CN112858141A - 一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统与方法，属于混凝土性能测试技术领域。所述混凝土渗透性的测试系统包括四个组件，即压力控制组件、渗透控制组件、低温控温组件以及数据采集组件。所述压力控制组件主要包含空气压缩机、进气管道、液体储存罐、液体管道；所述渗透控制组件主要包含渗透仪、混凝土试样；所述低温控温组件主要包含可程式低温试验箱、半导体制冷器、温度调节控制器；所述数据采集组件包含传感器引线、数据采集仪以及电子计算机。本发明可以准确地得到负温及盐溶液下混凝土的渗透系数，为复杂工程环境下各类混凝土的基础及应用研究提供理论和技术支撑。
Description
技术领域
本申请涉及混凝土性能测试技术领域，具体而言，涉及一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统与方法。
背景技术
混凝土材料是土木工程领域中应用最广、用量最大的建筑材料之一。混凝土性能参数的准确获取对于工程结构设计、施工及运维等具有重要的作用，混凝土的渗透系数是研究混凝土抗侵蚀性能的关键参数之一。负温、盐溶液侵蚀环境下混凝土渗透系数的测试是混凝土劣化研究中面临的主要瓶颈之一。因此，设计一种负温及盐溶液下混凝土渗透性测试系统与方法显得尤为重要。
目前，混凝土渗透性测试方法主要有渗水高度法和逐级加压法。这两种方法主要通过测定混凝土在恒定或逐级施加水压力下的平均渗水高度来反映混凝土的抗水性能，只能用于正温下混凝土渗水高度的测量，无法对负温以及盐溶液环境下的混凝土渗透性进行定量测量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统；另一目的提供混凝土渗透性测试方法，按照测试系统与方法，可以准确地得到负温及盐溶液下混凝土的渗透系数，为复杂工程环境下各类混凝土的基础及应用研究提供理论和技术支撑。
本发明的目的可以通过以下措施来完成：
第一方面，本申请实施例提供了一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统，所述测试系统包括四个组件，即：压力控制组件、渗透控制组件、低温控温组件以及数据采集组件，其特征是：
所述压力控制组件主要包含空气压缩机、进气管道、液体储存罐、液体管道，其特征在于：
所述空气压缩机的气压输出端口与所述进气管道相连；
所述进气管道的尾端连接在所述液体储存罐上；
所述液体储存罐与所述液体管道相连；
可选的，所述空气压缩机为往复活塞式、旋转叶片式或旋转螺杆式压缩机；
优选的，所述空气压缩机的底部安装有车轮，试验时方便空气压缩机的移动；
优选的，所述进气管道上依次布设有调压阀和第一压力表，便于试验过程中的压力控制；
优选的，所述液体储存罐的上部有注液口，试验前方便渗透液的添加；
优选的，所述液体管道上依次安装有渗流开关、高精度液体流量计和第二压力表，便于渗透过程管理。
上述技术方案中，应保证试验过程中所述压力控制组件始终处于密闭状态，无气体渗漏、无压力损失。
所述渗透控制组件主要包含渗透仪、混凝土试样，其特征在于：
所述混凝土试样安装于所述渗透仪中；
所述渗透仪由渗透仪顶板、渗透仪底板、渗透仪侧板、螺栓以及渗透仪支座构成，所述渗透仪顶板与所述压力控制组件中的液体管道末端相连，所述渗透仪顶板与所述渗透仪侧板通过所述螺栓连接，所述渗透仪侧板、所述渗透仪底板和所述渗透仪支座也通过所述螺栓相连，所述渗透仪支座用于支撑所述渗透仪；
优选的，所述渗透仪底板的下面布设有漏斗形集液装置，所述漏斗形集液装置的下侧接有烧杯，渗流过所述混凝土试样的液体通过所述渗透仪底板和所述漏斗形集液装置最终收集在所述烧杯中；
可选的，所述烧杯放置于高精度质量传感器上，用于实时测量试验过程中消耗的渗流液质量；
优选的，所述渗透仪中布设温度传感器，用于实时监测所述混凝土试样的温度；
上述技术方案中，所述混凝土试样可以是提前预制好之后安装于所述渗透仪中，也可以是直接在所述渗透仪中制样。
在其它一些实施例中，也可以将所述混凝土试样换为其他试样，如：圆柱土样或岩石样品，测定其他类型样品的渗透性能。
所述低温控温组件主要包含可程式低温试验箱、半导体制冷器、温度调节控制器，其特征在于：
所述可程式低温试验箱的一侧安装有所述半导体制冷器，所述半导体制冷器的冷面置于所述可程式低温试验箱内部，所述半导体制冷器的热面置于所述可程式低温试验箱外部；
所述半导体制冷器通过导线与所述温度调节控制器相连；
优选的，所述可程式低温试验箱的另一侧设置有可开启式保温门，便于试验过程中所述混凝土试样的安装；
优选的，所述可程式低温试验箱中布设有环境温度传感器，所述环境温度传感器可以实时监测所述可程式低温试验箱内部的温度；
上述技术方案中，所述半导体制冷器是利用半导体的热-电效应制取冷量的器件。
上述技术方案中，所述温度调节控制器能够接收所述环境温度传感器的信号，根据预设的温度模式自动开启-调节-停止所述半导体制冷器对所述可程式低温试验箱进行制冷(或加热)。
所述数据采集组件包含传感器引线、数据采集仪以及电子计算机，其特征在于：
所述第一压力表、高精度液体流量计、第二压力表、高精度质量传感器、试样温度传感器以及环境温度传感器通过所述传感器引线与所述数据采集仪相连，所述数据采集仪再与所述电子计算机相连，可以实时获取试验过程中的压力、流量、质量以及温度变化，便于试验的精细化控制与混凝土试样渗透系数的精确计算。
第二方面，本申请实施例提供了一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试方法，该方法包括：
步骤A：混凝土试样安装；
步骤B：系统气密性检查及传感器校正；
步骤C：液体储存罐中注入渗透液；
步骤D：压力、流量、质量及温度传感器清零；
步骤E：设定试验温度模式，开启低温控温组件；
步骤F：开启压力控制组件，开始渗透性试验；
步骤G：渗透过程管理，稳定渗流判定；
步骤H：数据采集；
步骤I：渗透系数计算。
本发明的优点和产生的有益效果：
1、本发明采用了压力控制组件，可以通过控制渗透液表面的压力有效地提高了混凝土渗透试验的效率。
2、本发明采用了可程式低温控温组件，可以通过该组件达到混凝土试样的预设温度，进而测量恒(变)温条件下混凝土试样的渗透性。
3、本发明能够自动持续地测量混凝土的渗透流量，避免人工读数带来的误差，其工作原理明确，既节省人工，又可以保证试验结果的准确。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍。
图1为本实施例提供的一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统结构示意图；
图2为渗透仪顶板纵截面结构示意图；
图3为渗透仪底板横截面结构示意图；
图4为低温控温组件结构示意图。
图标：1-空气压缩机；2-车轮；3-进气管道；4-调压阀；5-第一压力表；6-液体储存罐；61-注液口；62-出液口；7-液体管道；8-渗流开关；9-高精度液体流量计；10-第二压力表；11-渗透仪；1101-渗透仪顶板；1102-渗透仪底板；1103-漏斗形集液装置；1104-烧杯；1105-混凝土试样；1106-高精度质量传感器；1107-渗透仪支座；1108-渗透仪侧板；1109-螺栓；1110-试样温度传感器；12-可程式低温试验箱；1201-可开启式保温门；13-半导体制冷器；14-温度调节控制器；15-环境温度传感器；16-传感器引线；17-数据采集仪、18-电子计算机。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上部”、“底部”、“尾端”、“侧边”、“末端”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例
本申请实施例提供一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统，该系统可以有效、准确地测量不同负温及盐溶液下混凝土试样的渗透性。
如图1所示，一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统主要包括四个组件，即：压力控制组件、渗透控制组件、低温控温组件以及数据采集组件。
压力控制组件包含空气压缩机1、车轮2、进气管道3、调压阀4、第一压力表5、液体储存罐6、注液口61、出液口62、液体管道7、渗流开关8、高精度液体流量计9以及第二压力表10。空气压缩机1是压力控制组件中气体产生装置，空气压缩机1的底部安装有车轮2，试验时方便空气压缩机1的移动。空气压缩机1的气压输出端口与压力控制组件的进气管道3相连，进气管道3上布设有调压阀4，便于试验过程中的压力控制，调压阀的后面布设有第一压力表5，试验过程中可以实时读取试样顶端的压力P1。进气管道3的尾端连接在液体储存罐6上，液体储存罐6的上部有注液口61，方便渗透液的添加。液体储存罐6靠近底部的侧边有出液口62，出液口62与液体管道7相连。液体管道7上安装有渗流开关8，渗流开关8的后面依次安装有高精度液体流量计9和第二压力表10，可以实时测量进入渗透控制组件中液体的流量Q1和液体的压力P2。
上述技术方案中，空气压缩机1可为往复活塞式、旋转叶片式或旋转螺杆式压缩机。
需要说明的是，进气管道3、调压阀4、第一压力表5、注液口61、出液口62、液体管道7、渗流开关8、高精度液体流量计9以及第二压力表10的接口有密封垫圈，保证试验过程中压力控制组件始终处于密闭状态，无气体渗漏、无压力损失。
渗透控制组件包含渗透仪11、渗透仪顶板1101、渗透仪底板1102、漏斗形集液装置1103、烧杯1104、混凝土试样1105、高精度质量传感器1106、渗透仪支座1107、渗透仪侧板1108、螺栓1109以及试样温度传感器1110。压力控制组件中液体管道7的末端与渗透仪11的渗透仪顶板1101相连。图2为渗透仪顶板纵截面结构示意图(箭头表示渗透液的流动方向)，渗透仪顶板1101是中空结构，上层与液体管道7的末端连接，下层间隔设置有孔径为2.0mm的小孔。图3为渗透仪底板横截面结构示意图，渗透仪底板1102开有孔径为1.0mm小孔，渗透仪底板1102的下面布设有漏斗形集液装置1103，漏斗形集液装置1103的下侧接有烧杯1104，渗流过混凝土试样1105的液体通过渗透仪底板1102的小孔和漏斗形集液装置1103最终收集在烧杯1104中。烧杯1104放置于高精度质量传感器1106上，用于实时测量试验过程中消耗的渗流液质量m1。渗透仪支座1107用于支撑渗透仪11，之后，渗透仪顶板1101与渗透仪侧板1108通过螺栓1109连接，渗透仪侧板1108、渗透仪底板1102和渗透仪支座1107也通过螺栓1109相连。试样温度传感器1110布设于混凝土试样1105的侧边，由渗透仪侧板1108引出，用于实时监测混凝土试样1105的温度T1。
上述技术方案中，试样温度传感器1110可为热敏电阻传感器，精度为±0.05℃。
需要说明的是，混凝土试样1105可以是提前预制好之后安装于渗透仪11中，也可以是直接在渗透仪11中制样。
在其它一些实施例中，也可以将混凝土试样1105换为其他试样，如：圆柱土样或岩石样品，测定其他类型样品的渗透性能。
低温控温组件包含可程式低温试验箱12、可开启式保温门1201、半导体制冷器13、温度调节控制器14以及环境温度传感器15。渗透仪11安装于可程式低温试验箱12中，图4为低温控温组件结构示意图，可程式低温试验箱12的一侧设置有可开启式保温门1201，便于试验过程中混凝土试样1105的安装。可程式低温试验箱12的另一侧安装有半导体制冷器13，半导体制冷器13的冷面置于可程式低温试验箱12内部，半导体制冷器13的热面置于可程式低温试验箱12外部。半导体制冷器13通过导线与温度调节控制器14相连，在可程式低温试验箱12中还布设有环境温度传感器15，环境温度传感器15可以实时监测可程式低温试验箱12内部的温度T2。温度调节控制器14能够接收环境温度传感器15的信号，根据预设的温度模式自动开启-调节-停止半导体制冷器13对可程式低温试验箱12进行制冷(或加热)。
本实施例中，半导体制冷器13是利用半导体的热-电效应制取冷量的器件，半导体制冷器13具有无噪声、无振动、体积小、重量轻等特点，且工作可靠，操作简便，易于进行冷量调节。
上述技术方案中，环境温度传感器15也可为热敏电阻传感器，精度为±0.05℃。
数据采集组件包含传感器引线16、数据采集仪17以及电子计算机18。第一压力表5、高精度液体流量计9、第二压力表10、高精度质量传感器1106、试样温度传感器1110以及环境温度传感器15通过传感器引线16与数据采集仪17相连，数据采集仪17再与电子计算机18相连，可以实时获取空气压缩机1的压力P1、进入渗透控制组件中液体的流量Q1、液体管道7中液体所受压力P2、渗流过混凝土试样1105的液体的质量m1、混凝土试样1105的温度T1以及可程式低温试验箱12中的温度T2变化，便于试验的精细化控制与混凝土试样渗透系数的精确计算。
上述技术方案中，数据采集仪17的采集间隔以1min为宜。
此外，本实施例还提供一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试方法，包括：
步骤A：混凝土试样1105安装。打开可程式低温试验箱12的可开启式保温门1201，在渗透仪11中安装混凝土试样1105，布设试样温度传感器1110。通过螺栓1109连接渗透仪顶板1101与渗透仪侧板1108，同时通过螺栓1109连接渗透仪侧板1108、渗透仪底板1102和渗透仪支座1107，关闭可程式低温试验箱12。
步骤B：系统气密性检查及传感器校正。检查压力控制组件中进气管道3、调压阀4、第一压力表5、注液口61、出液口62、液体管道7、渗流开关8、高精度液体流量计9以及第二压力表10的气密性；同时检查渗透控制组件中渗透仪11的气密性。对第一压力表5、高精度液体流量计9、第二压力表10、高精度质量传感器1106、试样温度传感器1110以及环境温度传感器15进行校正。
步骤C：液体储存罐6中注入渗透液。打开液体储存罐6中的注液口61，通过注液口61注入试验所需的渗透液。
步骤D：压力、流量、质量及温度传感器清零。通过电子计算机18，清除第一压力表5、高精度液体流量计9、第二压力表10、高精度质量传感器1106、试样温度传感器1110以及环境温度传感器15的数据。
步骤E：设定试验温度模式，开启低温控温组件。在可程式低温试验箱12中设定渗透试验所需要的温度模式(如：恒/变温、正/余弦等)，开启低温控制组件中的半导体制冷器13对可程式低温试验箱12进行温度调节，并通过环境温度传感器15实时监测可程式低温试验箱12中的温度变化情况。
步骤F：开启压力控制组件，开始渗透性试验。依次开启压力控制组件中的空气压缩机1、调压阀4、渗流开关8，开始渗透性试验。并实时监测第一压力表5、高精度液体流量计9、第二压力表10以及高精度质量传感器1106的数据变化情况。
步骤G：渗透过程管理，稳定渗流判定。根据试验预设的水头差，考虑混凝土试样1105的高度，得到渗透试验所需要的压力差；之后，调节调压阀4至第二压力表10所测的压力为试验所需的压力差。实时监测高精度质量传感器1106中的数据变化，直至高精度质量传感器1106的数据m1按线性增加时，认为混凝土试样1105达到了稳定渗流。
步骤H：数据采集。基于电子计算机18，获得数据采集仪17采集到空气压缩机1的压力P1(第一压力表5)、进入渗透控制组件中液体的流量Q1(高精度液体流量计9)、液体管道7中液体所受压力P2(第二压力表10)、渗流过混凝土试样1105的液体的质量m1(高精度质量传感器1106)、混凝土试样1105的温度T1(试样温度传感器1110)以及可程式低温试验箱12中的温度T2(环境温度传感器15)。
步骤I：渗透系数计算。基于采集到的数据，混凝土试样1105的渗透系数可按下式计算：
式中，k为所测温度T2下混凝土试样1105的渗透系数(cm/s)；m1为高精度质量传感器1106监测到的渗流过混凝土试样1105的液体的质量(g)；L为混凝土试样1105的高度(cm)；ρ为渗流液的密度(g/cm3)；D为混凝土试样1105的直径(cm)；Δt为稳定渗流后至计算时刻的时间(s)；Δh为试验过程中的水头差(cm)，可以通过第二压力表10监测到液体管道7中液体所受压力P2进行换算得到。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请技术方案之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统，其特征在于，
所述混凝土渗透性的测试系统包括四个组件，即：压力控制组件、渗透控制组件、低温控温组件以及数据采集组件。
2.根据权利要求1所述的一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统，其特征在于，
所述压力控制组件主要包含空气压缩机(1)、进气管道(3)、液体储存罐(6)、液体管道(7)；
所述空气压缩机(1)的气压输出端口与所述进气管道(3)相连；
所述进气管道(3)的尾端连接在所述液体储存罐(6)上；
所述液体储存罐(6)与所述液体管道(7)相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统，其特征在于，
所述渗透控制组件主要包含渗透仪(11)、混凝土试样(1105)；
所述混凝土试样(1105)安装于所述渗透仪(11)中；
所述渗透仪(11)由渗透仪顶板(1101)、渗透仪底板(1102)、渗透仪支座(1107)、渗透仪侧板(1108)以及螺栓(1109)构成，所述渗透仪顶板(1101)与所述压力控制组件中的液体管道(7)末端相连，所述渗透仪顶板(1101)与所述渗透仪侧板(1108)通过所述螺栓(1109)连接，所述渗透仪底板(1102)、所述渗透仪侧板(1108)和所述渗透仪支座(1107)也通过所述螺栓(1109)相连，所述渗透仪支座(1107)用于支撑所述渗透仪(11)。
4.根据权利要求1所述的一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统，其特征在于，
所述低温控温组件主要包含可程式低温试验箱(12)、半导体制冷器(13)、温度调节控制器(14)；
所述可程式低温试验箱(12)的一侧安装有所述半导体制冷器(13)，所述半导体制冷器(13)的冷面置于所述可程式低温试验箱(12)内部，所述半导体制冷器(13)的热面置于所述可程式低温试验箱(12)外部。
5.根据权利要求1所述的一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统，其特征在于，
所述数据采集组件包含传感器引线(16)、数据采集仪(17)以及电子计算机(18)；
所述第一压力表(5)、高精度液体流量计(9)、第二压力表(10)、高精度质量传感器(1106)、试样温度传感器(1110)以及环境温度传感器(15)通过所述传感器引线(16)与所述数据采集仪(17)相连，所述数据采集仪(17)再与所述电子计算机(18)相连，可以实时获取试验过程中的压力、流量、质量以及温度变化。
6.一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试方法，其特征在于，该方法包括：
步骤A：混凝土试样(1105)安装；
步骤B：系统气密性检查及传感器校正；
步骤C：液体储存罐(6)中注入渗透液；
步骤D：压力、流量、质量及温度传感器清零；
步骤E：设定试验温度模式，开启低温控温组件；
步骤F：开启压力控制组件，开始渗透性试验；
步骤G：渗透过程管理，稳定渗流判定；
步骤H：数据采集；
步骤I：渗透系数计算。
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|---|---|---|---|
| CN202110394679.7A CN112858141A (zh) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | 一种用于负温及盐溶液下混凝土渗透性的测试系统与方法 |
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