CN1512162A - 一种溶液气压法测试混凝土渗透性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种评价混凝土、砂浆抗渗性能方法及相关设备，该方法是将多块用环氧树脂封闭多面，单留一面不封闭作为渗透面的混凝土、砂浆的试块，同时浸入盛有液态物质的二类压力容器中，用钢瓶中氮气给容器内加压，使水或者溶液在混凝土中渗透，用予埋在试块内的金属片引出导线，测试混凝土试块在加压过程中从干燥、湿润、逐步渗透的电导变化过程，从而间接评价混凝土的渗透性能。本方法与国标GBJ82－85测试混凝土的渗透性能有很好的相关性，其相关系数为0.9913，可代替其使用。本方法可高效率、科学地测试混凝土渗透性能，实用于建筑、道路、水工、港口和科研领域。

Description

一种溶液气压法测试混凝土渗透性能的方法

技术领域

本发明涉及一种溶液气压法测试混凝土、砂浆渗透性能的方法。属于混凝土技术领域。

背景技术

现在用于评价混凝土渗透性能的方法多采用单通道或多通道并联加压或通电的方式，主要有如下几种(1)渗透压力法，此方法比较真实模拟现实混凝土渗透情况，能测试普通混凝土，但操作烦琐，效率低，且不能测试现场混凝土，不能测试高性能混凝土；(2)电量法，包括ASTMC1202及其改良方法。ASTMC1202主要是测量厚度为50mm，直径在100mm的混凝土试件在60V电压下，于6小时内通电量大小来评定混凝土的渗透性，此方法实用于普通混凝土，对高性能混凝土存在争议。其改良法于ASTMC1202一样，也存在评定高性能混凝土时误差较大问题，而这种误差就在于通电量与渗透性能没有直接的关系；(3)电迁移法，此法有多种，最成功的是Tang-Nillsson法(CAI MaterialsJournal Vol.89.No.1.1992.49-53)，即通过对浸泡于NaCl溶液的混凝土试样施加适当电压，之后通过测量氯离子的渗透深度，利用简化的Nerst-Plank方程，求出氯离子扩散系数.此法缺点是方法复杂，测试时间较长，且计算数据也不够准确。所以，迄今为止还没有一种操作简单，同时又科学准确测试普通混凝土和高性能混凝土渗透性能的方法。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种溶液气压法测试混凝土渗透性能的方法及其相关设备。该方法是将多块用环氧树脂封闭多面，单留一面不封闭作为渗透面的混凝土、砂浆的试块，  同时浸入盛有液态物质的二类压力容器中，用钢瓶中氮气给容器内加压，使水或者溶液在混凝土试块中渗透，用予埋在试块内的金属片引出导线，测试在加压过程中试块从干燥、湿润、逐步渗透、全渗透电导变化率的过程，该测试方法步骤如下：

a、将养护好的试块自然晾干，选择予埋面和渗透面，予埋面和渗透面为2个相对应的面，并将该面用钢刷刷毛，然后擦净灰尘；

b、将带有导线的金属片置放在予埋面上，用环氧树脂封闭，除渗透面外的所有面；

c、将处理好的试块放入二类压力容器中，将导线与设置在压力容器中的引出线连接，并对其接头作密封处理，关闭压力容器的封头盖，使其密封，同时关闭压力容器的排水阀，打开排气阀和进水阀，使压力容器中充满水或其它溶液，然后关闭进水阀及排气阀，使压力容器整个系统密闭；

d、打开连接压力容器的高压氮气瓶，调节减压器，并对压力容器加压至所需压力，其中人工控制所加压范围a±0.05MPa，测试的初始电阻值从试块放入容器即开始；

e、实验结束卸压后，取出试块，并将试块置于压力机下剖开，以毫米为单位测量试块的渗透深度；

f、实验数据处理。

溶液气压法混凝土抗渗测试仪是一种气液混合二类压力容器，其内部容积有0.46m³，可同时测试36组标准混凝土试块，工作压力0～4MPa，边壁有24根耐压耐温导线引出，容器的顶部有安全阀，排气阀，压力表，边壁有进气阀，引导线的阀兰，底部有排污阀，进水阀，压力表精度高于国标精度。

由于采用了以上技术方案，本发明的测试方法及其相关设备，可实现将封闭好了的多块试块同时浸入盛有液态物质的二类压力容器中，用钢瓶中氮气给容器内加压，使水或者溶液在混凝土中渗透，用予埋在试块上的金属片引出导线，测试在加压过程中试块从干燥、湿润、逐步渗透、全渗透电导变化率的过程，从而间接评价混凝土的渗透性能。本方法与国标GBJ82-85测试混凝土的渗透性能有很好的相关性，其相关系数为0.9913，可代替其使用。本方法可高效率地、科学地测试混凝土渗透性能，并且通过取芯测试现场混凝土的渗透性能，实用于建筑、道路、水工、港口和科研领域。

附图说明

图1为本发明相关设备的结构示意图

图2为本发明混凝土、砂浆试块对比渗透深度回归分析图

图3为本发明实施例4的试块测试电导变化率图

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：

见图1、图2、图3。

溶液气压测试混凝土抗渗性能的方法及相关设备与本发明所公开的测试方法的相关设备为一种气液混合二类压力容器，压力容器的内部容积为0.46m³压力容器用管道连接氮气瓶11，连接管道上设有减压阀10、压力表9、进气阀5、压力容器上部为封头盖，封头盖上设置有安全阀1，排气阀2及压力表，压力容器边壁上设置有温度套管3，导线引出法兰4，排水阀7，压力容器下部设有排污阀8，进水阀6，

本发明的测试方法步骤如下：

a、将养护好的试块自然晾干，选择予埋面和渗透面，予埋面和渗透面为2个相对应的面，并将该面用钢刷刷毛，然后擦净灰尘；

b、将带有导线的金属片置放在予埋面上，用环氧树脂封闭除渗透面外的所有面；

c、将处理好的试块放入二类压力容器中，分层放置，将导线与设置在压力容器中的引出线连接，并对其接头作密封处理，关闭压力容器的封头盖，使其密封，同时关闭压力容器的排水阀，打开排气阀和进水阀，使压力容器中充满水或其它溶液，然后关闭进水阀及排气阀，使压力容器整个系统密闭；

d、打开连接压力容器的高压氮气瓶，调节减压器，并对压力容器加压至所需压力，其中人工控制所加压范围a±0.05MPa，测试的初始电阻值从试块放入容器即开始，测试至卸压为止；

e、实验结束卸压后，取出试块，并将试块置于压力机下剖开，以毫米为单位测量试块的渗透深度；

f、实验数据处理。包括压力、时间、介质的黏度、温度、电阻值、渗透深度。

溶液气压法与国标方法在原理上都遵从达西定理。根据达西定律，水流通过孔隙材料的流量Q(cm³/s)与渗透面积A(cm²)成正比，而与水力比降X/H成反比，X为渗水距离，H为压力水头(cm)即：

$Q=K\frac{A}{X/H}$

$K=\frac{Q\×X}{A\×H}(\mathrm{cm}/s)---\left[1\right]$

式中K为渗透系数，具有流速的因次，渗透系数K反应了材料渗透能力的大小，其与多孔材料的性质。如孔隙大小，形状及液体的粘度有关，对于液体为水的情况下：

$K=\frac{\mathrm{\κ}}{\mathrm{\η}}---\left[2\right]$

其中：к-由多孔材料性质决定的渗透率

      η-水的粘性系数

混凝土的渗透性能与混凝土的龄期、水灰比、水泥的细度、孔隙大小、形状及液体粘度有关。混凝土28天后的孔隙率一般在8-25％之间。两者之间有许多相同影响因素，唯一不同的影响因素就是“空气的阻力”，因溶液气压法将试块周围密封阻止了空气的通道，而国标方法试块是一个敞开的通道。然而这种阻止并不能改变成型后的混凝土结构性能，即水灰比、水泥细度、孔隙大小、形状。

由于防水混凝土水灰比小于0.55，混凝土28天强度大于20MPa，且内部气泡并不是连同的通道，国标方法测试最大压力是4MPa，不构成混凝土内部结构的破坏，也不可能迫使内部空气集中于顶部，在测试过程中，水是挤开空气通过毛细管而渗透的，空气在局部被压缩，对于空气的阻力影响，溶液气压法与国标是基本一致的。空气阻力对两种方法影响是一致的，区别是微乎其微的，可以忽略不计。

用华新32.5级，42.5级普通硅酸盐水泥配置C20～C50混凝土，灰砂比为1∶1，1∶1.5，1∶2，1∶2.5，1∶3稠度为7～9cm砂浆，用溶液气压法和GBJ82-85方法测试同条件36组28d混凝土、砂浆试块，其渗透平均深度结果回归分析，其方程为Y＝1.013X¹⁰²⁹²，Y为溶液法平均深度，单位毫米；X为国标渗透平均深度，单位毫米，其相关系数为0.9913。(见图2)

          我国三种评价混凝土抗渗性能标准如下表1

方法	抗渗标号法	渗透系数法	渗水高度法
				概要	试件形状尺寸：上底直径175mm，下底直径185mm，高150mm
从0.1MPa开始，每8小时增加0.1MPa水压，到6个中有3个试端面渗水，停止实验，记录水压并以此计算抗渗标号	一次加压到0.8～1.2MPa，恒压24h，劈开试件，量算平均渗透高度，以此计算渗透系数K＝ε*Dm2/(2TH)	一次加压1.2MPa水压，恒压24h，劈开试件，量算平均高度

下面介绍本发明实施例

实施例一

试样：自配置砂浆配比，材料华新42.5级普通硅酸盐水泥，巴河中粗砂，自来水。用两种方法同时测试Y-1～Y-5，用国标方法分台测试，溶液气压法同一容器测试。试样采用5组，每组6块，具体测试过程如前所述。测试介质采用水。表2是5组不同水灰比的砂浆配合比及试块28天抗压强度。表3是本发明测试方法的测试结果与国标GBJ82-85测试结果的对比。(仅对渗透深度进行处理)

                     5组砂浆配合比表2

试样	水灰比	灰砂比	28d抗压强度MPa
				Y-1	0.39	1∶1	51.4
Y-2	0.43	1∶1.5	45.5
				Y-3	0.52	1∶2	37.3
Y-4	0.58	1∶2.5	35.8
				Y-5	0.63	1∶3	33.2

            5组砂浆渗透深度及渗透标号(两种方法均未透水)表3

试样编号	GBJ82-85渗透深度mm	溶液气压法		渗透最终压力MPa	渗透标号
						渗透高度mm	换算国标深度mm
		Y-1	3.6					3.7	3.5	1.2	达到S12
Y-2	7.3			7.6	7.1	1.2	达到S12
		Y-3	11.8					12.3	11.3	1.2	达到S12
Y-4	13.6			14.4	13.2	1.2	达到S12
		Y-5	16.9					20.7	18.8	1.2	达到S12

实施例二

试样：自己配置。标养28天

材料：华新42.5级普硅，巴河中粗砂，5～20mm石英碎石。

试样采用4组每组6块，测试介质为水，具体测试过程如前所述。表4为组不同混凝土配合比及28天抗压强度，表5是本发明测试方法的测试结果。(仅对渗透深度进行处理)

                    四组混凝土配合比表4

编     水灰    水泥                              外加剂     28天强

                         砂(kg/m³)  石(kg/m³)

号     比      (kg/m³)                         (kg/m³)    度(MPa)

B1     0.60    300       720         1080       1.5         24.2

B2     0.55    330       720         1080       1.65        32.7

B3     0.50    360       720         1080       1.62        39.1

B4     0.45    400       720         1080       2.4         47.4

             四组混凝土1.0 MPa恒压24小时渗透系数表5

                                                渗透系数

                   溶液气压法

                                                cm/s

编号

          溶液气压法深     换算国标深度

                                                X10^-9

          度cm             cm

B1        5.4              4.8                  40.1

B2        4.7              4.2                  30.6

B3        4.3              3.8                  25.6

B4        2.3              2.2                  8.6

实施例三

溶液气压法能测试不同形状试样的渗透性能。表6是混凝土配合比及28天抗压强度。测试介质为水，具体测试工程如前所述。表7是本发明的测试方法对不同形状试块的两次测试结果的对比。(仅对渗透深度进行处理)

                      混凝土配合比表6

       42.5级普             5～20mm         28d强    同批块

       水            中粗砂         FDN-5A

              硅            碎石            度       数

kg/m³ 177    430    751    1038    2.14    43 MPa   12

1#～4#分别代表150mm，100mm边长的立方块，国标形状试块，直径100mm高100mm圆柱体。

           溶液法不同形状试块渗透深度对比表7

渗透深度mm                                                     各组

No

          1#           2#          3#            4#            块数

第一批    67(100)      58(86.6)    37.3(55.6)    35(52.2)      12

第二批    50.3(100)    46(91.4)    29.6(58.8)    27.1(53.9)    12

注：括号内表示1#～4#深度与1#深度比值百分率

显而易见，形状对渗透影响呈现规律性，立方体深度大于圆柱体深度。同形状体积大的深度大于体积小的深度。

实施例四

在线检测通过对压力下电导率经时变化测试，描述混凝土中溶液的渗透过程。

本实验用水泥为一冶42.5级普通硅酸盐水泥，黄石电场I粉煤灰，阳逻电场II级粉煤灰，挪威硅灰，高效减水剂。砂为中粗砂，石为5～10mm碎石。试样6组每组一块，成型φ100×40mm试块在距底面三厘米处预埋φ60带孔金属薄片引出导线，将试块标养7天后置于自然环境中凉干，用环氧密封周围及顶面，将试块浸入5％NaCl溶液中，测量溶液与试块引出导线的电阻。测试压力为1.2MPa24小时，卸压后测电阻及渗透深度。

           1#～6#混凝土配比单位(kg/m³)表8

                                   FA   FA

编号  水     水泥    砂     石     I    II    UEA   硅灰  FDN-5A

1#    180    300     900

2#    180    270     900    900    30

3#    180    270     900    900         30

4#    180    264     900    900               36

5#    180    270     900    900                     30

6#    180    300     900    900                            1.5

由图3可看出1#～3#很快达到了平衡。说明已经透水，5#和6#还未完全平衡。与剖开试块情况相同。

由以上实施例可看出溶液气压法有九大优势：

(1)通过取芯检测现场混凝土，

(2)可测试不同形状混凝土及岩石的裂缝的灌浆情况。

(3)实现从低标号到高标号的检测。

(4)通过再线检测，描述渗透过程。

(5)可同时对比多组混凝土抗渗性能，有利于研究混凝土的耐久性。

(6)可测试不同溶液，水，油的渗透。

(7)无须电源，停电可使用。

(8)无环境污染尤其是噪音污染。

(9)可操作性强，劳动强度低，效率高，较国标HS-40可提高400％效率。

Claims (1)

1、溶液气压法测试混凝土，砂浆抗渗透性能的方法，混凝土渗透性能测试方法采用单通道或多通道并联加压或通电的方式，其特征在于，该方法是将多块用环氧树脂封闭多面，单留一面不封闭作为渗透面的混凝土、砂浆的试块，同时浸入盛有液态物质的二类压力容器中，用钢瓶中氮气给容器内加压，使水或者溶液在混凝土试块中渗透，用予埋在试块内的金属片引出导线，测试在加压过程中试块从干燥、湿润、逐步渗透、全渗透电导变化率的过程，该测试方法步骤如下：

a、将养护好的试块自然晾干，选择予埋面和渗透面，予埋面和渗透面为2个相对应的面，并将该面用钢刷刷毛，然后擦净灰尘；

b、将带有导线的金属片置放在予埋面上，用环氧树脂封闭，除渗透面外的所有面；

c、将处理好的试块放入二类压力容器中，将导线与设置在压力容器中的引出线连接，并对其接头作密封处理，关闭压力容器的封头盖，使其密封，同时关闭压力容器的排水阀，打开排气阀和进水阀，使压力容器中充满水或其它溶液，然后关闭进水阀及排气阀，使压力容器整个系统密闭；

d、打开连接压力容器的高压氮气瓶，调节减压器，并对压力容器加压至所需压力，其中人工控制，所加压力范围在a±0.05MPa，测试的初始电阻值从试块放入容器即开始；

e、实验结束卸压后，取出试块，并将试块置于压力机下剖开，以毫米为单位测量试块的渗透深度；

f、实验数据处理。

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