CN111610129A - 一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法及测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法及测试装置，所述测定方法包括以下步骤：试件预处理后装入夹持装置内，保证试件完全密封；检测加压装置以及夹持装置的密封性；根据试验工况不同，采用不同的装置组装方式，计算渗透系数；所述测试装置包括加压装置，包括加气部、加水部和连通部；夹持装置，包括夹持部和调节部；夹持部的顶部和底部均设有进水口和排气泄水口，进水口用于与加压装置对应的连通部连通，排气泄水口均配置带控制阀的排气泄水管，用于控制夹持装置排气泄水，且底部的排气泄水口用于与测试装置相连通；以及测试装置，包括量筒和皂泡容积式气体流量计。本发明的有益效果：结构简单、操作方便、密封性能好的，能够测定多工况。
Description
技术领域
本发明涉及一种多工况下多孔介质渗透系数测定方法及试验装置，特别涉及一种可以测定多种多孔介质气渗透系数和水渗透系数测定方法及其试验装置。
背景技术
混凝土的耐久性取决于其抵抗化学物质侵入的能力。混凝土的运输性能，主要是渗透性，在评估和预测钢筋混凝土结构的耐久性方面起着关键作用。混凝土的含水状态影响运输参数，比如渗透性，这对混凝土的耐久性产生较大的影响。
目前进行渗透性能试验的方法有水渗透法、气体渗透法、离子渗透法等；其中水渗透法分为稳态流动法、加压渗透法、抗渗标号法等，气体渗透法分为压差稳定法等，离子渗透法分别ASTM C1202法、RCM法、NEL法等。在水渗透法中，由于稳态流动法适用于渗透性能较好的混凝土，且由于渗透水与混凝土会发生进一步水化反应，此方法存在较大误差；抗渗标号法周期较长效率低，只能粗略的反应混凝土的抗渗性能，不适用于低渗透性的混凝土，故实验室一般采用加压渗透法测量混凝土渗透性能，加压渗透法存在着精度高且能测量低渗透性混凝土的优点。压差稳定法测定混凝土气体渗透性精度较高，操作方便，测定结果稳定性好。
中国专利公布号“CN110542636A”，发明名称“部分饱和的水泥基材料渗透系数测定方法及其试验装置”，在测量非饱和混凝土水渗透系数时由于不需要设置围压参数，仅在双向受压工况下，设备安装步骤过于繁琐，由试验装置要求需要高精度流量计，市面上高精度流量计价格昂贵，不适用于小实验室实用；且仅限于测量混凝土水渗透系数，不适用于混凝土气渗透系数，使用范围较窄。中国专利公布号“CN108362626A”，发明名称“一种测定混凝土水、气渗透系数的通用装置”，仅能测量完全饱和状态下混凝土的水渗透系数，不能明确区分毛细孔吸水量与渗透量，在实际工程中，混凝土材料含水率会根据其所在的环境发生变化，在实验室以非饱和状态模拟混凝土工作性能就显得尤为重要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种结构简单、操作方便、密封性能好的，能够测定多工况下多孔介质渗透系数的测定方法及测试装置。
本发明所述的一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)试件预处理：将养护28天的试件烘干至目标饱和度，并在试件侧壁表面用环氧树脂均匀密封，待用；
2)安装夹持装置：将预处理后的试件安装在夹持装置内，保证试件的上、下端面分别与夹持装置的内端面完全密封；夹持装置的顶部与加压装置管路连通，夹持装置的底部与加压装置或测量装置管路连通；
3)检测加压装置以及夹持装置的密封性，保证加压装置以及夹持装置无泄漏；
4)计算渗透系数：根据试验要求工况不同分别计算材料渗透系数；其中，在非饱和条件下，气体渗透系数Kg计算公式为：
Q为气体稳定后穿过试件流量，cm3；t为测定气体流量的时间，s；Pa为大气压力，N/m2；P为试验压力，N/m2；L为试件厚度，mm；A为试件截面积，mm2；μ为气体粘度，s×N/m2；
非饱和条件下，水渗透系数K计算公式为：
μ为流体黏度，Pa·s；L为试件厚度，cm；A为试件横截面面积，cm2；Δp为单向施加压力下的压力差，Pa；Qper为单位时间内有效水渗透量，Qper＝Q-Qcap×0.5，cm3/s；Q为单位时间内单向施加压力时水渗透流量，cm3/s，Qcap为单位时间内双向施加等压时水渗透流量，cm3/s；
饱和条件下，水渗透系数K计算公式为：
μ为流体黏度，Pa·s；Q为试验气体流通体积，cm3；t为试验时间，s；P为试验压力，N/m2；L为试件厚度，mm；A为试件截面积，mm2；
5)试验结束后，关闭加压装置，并对夹持装置排水排气，取下试件。
本发明所述的多工况下多孔介质渗透系数测定方法，所述多孔介质包括但不限于水泥基材料、泥土等，所述工况如下：(1)非饱和条件下气体渗透性；(2)非饱和条件下水渗透性；(3)饱和条件下水渗透性，其中：
测量试件在非饱和条件下气体渗透性时，夹持装置的顶部与加压装置管路连通；夹持装置底部的排气泄水口与测量装置管路连通；
测量试件在非饱和条件下水渗透性时，夹持装置顶部的进水口和底部的进水口均与加压装置管路连通；
测量试件饱和条件下水渗透性时，夹持装置顶部的进水口与加压装置管路连通；夹持装置的下端面与测量装置管路连通。
根据本发明所述的一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法构建的测试装置，其特征在于，包括：
加压装置，包括加气部、加水部和至少一套连通部，其中加气部和加水部通过连通部与夹持装置的顶部和/或底部相连通，用于向夹持装置内加压；
夹持装置，包括夹持部和调节部，其中夹持部设有一调节式的夹持区，并受控于调节部，用于调整夹持区的大小以密封夹持在试件的上、下端面；夹持部的顶部和底部均设有进水口和排气泄水口，其中进水口用于与加压装置对应的连通部连通，排气泄水口均配置带控制阀的排气泄水管，用于控制夹持装置排气泄水，且底部的排气泄水口用于与测试装置相连通；
以及测试装置，包括量筒和皂泡容积式气体流量计，其中量筒用于测量渗透过多孔介质液体体积，皂泡容积式气体流量计用于测量渗透过多孔介质气体体积。
所述加气部包括气泵、输气管以及气泵开关，所述气泵设有多个出气口，且每个出气口配装一根输气管，并通过输气管与连通部的进气口管路连通；气泵开关设置在气泵的出气口处，用于单独控制相应的输气管的通断及管内气压。
所述加水部包括供水设备、供水管以及供水开关，所述供水设备设置多个出水口，且每个出水口均通过一根供水管与对应的连通部的进水口相连通；供水管上设有供水开关，用于控制液体流动。
所述加气部的出气口个数、所述加水部出水口的个数以及连通部的套数一致，其中，所述连通部包括容量瓶、通管、第一阀门、第二阀门、调压阀以及压力表，所述容量瓶通过供水管与供水装置对应的出水口相连通，通过输气管与气泵对应的出气口相连通；所述容量瓶的排气泄水口通过通管与夹持装置的顶部和或底部进水口相连通；在通管上顺次安装有第一阀门、第二阀门，在第一阀门和第二阀门之间安装有用于对通管内流动大小进行微调的调压阀和用于检测通管内部压力大小的压力表。
所述夹持部包括第一盖板、第二盖板和密封圈，所述调节部包括固定螺栓和固定螺母，所述第一盖板通过固定螺栓、固定螺母与第二盖板平行固接；第一盖板以及第二盖板的内端面均嵌装密封圈，用于与试件的上、下端面密封配合。
所述的第一盖板和第二盖板的内表面设有两圈环形凹槽。
两圈环形凹槽内分别配有第一橡胶圈和第二橡胶圈。
所述的容量瓶的瓶身侧面刻有刻度，用于读取容量瓶内的液体体积。
第一盖板上设有第一进水口和第一排气泄水阀；第二盖板上设有第二进水口和第二排气泄水阀。
具体的，以混凝土圆柱体为例，利用本发明所述的测试装置对试件进行的测定方法，包括以下步骤：
1)试件预处理：将养护28天的混凝土圆柱体试件预处理达到试验要求，且侧壁用环氧树脂均匀密封；
2)安装夹持装置：将预处理后的试件安装在夹持装置内，保证试件上下端面分别与第一橡胶圈、第二橡胶圈完全密封；夹持装置的上下端按照试验要求与加压装置和测量装置相连；
3)检测装置密封性：打开第一阀门，关闭第二阀门和供水阀门，在气泵的控制面板上设置气压参数，打开气泵开关使加压装置处于压力之下，观察压力表示数保持不变，则可认为加压装置气密性保持良好；将密封性良好的加压装置与夹持装置连接，关闭第一、第二排气泄水阀，在气泵的控制面板上设置气压参数，打开气泵开关使整个装置处于压力之下，观察压力表的示数保持不变，则可认为整个装置气密性保持良好；
4)根据试验工况不同，采用不同的装置组装方式：
测量试件在非饱和条件下气体渗透性时，夹持装置顶部的第一进水口与加压装置管路连通；夹持装置底部的第二排气泄水口与测量装置的皂泡容积式气体流量计管路连通；
测量试件在非饱和条件下水渗透性时，夹持装置顶部的第一进水口和底部的第二进水口均与加压装置管路连通；
测量试件饱和条件下水渗透性时，夹持装置顶部的第一进水口与加压装置管路连通；夹持装置的底部的第二排气泄水口与测量装置的量筒管路连通；
5)计算渗透系数：根据试验要求工况不同分别采用不同的计算公式以计算材料渗透系数；
6)试验结束后，关闭气泵，打开排气泄水阀排气，取下试件。
本发明的有益效果：1.可用于研究混凝土或土类等多孔介质的水渗透或气渗透规律。2.能保证密封的有效性，且可精确控制进入混凝土的介质压力。3.结构简单，适用性广，操作简单。
附图说明
图1为本发明测量干燥混凝土气渗透系数的原理图。
图2为本发明测量非饱和混凝土水渗透系数的原理图。
图3为本发明测量饱和混凝土水渗透系数的原理图。
图4为本发明第一盖板和第二盖板的内侧图。
图5为本发明第一盖板和第二盖板的外侧图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1本发明所述的一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法，包括以下步骤：
1)试件预处理：将养护28天的试件烘干，并在试件侧壁表面用环氧树脂均匀密封，待用；
2)安装夹持装置：将预处理后的试件安装在夹持装置内，保证试件的上、下端面分别与夹持装置的内端面完全密封；夹持装置的顶部与加压装置管路连通，夹持装置的底部与加压装置或测量装置管路连通；
3)检测加压装置以及夹持装置的密封性，保证加压装置以及夹持装置无泄漏；
4)计算渗透系数：根据试验要求工况不同分别计算材料渗透系数；其中，在非饱和条件下，气体渗透系数Kg计算公式为：
Q为气体稳定后穿过试件流量，cm3；t为测定气体流量的时间，s；Pa为大气压力，N/m2；P为试验压力，N/m2；L为试件厚度，mm；A为试件截面积，mm2；μ为气体粘度，s×N/m2；
非饱和条件下，水渗透系数K计算公式为：
μ为流体黏度，Pa·s；L为试件厚度，cm；A为试件横截面面积，cm2；Δp为单向施加压力下的压力差，Pa；Qper为单位时间内有效水渗透量，Qper＝Q-Qcap×0.5，cm3/s；Q为单位时间内单向施加压力时水渗透流量，cm3/s，Qcap为单位时间内双向施加等压时水渗透流量，cm3/s；
饱和条件下，水渗透系数K计笪公式为：
μ为流体黏度，Pa·s；
为流速，cm3/s；P为试验压力，N/m2；L为试件厚度，mm；A为试件截面积，mm2；
5)试验结束后，关闭加压装置，并对夹持装置排水排气，取下试件。
本发明所述的多工况下多孔介质渗透系数测定方法，所述多孔介质包括但不限于水泥基材料、泥土等，所述工况如下：(1)非饱和条件下气体渗透性；(2)非饱和条件下水渗透性；(3)饱和条件下水渗透性。
实施例2根据实施例1所述的一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法构建的测试装置，包括：
加压装置，包括加气部、加水部和至少一套连通部，其中加气部和加水部通过连通部与夹持装置的顶部和/或底部相连通，用于向夹持装置内加压；
夹持装置，包括夹持部和调节部，其中夹持部设有一调节式的夹持区，并受控于调节部，用于调整夹持区的大小以密封夹持在试件9的上、下端面；夹持部的顶部和底部均设有进水口和排气泄水口，其中进水口用于与加压装置对应的连通部连通，排气泄水口均配置带控制阀的排气泄水管，用于控制夹持装置排气泄水，且底部的排气泄水口用于与测试装置相连通；
以及测试装置，包括量筒24和皂泡容积式气体流量计25，其中量筒用于测量渗透过多孔介质液体体积，皂泡容积式气体流量计用于测量渗透过多孔介质气体体积。
测量试件在非饱和条件下气体渗透性时，夹持装置的顶部与加压装置管路连通；夹持装置底部的排气泄水口与测量装置管路连通；
测量试件在非饱和条件下水渗透性时，夹持装置顶部的进水口和底部的进水口均与加压装置管路连通；
测量试件饱和条件下水渗透性时，夹持装置顶部的进水口与加压装置管路连通；夹持装置的下端面与测量装置管路连通。
所述加气部包括气泵12、输气管15以及气泵开关14，所述气泵设有多个出气口，且每个出气口配装一根输气管，并通过输气管与连通部的进气口管路连通；气泵开关设置在气泵的出气口处，用于单独控制相应的输气管的通断及管内气压。
所述加水部包括供水设备13、供水管17以及供水开关18，所述供水设备设置多个出水口，且每个出水口均通过一根供水管与对应的连通部的进水口相连通；供水管上设有供水开关，用于控制液体流动。
所述加气部的出气口个数、所述加水部出水口的个数以及连通部的套数一致，其中，所述连通部包括容量瓶16、通管22、第一阀门19-1、第二阀门19-2、调压阀20以及压力表21，所述容量瓶通过供水管与供水装置对应的出水口相连通，通过输气管与气泵对应的出气口相连通；所述容量瓶的排气泄水口通过通管与夹持装置的顶部和/或底部进水口相连通；在通管上顺次安装有第一阀门、第二阀门，在第一阀门和第二阀门之间安装有用于对通管内流动大小进行微调的调压阀和用于检测通管内部压力大小的压力表。
所述夹持部包括第一盖板1、第二盖板2和密封圈，所述调节部包括固定螺栓10和固定螺母11，所述第一盖板通过固定螺栓、固定螺母与第二盖板平行固接；第一盖板以及第二盖板的内端面均嵌装密封圈，用于与试件的上、下端面密封配合。
所述的第一盖板1和第二盖板2的内表面设有两圈环形凹槽。
两圈环形凹槽内分别配有第一橡胶圈7和第二橡胶圈8。
所述的容量瓶16的瓶身侧面刻有刻度，用于读取容量瓶内的液体体积。
第一盖板1上设有第一进水口3和第一排气泄水阀4；第二盖板上设有第二进水口5和第二排气泄水阀6；
实施例3本发明所述的一种测量多工况下多孔介质渗透系数的试验装置包括夹持装置、加压装置和测量装置。
所述夹持装置内夹持的试件9为圆柱体混凝土试样，所述试件9侧面均匀涂抹环氧树脂，试件下端放置于第二橡胶圈8上，所述第一橡胶圈7放置于试件9上端；所述试件9、第一橡胶圈7、第二橡胶圈8均夹在第一盖板1和第二盖板2内，所述第一盖板1和第二盖板2通过固定螺栓10和固定螺母11固定连接；所述第一盖板1上设有第一进水口3和第一排气泄水阀4，第二盖板上设有第二进水口5和第二排气泄水阀6；
所述测量装置包括用于测量渗透过多孔介质液体体积的量筒24和用于测量渗透过多孔介质气体体积的皂泡容积式气体流量计25；
所述加压装置中：供水装置13通过供水管17与容量瓶16相连，在供水装置13与容量瓶16之间安装有控制液体流动的供水开关18，与容量瓶16通过输气管15相连的气泵12，所述气泵12可与多个输气管15相连且可单独调节气压，在所述气泵12与容量瓶16之间安装有控制气泵12气体进出的气泵开关14，在加压装置与夹持装置之间通过通管22连接，在通管22上分别安装有第一阀门19-1、第二阀门19-2，在第一阀门19-1和第二阀门19-2之间安装有用于对通管22内流动大小进行微调的调压阀20和用于检测通管内部压力大小的压力表21。
所述的第一盖板1和第二盖板2内表面设有两圈环形凹槽；
所述的第一盖板1和第二盖板2内表面设有的两圈环形凹槽分别配有第一橡胶圈7和第二橡胶圈8；
所述的橡胶圈均采用高韧度硅胶加工而成；
所述的容量瓶16瓶身侧面刻有刻度，可精确读数；
所述的供水装置13可外接多根供水管17供水，具体数量根据试验要求而定；
所述的气泵12可外接多根输气管15，具体数量根据试验要求而定，且每根输气管15内气体压力可分别设定。
实施例4下面结合图1干燥混凝土气渗透系数测定为例，对本发明的工作过程做具体说明：
混凝土水灰比0.55，饱和度为0％，养护龄期28d，高度为50mm，直径为150mm，混凝土试件两端压差0.3MPa。
试件预处理：试验开始前，先将养护28天的混凝土试件9从养护室取出，放入烘箱中烘干，温度设置为60℃，每隔1小时取出称重，直至三次称量质量变化小于1％即可视为以烘干完全。最后用环氧树脂密封试件的侧壁。
安装夹持装置：根据试验需要，按照图1所示，将预处理完毕的试件9放置在第一盖板1和第二盖板2之间，试件9上下表面分别于第一橡胶圈7和第二橡胶圈8接触，并拧紧固定螺栓10、固定螺母11，使试件达到良好的密封效果。
检测装置密封性：打开第一阀门19-1，关闭第二阀门19-2和供水开关18，在气泵12控制面板上设置试验要求的气压参数0.3MPa，打开气泵开关14使加压装置处于压力之下，观察压力表21示数保持不变，则可认为加压装置气密性保持良好；将密封性良好的加压装置与夹持装置连接，关闭排气泄水阀4，在气泵12控制面板上设置气压参数0.3MPa，打开气泵开关14使整个装置处于压力之下，观察压力表21示数保持不变，则可认为整个装置气密性保持良好。
检测完毕后，将加压装置与夹持装置的第一进水口3通过紧密阀门23连接，将皂泡容积式气体流量计25与第二排气泄水阀6连接。打开第一排气泄水阀4，通过第一进水口3向试件9上方密闭空间内不间断的注入气体，当第一排气泄水阀4同时排除气体时，停止气泵12并关闭第一排气泄水阀4。
如图1所示，在气泵12的控制面板上设置压力参数0.3MPa，打开第一阀门19-1和第二阀门19-2，然后打开气泵12开关，通过调压阀20微小的调节压力使压力表21的示数等于试验要求气压参数0.3MPa。当试件9内气体流速达到平衡稳定状态，通过皂泡容积式气体流量计25测定气体流速。
根据公式(1)计算渗透系数：气体渗透系数Kg＝2.1×10-15；
试验结束后，先关闭气泵12，打开第一排气泄水阀4和第二排气泄水阀6将气体排出，取下试件9。
实施例5结合图2非饱和混凝土水渗透系数测定为例，对本发明的工作过程做具体说明：
混凝土水灰比0.5，骨料体积含量70％，饱和度为80％，养护龄期28d，高度为50mm，直径为100mm，混凝土试件两端压差0.5MPa。
试件预处理：试验开始前，将养护28天的试件9从养护室取出，真空饱水24h后称量，得饱水质量m1，然后从真空饱水机取出后，置入烘箱烘干，取出称量，得干燥质量为m2。继续真空饱水24h，然后置入烘箱，并每隔1h称重，直到重量m＝m2+0.8×(m1-m2)。
混凝土试件9在达到目标饱和度后立即密封，密封后在恒温恒湿实验室(20℃/RH50％)放置3个月以达到试样内外温湿平衡，减小试验误差且接近真实情况。最后用环氧树脂密封试件的侧壁。
安装夹持装置：根据试验需要，按照图2所示，将预处理完毕的试件9放置在第一盖板1和第二盖板2之间，试件9上下表面分别于第一橡胶圈7和第二橡胶圈接触8，并拧紧固定螺栓10、固定螺母11，使试件9达到良好的密封效果。
检测装置密封性：先打开第一阀门19-1和第二阀门19-2，启动供水装置13并打开供水开关18使水充满通管22且在加压装置紧密阀门23处有不间断水流时关闭供水装置13，保证通管22内无空气残留。关闭第二阀门19-2，通过供水装置13给容量瓶16注水直至注水体积达80％容量瓶16体积时停止，停止供水装置13并关闭供水开关18。在气泵12控制面板上设置试验要求的气压参数0.5MPa，打开气泵开关14使加压装置处于压力之下，观察压力表21示数保持不变，则可认为加压装置气密性保持良好；将密封性良好的加压装置与夹持装置连接，关闭排气泄水阀4，在气泵12控制面板上设置气压参数0.5MPa，打开气泵开关14使整个装置处于压力之下，观察压力表21示数保持不变，则可认为整个装置气密性保持良好。
检测完毕后，将加压装置与夹持装置的第一进水口3和第二进水口5通过紧密阀门23连接。打开第一排气泄水阀4，通过第一进水口3向试件上方密闭空间内不间断的注水，当第一排气泄水阀4和第二排气泄水阀6出现有水溢出时，停止注水并关闭第一排气泄水阀4和第二排气泄水阀6。
双向施加等压：在与第一进水口3和第二进水口5连接的气泵12控制面板中分别设置第一进水口3的压力参数0.5MPa和第二进水口5的压力参数0.5MPa，然后打开气泵12开关，通过调压阀20微小的调节压力使压力表21的示数等于试验要求气压参数0.5MPa。等到容量瓶16内示数不再变化时，记录下单位时间内容量瓶16内的体积变化量，所得结果取平均值即为毛细作用引起的流量Qcap；
单向施加压力：在于第一进水口3相连的气泵12控制面板中设定第一进水口3的压力参数0.5MPa，与第二进水口5相连的气泵12控制面板中设定第二进水口5的压力参数为0MPa，然后打开气泵12开关，通过调压阀20微小的调节压力使压力表21的示数等于试验要求气压参数0.5MPa。等到容量瓶16内示数变化稳定后，记录下单位时间内容量瓶16的体积变化量，所得结果取平均值即为由压力作用和毛细作用共同引起的水渗透流量Q；
计算渗透系数：单位时间内，有效水渗透量Qper即为：Qper＝Q-Qcap×0.5；
根据公式(2)计算渗透系数K；
试验结束后，先关闭气泵12，打开第一排气泄水阀4和第二排气泄水阀6将夹持装置的水排除，取下试件。
实施例6下面结合图3饱和混凝土水渗透系数测定为例，对本发明的工作过程做具体说明：
混凝土水灰比0.5，骨料体积含量65％，饱和度为100％，养护龄期28d，高度为50mm，直径为150mm，混凝土试件一端压力为2.0MPa。
试件预处理：试验开始前，将养护28天的试件9从养护室取出，真空饱水24h后达到饱水状态。然后从真空饱水机取出，擦干表面水分，最后用环氧树脂密封试件的侧壁。
安装夹持装置：根据试验需要，按照图3所示，将预处理完毕的试件9放置在第一盖板1和第二盖板2之间，试件上下表面分别于第一橡胶圈7和第二橡胶圈8接触，并拧紧固定10螺栓、固定螺母11，使试件达到良好的密封效果。
检测装置密封性：先打开第一阀门19-1和第二阀门19-2，启动供水装置13并打开供水开关18使水充满通管22且在加压装置紧密阀门23处有不间断水流时关闭供水装置13，保证通管22内无空气残留。关闭第二阀门19-2，通过供水装置13给容量瓶16注水直至注水体积达80％容量瓶16体积时停止，停止供水装置13并关闭供水开关18。在气泵12控制面板上设置试验要求的气压参数2.0MPa，打开气泵开关14使加压装置处于压力之下，观察压力表21示数保持不变，则可认为加压装置气密性保持良好；将密封性良好的加压装置与夹持装置连接，关闭排气泄水阀4，在气泵12控制面板上设置气压参数2.0MPa，打开气泵开关14使整个装置处于压力之下，观察压力表21示数保持不变，则可认为整个装置气密性保持良好。
检测完毕后，将加压装置与夹持装置的第一进水口3通过紧密阀门23连接，将量筒24放置在第二排气泄水阀6下方。打开第一排气泄水阀4，通过第一进水口3向试件9上方密闭空间内不间断的注水，当第一排气泄水阀4出现有水溢出时，停止注水并关闭第一排气泄水阀4。
如图3所示，在与第一进水口3相连的气泵12控制面板中设定第一进水口3的压力参数2.0MPa，打开第一阀门19-1和第二阀门19-2，然后打开气泵12开关，通过调压阀20微小的调节压力使压力表21的示数等于试验要求气压参数2.0MPa。每间隔4h记录一次量筒24内的数据。
计算公式(3)渗透系数，计算渗透系数K＝3.2×10-19；
试验结束后，先关闭气泵12，打开第一排气泄水阀4和第二排气泄水阀6将夹持装置的水排除，取下试件9。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)试件预处理：将养护28天的试件烘干至目标饱和度，并在试件侧壁表面用环氧树脂均匀密封，待用；
2)安装夹持装置：将预处理后的试件安装在夹持装置内，保证试件的上、下端面分别与夹持装置的内端面完全密封；
3)检测加压装置以及夹持装置的密封性，保证加压装置以及夹持装置无泄漏；
4)根据试验工况不同，采用不同的装置组装方式：夹持装置的顶部与加压装置管路连通，夹持装置的底部与加压装置或测量装置管路连通；
5)计算渗透系数：根据试验要求工况不同分别计算材料渗透系数；其中，在非饱和条件下，气体渗透系数Kg计算公式为：
Q为气体稳定后穿过试件流量，cm3；t为测定气体流量的时间，s；Pa为大气压力，N/m2；P为试验压力，N/m2；L为试件厚度，mm；A为试件截面积，mm2；μ为气体粘度，s×N/m2；
非饱和条件下，水渗透系数K计算公式为：
μ为流体黏度，Pa·s；L为试件厚度，cm；A为试件横截面面积，cm2；△p为单向施加压力下的压力差，Pa；Qper为单位时间内有效水渗透量，Qper＝Q-Qcap×0.5，cm3/s；Q为单位时间内单向施加压力时水渗透流量，cm3/s，Qcap为单位时间内双向施加等压时水渗透流量，cm3/s；
饱和条件下，水渗透系数K计算公式为：
μ为流体黏度，Pa·s；
为流速，cm3/s；P为试验压力，N/m2；L为试件厚度，mm；A为试件截面积，mm2；
6)试验结束后，关闭加压装置，并对夹持装置排水排气，取下试件。
2.如权利要求1所述的一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法，其特征在于：步骤4)中的工况包括：非饱和条件下气体渗透性、非饱和条件下水渗透性以及饱和条件下水渗透性，其中：
测量试件在非饱和条件下气体渗透性时，夹持装置的顶部与加压装置管路连通；夹持装置底部的排气泄水口与测量装置管路连通；
测量试件在非饱和条件下水渗透性时，夹持装置顶部的进水口和底部的进水口均与加压装置管路连通；
测量试件饱和条件下水渗透性时，夹持装置顶部的进水口与加压装置管路连通；夹持装置的下端面与测量装置管路连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种多工况下多孔介质渗透系数的测定方法构建的测试装置，其特征在于，包括：
加压装置，包括加气部、加水部和至少一套连通部，其中加气部和加水部通过连通部与夹持装置的顶部和/或底部相连通，用于向夹持装置内加压；
夹持装置，包括夹持部和调节部，其中夹持部设有一调节式的夹持区，并受控于调节部，用于调整夹持区的大小以密封夹持在试件的上、下端面；夹持部的顶部和底部均设有进水口和排气泄水口，其中进水口用于与加压装置对应的连通部连通，排气泄水口均配置带控制阀的排气泄水管，用于控制夹持装置排气泄水，且底部的排气泄水口用于与测试装置相连通；
以及测试装置，包括量筒和皂泡容积式气体流量计，其中量筒用于测量渗透过多孔介质液体体积，皂泡容积式气体流量计用于测量渗透过多孔介质气体体积。
4.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于：所述加气部包括气泵、输气管以及气泵开关，所述气泵设有多个出气口，且每个出气口配装一根输气管，并通过输气管与连通部的进气口管路连通；气泵开关设置在气泵的出气口处，用于单独控制相应的输气管的通断及管内气压。
5.如权利要求4所述的测试装置，其特征在于：所述加水部包括供水设备、供水管以及供水开关，所述供水设备设置多个出水口，且每个出水口均通过一根供水管与对应的连通部的进水口相连通；供水管上设有供水开关，用于控制液体流动。
6.如权利要求4所述的测试装置，其特征在于：所述加气部的出气口个数、所述加水部出水口的个数以及连通部的套数一致，其中，所述连通部包括容量瓶、通管、第一阀门、第二阀门、调压阀以及压力表，所述容量瓶通过供水管与供水装置对应的出水口相连通，通过输气管与气泵对应的出气口相连通；所述容量瓶的排气泄水口通过通管与夹持装置的顶部和/或底部进水口相连通；在通管上顺次安装有第一阀门、第二阀门，在第一阀门和第二阀门之间安装有用于对通管内流动大小进行微调的调压阀和用于检测通管内部压力大小的压力表。
7.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于：所述夹持部包括第一盖板、第二盖板和密封圈，所述调节部包括固定螺栓和固定螺母，所述第一盖板通过固定螺栓、固定螺母与第二盖板平行固接；第一盖板以及第二盖板的内端面均嵌装密封圈，用于与试件的上、下端面密封配合。
8.如权利要求7所述的测试装置，其特征在于：所述的第一盖板和第二盖板的内表面设有两圈环形凹槽。
9.如权利要求8所述的测试装置，其特征在于：两圈环形凹槽内分别配有第一橡胶圈和第二橡胶圈。
10.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于：所述的容量瓶的瓶身侧面刻有刻度，用于读取容量瓶内的液体体积。
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|---|---|---|---|---|
| CN112710594A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-27 | 富思特新材料科技发展股份有限公司 | 一种用来检测渗透率的方法 |
| CN113916744A (zh) * | 2021-10-11 | 2022-01-11 | 中南大学 | 一种总应力下泡沫土渗透系数测试方法及系统 |
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