀门C；所述进口分别与供水装置和供气装置连接。

2.如权利要求1所述的一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，其特征在于：所述试件安装装置设有三个，三个试件安装装置沿着上盖板的周向均布，所述出水/出气口设有三个，一个出水/出气口对应一个试件安装装置且与下压板上的圆形渗水/渗气孔同轴设置。

3.如权利要求1或2所述的一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，其特征在于：所述供水装置包括混凝土渗透仪、进水管和阀门A，所述阀门A设置在所述进水管上，所述进水管的左端与所述混凝土渗透仪连接；

所述供气装置包括氮气瓶、进气管和阀门B，所述阀门B安装在所述进气管上，所述进气管的右端与所述氮气瓶连接，所述进气管的左端、进水管的右端通过三通与输送管道的上端连接，所述输送管道的下端与所述桶体上的进口连接。

4.如权利要求1或2所述的一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，其特征在于：所述试验桶的桶体外壁上还设有四个把手，四个把手沿桶体周向均匀布置，所述把手上套有海绵套垫。

5.如权利要求1或2所述的一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，其特征在于：所述试件固定细螺杆设置有四个，四个试件固定细螺杆均布在下压板一周上。

6.如权利要求1或2所述的一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，其特征在于：所述上盖板和底板内表面上均设有一圈环形凹槽，所述环形凹槽内放置有用于密封的橡皮圈。

7.如权利要求1或2所述的一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置，其特征在于：所述桶体内的试验水或试验气的压力范围为：0～5MPa。