CN108535136A - 一种混凝土气体渗透性测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土气体渗透性测试装置及方法，装置包括测试箱、用于固定混凝土试件的弹性密封圈、加压泵和压力罐，弹性密封圈环设在测试箱内壁上，弹性密封圈内开设有与之同轴的环形空腔；混凝土试件适配安装在弹性密封圈内并将测试箱内腔分隔成相互独立的第一腔体和第二腔体，所述加压泵通过第一管路与所述弹性密封圈连接并与所述环形空腔连通，所述压力罐通过第二管路与所述第一腔体连接并连通，所述第二腔体与大气连通。本发明避免混凝土试件和弹性密封圈之间形成有缝隙，当通过压力罐向混凝土试件下方的第一腔体内通入惰性气体时，可使第一腔体内的惰性气体只能通过混凝土试件单向渗透到外界大气中，测量过程简单，结果准确度较高。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土测试技术领域，具体涉及一种混凝土气体渗透性测试 装置及方法。
背景技术
混凝土的渗透性直接影响混凝土的耐久性能，混凝土耐久性能的劣化， 本质上是由于环境中的腐蚀介质通过孔隙或微裂缝等传输通道进入混凝土 内部引发的，混凝土的抗渗透能力决定了侵蚀性介质在混凝土内部传输的难 易程度，因此，混凝土的抗渗透性能公认为是混凝土耐久性能的重要评价指 标。混凝土渗透性的测试方法目前有水渗透法、离子渗透法和气体渗透法。 克罗地亚学者Calogovic提出了以时间为变量的气压差值法，此方法的原理 为在密闭容器内施加不同于环境的压力，通过测定一定时间内容器内压力变化值，进而求出混凝土抗渗系数。该方法的最主要的优点在于不需要测量气 体流量，只需要测量气压变化率，简化了测试程序。因此，该方法更有利于 工程现场对混凝土透气性能进行测试，目前气压差值法被较多研究者采用。 但是现有的气压差值测量方法和装置结构复杂，测量误差较大，不能很好的 评价混凝土抗渗系数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种混凝土气 体渗透性测试装置及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种混凝土气体渗透性测试 装置，包括测试箱、用于固定混凝土试件的弹性密封圈、加压泵和压力罐， 所述弹性密封圈环设在测试箱内壁上，所述弹性密封圈内开设有与之同轴的 环形空腔；所述混凝土试件适配安装在所述弹性密封圈内并将所述测试箱内 腔分隔成相互独立的第一腔体和第二腔体，所述加压泵通过第一管路与所述 弹性密封圈连接并与所述环形空腔连通，所述压力罐通过第二管路与所述第 一腔体连接并连通，所述第二腔体与大气连通。
本发明的有益效果是：本发明通过在测试箱内安装弹性密封圈，可将混 凝土试件安装在弹性密封圈内，并通过加压泵对弹性密封圈内的环形空腔进 行加压，进而使弹性密封圈的内环壁挤紧混凝土试件的周侧边沿，避免混凝 土试件和弹性密封圈之间形成有缝隙，当通过压力罐向混凝土试件下方的第 一腔体内通入惰性气体时，可使第一腔体内的惰性气体只能通过混凝土试件 单向渗透到外界大气中，测量过程简单，结果准确度较高；通过将第二腔体 与大气连通，可保证第一腔体的渗透更加均匀稳定。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述测试箱包括箱体和压盖，所述箱体上端敞口，所述压盖盖 设在所述箱体的敞口端；所述弹性密封圈环设在所述箱体的内侧壁上，所述 第二腔体位于所述混凝土试件与所述压盖之间。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过将箱体上端设置为敞口并盖设 一压盖，方便拆装。
进一步，所述箱体上端的内侧壁上开设有一环形台阶，所述弹性密封圈 固定在所述环形台阶上；或所述箱体的内侧壁上沿其周向开设有一环形凹 槽，所述弹性密封圈固定在所述环形凹槽内。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在箱体上端内侧壁上开设一环 形台阶或环形凹槽，并将弹性密封圈固定在环形台阶上，一方面方便弹性密 封圈的安装定位，另一方面也方便在弹性密封圈内安装混凝土试件。
进一步，所述测试箱和所述弹性密封圈均为若干个，所述第一管路上连 接有多个第一支路，若干所述第一支路与若干所述弹性密封圈内的环形空腔 一一对应连接且连通；所述第二管路上连接有若干第二支路，若干所述第二 支路与若干所述第一腔体一一对应连接且连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置若干个测试箱和弹性密封 圈，并在第一管路和第二管路上分别设置若干支路，可分别对测试箱和弹性 密封圈进行控制，方便同时对多个混凝土试件进行气体渗透性测试。
进一步，所述加压泵上安装有第一压力调节阀，所述第一管路上靠近所 述加压泵的位置安装有进气压力测试表，所述第一管路的每个第一支路上均 安装有第一流量开关阀。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在加压泵上安装第一压力调节 阀，并在第一管路上靠近加压泵的位置安装压力测试表，方便对加压泵的进 气压力进行调整，并能够同时检测进气压力的大小；通过在第一管路的每个 支路上都安装第一流量开关阀，方便对各个第一支路上的气压进行调整时， 不会影响其它支路。
进一步，所述第二管路的每个第二支路上均安装有第二流量开关阀和第 二压力调节阀。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在每个第二支路上都设置第二 流量开关阀和第二压力调节阀，可对每个第二支路上的进气流量和进气压力 进行检测控制，使得测试箱的进气更加稳定，误差小。
进一步，所述测试箱上安装有用于测量所述第一腔体内压力的第一压力 表和用于测量所述第二腔体内压力的第二压力表。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在测试箱上安装第一压力表和 第二压力表，可分别对第一腔体内的压力和第二腔体内的压力进行测量记 录，避免压力误差过大而影响测量结果。
进一步，所述弹性密封圈采用橡胶材质制成。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用橡胶材质制成弹性密封圈，原 料来源广泛，容易获得。
一种采用上述的测试装置对混凝土试件渗透性进行测试的方法，包括以 下步骤：
S1，将混凝土试件装入弹性密封圈内，通过加压泵向弹性密封圈的环形 空腔内加围压，使弹性密封圈的内环壁压紧所述混凝土试件的周侧边沿；
S2，将储存在压力罐内的惰性气体按预设的进气压力Pi通入到所述第一 腔体内，使第一腔体内的惰性气体以单向渗透的方式通过混凝土试件并进入 到第二腔体内；
S3，待所述进气压力稳定后，停止进气；
S4，经过Δt时间后，记录第一腔体内的气压Pf；
S5，根据所述气压变化计算获得所述混凝土试件的渗透系数。
本发明的方法的有益效果是：本发明的方法，通过加压泵向弹性密封圈 的环形空腔内加围压，来将混凝土试件压紧在弹性密封圈的内环壁上，避免 在测量过程中出现漏气现象，保证了第一腔体内的惰性气体以单向渗透的方 式通过混凝土试件并进入到第二腔体内，测量过程更加简单，测量结果更加 精确可靠。
进一步，所述渗透系数的计算包括以下步骤：
S11，计算所述惰性气体的平均进气压Pm，Pm＝Pi-Δpi/2＝(Pi+Pf)/2，其 中，Δpi＝Pi-Pf；
S12，根据所述平均进气压计算所述第一腔体内的气体流量Qm， Qm＝VrΔpi/PmΔt；
其中，Vr为第一腔体的体积，单位为m3；
S13，根据所述气体流量计算所述混凝土试件的渗透系数K， K＝μQm2LPm/A(Pm 2-Pa 2)；
其中，μ为惰性气体的粘滞系数(氩气为2.2×10-5(Pa·S))；
L为混凝土试件的厚度，单位为m；
A为混凝土试件的横截面面积，单位为m2；
Pa为大气压力，单位为Pa。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用上述方法计算得到混凝土试件 的渗透系数，更加精确可靠。
附图说明
图1为本发明测试装置的结构示意图；
图2为图1中A部的放大结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、测试箱；11、箱体；12、压盖；13、第一腔体；14、第二腔体；15、 环形台阶；16、第一压力表；17、第二压力表；2、弹性密封圈；21、环形 空腔；3、第一管路；31、第一支路；32、进气压力测试表；33、第一流量 开关阀；4、第二管路；41、第二支路；42、第二流量开关阀；43、第二压 力调节阀；5、加压泵；6、压力罐；7、混凝土试件；8、安装台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释 本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种混凝土气体渗透性测试装置，包括测试箱1、用于固 定混凝土试件7的弹性密封圈2、加压泵5和压力罐6，所述弹性密封圈2 环设在测试箱1内壁上，所述弹性密封圈2内开设有与之同轴的环形空腔21； 所述混凝土试件7适配安装在所述弹性密封圈2内并将所述测试箱1内腔分 隔成相互独立的第一腔体13和第二腔体14，所述加压泵5通过第一管路3 与所述弹性密封圈2连接并与所述环形空腔21连通，所述压力罐6通过第 二管路4与所述第一腔体13连接并连通，所述第二腔体14与大气连通。本 实施例通过在测试箱内安装弹性密封圈，可将混凝土试件安装在弹性密封圈 内，并通过加压泵对弹性密封圈内的环形空腔进行加压，进而使弹性密封圈 的内环壁挤紧混凝土试件的周侧边沿，避免混凝土试件和弹性密封圈之间形 成有缝隙，当通过压力罐向混凝土试件下方的第一腔体内通入惰性气体时， 可使第一腔体内的惰性气体只能通过混凝土试件单向渗透到外界大气中，测 量过程简单，结果准确度较高；通过将第二腔体与大气连通，可保证第一腔 体的渗透更加均匀稳定。
如图1所示，本实施例的所述测试箱1包括箱体11和压盖12，所述箱 体11上端敞口，所述压盖12盖设在所述箱体11的敞口端；所述弹性密封 圈2环设在所述箱体11的内侧壁上，所述第二腔体14位于所述混凝土试件 7与所述压盖12之间。通过将箱体上端设置为敞口并盖设一压盖，方便拆装。
如图2所示，本实施例的压盖12内侧向里凹陷形成所述第二腔体14。
如图2所示，本实施例的所述箱体11上端的内侧壁上开设有一环形台 阶15，所述弹性密封圈2固定在所述环形台阶15上；或所述箱体11的内侧 壁上沿其周向开设有一环形凹槽，所述弹性密封圈2固定在所述环形凹槽内。 通过在箱体上端内侧壁上开设一环形台阶或环形凹槽，并将弹性密封圈固定 在环形台阶上，一方面方便弹性密封圈的安装定位，另一方面也方便在弹性 密封圈内安装混凝土试件。
如图1所示，本实施例的所述测试箱1和所述弹性密封圈2均为若干个 (若干所述弹性密封圈2一一对应的安装在若干所述测试箱1内)，所述第 一管路3上连接有多个第一支路31，若干所述第一支路31与若干所述弹性 密封圈2内的环形空腔21一一对应连接且连通；所述第二管路4上连接有 若干第二支路41，若干所述第二支路41与若干所述第一腔体13一一对应连 接且连通。通过设置若干个测试箱和弹性密封圈，并在第一管路和第二管路上分别设置若干支路，可分别对测试箱和弹性密封圈进行控制，方便同时对 多个混凝土试件进行气体渗透性测试。
如图1所示，本实施例的测试箱1和弹性密封圈2均优选设置为3个， 且一一对应布置。
如图1和图2所示，本实施例的所述加压泵5上安装有第一压力调节阀， 所述第一管路3上靠近所述加压泵5的位置安装有进气压力测试表32，所述 第一管路3的每个第一支路31上均安装有第一流量开关阀33。通过在加压 泵上安装第一压力调节阀，并在第一管路上靠近加压泵的位置安装压力测试 表，方便对加压泵的进气压力进行调整，并能够同时检测进气压力的大小； 通过在第一管路的每个支路上都安装第一流量开关阀，方便对各个第一支路 上的气压进行调整时，不会影响其它支路。如图1和图2所示，本实施例的 所述第二管路4的每个第二支路41上均安装有第二流量开关阀42和第二压 力调节阀43。通过在每个第二支路上都设置第二流量开关阀和第二压力调节 阀，可对每个第二支路上的进气流量和进气压力进行检测控制，使得测试箱 的进气更加稳定，误差小。
如图1和图2所示，本实施例的所述测试箱1上安装有用于测量所述第 一腔体13内压力的第一压力表16和用于测量所述第二腔体14内压力的第 二压力表17。通过在测试箱上安装第一压力表和第二压力表，可分别对第一 腔体内的压力和第二腔体内的压力进行测量记录，避免压力误差过大而影响 测量结果。
本实施例的所述弹性密封圈2采用橡胶材质制成。采用橡胶材质制成弹 性密封圈，原料来源广泛，容易获得。
本实施例的混凝土气体渗透性测试装置的测试箱1都安装在一安装台8 上，各个管路也都从安装台8下方穿过，加压泵5和压力罐6都设置在安装 台8的一侧。
本实施例的混凝土气体渗透性测试装置的工作原理为，先通过压力泵向 弹性密封圈上的环形空腔内加围压，围压的大小可通过压力泵上的第一压力 调节阀进行调整，使安装在弹性密封圈内的混凝土试件压紧固定在弹性密封 圈内，混凝土试件与弹性密封圈之间不存在缝隙，然后将储存在压力罐内的 氩气按照预定的进气压力(进气压力可以通过进气压力测试表进行调整)向 测试箱内输入；围压的存在是为了确保当通过压力罐向测试箱内输入惰性气 体时，气体能够以单向渗透的方式通过混凝土试件；待进气压力稳定后，关 闭进气阀门，在预设时间内观察气压下降到某一数值，然后计算混凝土试件 的渗透系数。
实施例2
一种采用实施例1的测试装置对混凝土试件渗透性进行测试的方法，包 括以下步骤：
S1，将混凝土试件装入弹性密封圈内，通过加压泵向弹性密封圈的环形 空腔内加围压，使弹性密封圈的内环壁压紧所述混凝土试件的周侧边沿；
S2，将储存在压力罐内的惰性气体按预设的进气压力Pi通入到所述第一 腔体内，使第一腔体内的惰性气体以单向渗透的方式通过混凝土试件并进入 到第二腔体内；
S3，待所述进气压力稳定后，停止进气；
S4，经过Δt时间后，记录第一腔体内的气压Pf；
S5，根据所述气压变化计算获得所述混凝土试件的渗透系数。
所述渗透系数的计算包括以下步骤：
S11，计算所述惰性气体的平均进气压Pm，Pm＝Pi-Δpi/2＝(Pi+Pf)/2，其 中，Δpi＝Pi-Pf；
S12，根据所述平均进气压计算所述第一腔体内的气体流量Qm， Qm＝VrΔpi/PmΔt；
其中，Vr为第一腔体的体积，单位为m3；
S13，根据所述气体流量计算所述混凝土试件的渗透系数K， K＝μQm2LPm/A(Pm 2-Pa 2)；
其中，μ为惰性气体的粘滞系数(氩气为2.2×10-5(Pa·S))；
L为混凝土试件的厚度，单位为m；
A为混凝土试件的横截面面积，单位为m2；
Pa为大气压力，单位为Pa。
本实施例的方法，通过加压泵向弹性密封圈的环形空腔内加围压，来将 混凝土试件压紧在弹性密封圈的内环壁上，避免在测量过程中出现漏气现 象，保证了第一腔体内的惰性气体以单向渗透的方式通过混凝土试件并进入 到第二腔体内，测量过程更加简单，测量结果更加精确可靠。采用上述方法 计算得到混凝土试件的渗透系数，更加精确可靠。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长 度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水 平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向” 等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于 描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定 的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示 相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、 “第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述 中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限 定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、 “固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通 过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关 系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体 情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上” 或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介 间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一 特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第 二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在 第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特 征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说 明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而 且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示 例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员 可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征 进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施 例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发 明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种混凝土气体渗透性测试装置，其特征在于，包括测试箱、用于固定混凝土试件的弹性密封圈、加压泵和压力罐，所述弹性密封圈环设在测试箱内壁上，所述弹性密封圈内开设有与之同轴的环形空腔；所述混凝土试件适配安装在所述弹性密封圈内并将所述测试箱内腔分隔成相互独立的第一腔体和第二腔体，所述加压泵通过第一管路与所述弹性密封圈连接并与所述环形空腔连通，所述压力罐通过第二管路与所述第一腔体连接并连通，所述第二腔体与大气连通。
2.根据权利要求1所述一种混凝土气体渗透性测试装置，其特征在于，所述测试箱包括箱体和压盖，所述箱体上端敞口，所述压盖盖设在所述箱体的敞口端；所述弹性密封圈环设在所述箱体的内侧壁上，所述第二腔体位于所述混凝土试件与所述压盖之间。
3.根据权利要求2所述一种混凝土气体渗透性测试装置，其特征在于，所述箱体上端的内侧壁上开设有一环形台阶，所述弹性密封圈固定在所述环形台阶上；或所述箱体的内侧壁上沿其周向开设有一环形凹槽，所述弹性密封圈固定在所述环形凹槽内。
4.根据权利要求1至3任一项所述一种混凝土气体渗透性测试装置，其特征在于，所述测试箱和所述弹性密封圈均为若干个，所述第一管路上连接有多个第一支路，若干所述第一支路与若干所述弹性密封圈内的环形空腔一一对应连接且连通；所述第二管路上连接有若干第二支路，若干所述第二支路与若干所述第一腔体一一对应连接且连通。
5.根据权利要求4所述一种混凝土气体渗透性测试装置，其特征在于，所述加压泵上安装有第一压力调节阀，所述第一管路上靠近所述加压泵的位置安装有进气压力测试表，所述第一管路的每个第一支路上均安装有第一流量开关阀。
6.根据权利要求4所述一种混凝土气体渗透性测试装置，其特征在于，所述第二管路的每个第二支路上均安装有第二流量开关阀和第二压力调节阀。
7.根据权利要求1至3、5至6任一项所述一种混凝土气体渗透性测试装置，其特征在于，所述测试箱上安装有用于测量所述第一腔体内压力的第一压力表和用于测量所述第二腔体内压力的第二压力表。
8.根据权利要求1至3任一项所述一种混凝土气体渗透性测试装置，其特征在于，所述弹性密封圈采用橡胶材质制成。
9.一种采用权利要求1至6任一项的测试装置对混凝土试件渗透性进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将混凝土试件装入弹性密封圈内，通过加压泵向弹性密封圈的环形空腔内加围压，使弹性密封圈的内环壁压紧所述混凝土试件的周侧边沿；
S2，将储存在压力罐内的惰性气体按预设的进气压力Pi通入到所述第一腔体内，使第一腔体内的惰性气体以单向渗透的方式通过混凝土试件并进入到第二腔体内；
S3，待所述进气压力稳定后，停止进气；
S4，经过Δt时间后，记录第一腔体内的气压Pf；
S5，根据所述气压变化计算获得所述混凝土试件的渗透系数。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述渗透系数的计算包括以下步骤：
S11，计算所述惰性气体的平均进气压Pm，Pm＝Pi-Δpi/2＝(Pi+Pf)/2，其中，Δpi＝Pi-Pf；
S12，根据所述平均进气压计算所述第一腔体内的气体流量Qm，Qm＝VrΔpi/PmΔt；
其中，Vr为第一腔体的体积，单位为m3；
S13，根据所述气体流量计算所述混凝土试件的渗透系数K，K＝μQm2LPm/A(Pm 2-Pa 2)；
其中，μ为惰性气体的粘滞系数(氩气为2.2×10-5(Pa·S))；
L为混凝土试件的厚度，单位为m；
A为混凝土试件的横截面面积，单位为m2；
Pa为大气压力，单位为Pa。
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