CN201583477U - 一种混凝土气体渗透率测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混凝土气体渗透率测试系统，它包括气体渗透率测试单元、气体流量计、高压气瓶、减压阀和压力表；气体渗透率测试单元包括密封腔、密封腔中的测试件和设置在圆钢套的内壁与测试件的外壁之间的充气轮胎；密封腔包括圆钢套、底板和顶盖，圆钢套中部开设有一与充气轮胎内腔相通的第一进气口，底板和顶盖上分别设置有与测试件相通的第二进气口和出气口，进气口和出气口上均设置有密封气嘴；气体渗透率测试单元上的第一、第二进气口通过两路管线分别连接第一、第二减压阀，两路管线汇聚后依次连接第三减压阀和高压气瓶的出口；气体渗透率测试单元上的出气口通过管线直接连接气体流量计。本实用新型的密封效果好，试验操作简便，测试精度高，实验结果重现性好，可以应用于混凝土材料孔隙(裂隙)结构、气体渗透率的试验研究及实际工程耐久性检测领域。

Description

一种混凝土气体渗透率测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种测试仪，特别是关于一种混凝土气体渗透率测试系统。

背景技术

混凝土材料的耐久性，对混凝土结构全寿命周期的安全性、经济性具有重要意义。如何正确检测、评估混凝土材料的耐久性，对混凝土材料工程应用至关重要。目前，大多实验室通过检测混凝土渗透性来评估混凝土材料耐久性，这种方法通常使用的渗透介质有溶液、液体、气体等。而由于气体对混凝土材料的惰性及气体渗透对微结构的敏感性更高，因此气体渗透率可以更为灵敏地反映不同混凝土材料耐久性之间的差异。

气体渗透率的测量主要有测试稳态流量和压力变化两大类方法，前者如Cembureau方法，后者有如Figg法、Calogovic推导的测量方法和王中平建议的方法等。由于气体密封效果的问题，基于压力变化的测量方法受密封效果不良的影响很大，试验结果的重现性、离散性差。Kollek于1989年提出的以氧气为渗透介质测定混凝土渗透系数的Cembureau方法已获得国际上的广泛接受，并在1999年由RILEM作为测试标准推出。其原理为：采用圆柱试件，侧面密封，两个端面施加稳定的气压，通过记录在此两端面压力差作用下的气体流量来推算材料的气体渗透系数。由于采用轮胎式的侧面密封结构，密封效果非常理想。基于稳态流量测量Cembureau方法的试验步骤严格，测试结果精度高，可重现性好，但也使得Cembureau法测试程序复杂，试验操作过于繁琐，试样装卸费劲等不足。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种密封效果好，试验操作简便，测试精度高，实验结果重现性好的混凝土气体渗透率测试系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：它包括气体渗透率测试单元、气体流量计、高压气瓶、减压阀和压力表；其中，所述气体渗透率测试单元包括一密封腔、一放置在所述密封腔中的圆柱体状测试件和一设置在所述圆钢套的内壁与所述测试件的外壁之间的充气轮胎；所述密封腔包括一环形圆钢套，所述圆钢套的底端和顶端分别设置有一底板和一顶盖，所述底板和顶盖与所述圆钢套的结合面上均设置有一O形密封圈，所述底板和顶盖通过螺栓与所述圆钢套紧固连接；所述圆钢套中部开设有一与所述充气轮胎内腔相通的第一进气口，所述底板和顶盖上分别设置有与所述测试件相通的第二进气口和出气口，所述第一、第二进气口和出气口上均设置有密封气嘴；所述气体渗透率测试单元上的第一、第二进气口通过两路管线分别连接第一减压阀和第二减压阀，两路所述管线汇聚后依次连接第三减压阀和高压气瓶的出口；所述气体渗透率测试单元上的出气口通过管线直接连接所述气体流量计，所述压力表设置在所述第一进气口与第一减压阀之间的管线上。

所述气体渗透率测试单元上的第一、第二进气口和所述高压气瓶出口所在的管线上分别设置有一气阀。

所述测试件包括一圆饼试件，所述圆饼试件的顶部和底部分别设置有一层PVC薄圆板，且所述PVC薄圆板与所述圆饼试件具有相同直径；所述圆饼试件和两层PVC薄圆板周向套设一橡胶套，且所述橡胶套的顶部和底部均与所述PVC薄圆板表面平齐；两层所述PVC薄圆板的表面均设置有一橡胶垫，且所述橡胶垫的直径与所述橡胶套的外径相同。

所述气体流量计采用皂膜流量计，其流速为0.1～100mL/min。

所述压力表采用量程1MPa、精确至1KPa的高精度压力表。

所述密封腔的钢材为A3模具钢，所述PVC薄圆板的单面具有环状花纹。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本实用新型包括由密封腔、测试件和充气轮胎组成的气体渗透率测试单元，充气轮胎设置在圆钢套的内径与测试件的外径之间，密封腔中的圆钢套上开设有一与充气轮胎内腔相通的进气口，密封腔中的底板和顶盖上分别设置有与测试件相通的进气口和出气口，两进气口和出气口上均设置有密封气嘴，气体渗透率测试单元上的两进气口分别通过管线连接二减压阀，该二减压阀通过管线再依次连接第三减压阀和高压气瓶，气体渗透率测试单元上的出气口通过管线连接气体流量计，压力表设置在进气口与第一减压阀之间管线上，因此测试时充气轮胎能够很好地将测试件密封好，从高压气瓶输送的高压气体经过减压阀的减压稳定后，在测试件上、下表面能够形成稳定的压力，从而测得在此压力差作用下的稳态气体体积流量，进而得到圆饼试件的固有气体渗透率，操作简便，更为重要的是密封性能好带来的测试结果精度高、实验结果重现性好。2、由于本实用新型的测试件由一圆饼试件、两分别设置在圆饼试件顶部和底部的PVC薄圆板、一将圆饼试件和两PVC薄圆板套住的橡胶套，以及两橡胶垫组成，且两橡胶垫分别设置在橡胶套的顶部和底部，因此进一步提高了本实用新型的密封性能。3、由于本实用新型的密封腔中，圆钢套与底板和顶盖之间通过螺栓固定连接，放气后轮胎的内径比测试件的外径稍大，因此方便更换测试件。本实用新型的密封效果好，试验操作简便，测试精度高，实验结果重现性好，可以应用于混凝土材料孔隙(裂隙)结构、气体渗透率的试验研究及实际工程耐久性检测领域。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图

图2是本实用新型中气体渗透率测试单元的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型包括一气体渗透率测试单元1、一气体流量计2、一高压气瓶3、三个常闭的减压阀4，4″和4″、一压力表5、三个气阀6和若干管线7。气体渗透率测试单元1上具有一个出气口8和两个进气口9、10，出气口8通过管线7直接连接气体流量计2，气体流量计2用来测量从出气口8排出的气体体积流量。进气口9、10通过两路管线7分别连接减压阀4和4″，两路管线7汇聚后依次连接减压阀4″和高压气瓶3的出口，其中减压阀4、4″和4″用于气路上的减压，并为气体渗透率测试单元1提供稳定的高压力。压力表5设置在进气口9与减压阀4之间的管线7上，用于测量所在气路上的气体压力。三个气阀6分别设置在进气口9、10和高压气瓶3出口所在的管线7上。

如图2所示，气体渗透率测试单元1包括一钢制的密封腔11、一圆柱体状的测试件12、一开放式的充气轮胎13和三个密封气嘴14。其中，密封腔11包括一环形圆钢套111，圆钢套111的底端和顶端分别设置有一底板112和一顶盖113，底板112和顶盖113与圆钢套111的结合面上均设置有一O形密封圈114，底板112和顶盖113通过螺栓115与圆钢套111紧固连接。

测试件12包括一圆饼试件121，圆饼试件121的顶部和底部分别设置有一层PVC(Polyvinyl chloride polymer，聚氯乙烯)薄圆板122，且PVC薄圆板122与圆饼试件121具有相同直径。圆饼试件121和两层PVC薄圆板122周向套设一橡胶套123，且橡胶套123的顶部和底部均与PVC薄圆板122表面平齐。两层PVC薄圆板122的表面均设置有一橡胶垫124，且橡胶垫124的直径与橡胶套123的外径相同。上述圆饼试件121制作较为特殊，其具体制作方法为：将达到了预定龄期的混凝土作为原材料，并按造设计规格制作成圆饼状；然后在一定温度下烘干，再将烘干的圆饼状混凝土的侧面涂刷上一定厚度的环氧树脂，作为密封及界面过渡处理；最后将处理好的圆饼试件121置于干燥环境中，冷却至室温。圆饼试件121的尺寸一般制作为直径150mm，厚50mm。

充气轮胎13设置在圆钢套111的内壁与测试件12的外壁之间，其采用专门设计的模具灌注较软的硅橡胶制作而成，且外边缘中部空出一圈，测试时在内部气体压力作用下与圆钢套111的内壁贴紧密闭。为了在密封腔11外能够方便地为充气轮胎13充气，圆钢套111中部开设了一与充气轮胎13内腔相通的进气口10。为了进一步密封，进气口10上设置一密封气嘴14。

本实用新型做实验时采用气体作为渗透介质，渗透介质主要为氧气、氮气和空气等对混凝土呈惰性的气体。鉴于此，顶盖113、底板112、橡胶垫124和PVC薄圆板122上开设有贯通的出气口8/进气口9，以使渗透媒介可以通过进气口9到达圆饼试件121，并在压力差作用下渗透媒介可以渗透到圆饼试件121内，从圆饼试件121出来的渗透媒介从出气口8排出。同样为了使出气口8和进气口9密封，在出气口8和进气口9上分别设置一密封气嘴14。

上述实施例中，气体流量计2可以采用皂膜流量计，其流速为0.1～100mL/min。

上述实施例中，高压气瓶3为高压工业气瓶，其为气体渗透率测试单元1供气。

上述实施例中，压力表5可以采用量程1MPa、精确至1KPa的高精度压力表。

上述实施例中，管线7均采用气密性能好的软管。

下面通过一个具体实施例来对本实用新型的效果进行验证。

本实施例中，密封腔11的钢材均采用A3模具钢，圆钢套111内径230mm，壁厚25mm，顶盖113厚10mm，底板112厚15mm；O形密封圈114采用内径262mm、粗6mm的密封圈；PVC薄圆板122直径150mm，厚25mm，单面有齿深2mm的环状花纹；橡胶套123的内径为148mm，壁厚7mm。将欲测的混凝土测试件12装入密封腔11中，并将各部件用管线7连接好。下面是本实施例的操作方法，其步骤如下：

1)开启高压气瓶3出口的气阀6，然后缓慢开启减压阀4″，使调整下游气压为1.6MPa左右。

2)缓慢开启减压阀4，并使调整下游气压为为0.7MPa。

3)缓慢开启减压阀4″，对圆饼试件121表面施加一定气体压力。

4)每隔10min/20min利用气体流量计2测量一次气体流量，待前后两次测量结果

误差小于1％时，记录此时所得流速Q即为稳态体积流速，并按下式计算该压力作用下的表观渗透率：

$k_a=\frac{\mathrm{\μLQ}{P}_{\mathrm{atm}}}{A(P-P_{\mathrm{atm}})P_m}---\left(1\right)$

其中，k_a——圆饼试件121所使用混凝土的表观气体渗透率(m²)；

      P_atm——试验当时、当地的大气压力(Pa)；

P——底板112上进气口8的绝对压力(Pa)；

P_m——上下游气体压力均值(Pa)，P_m＝(P+P_atm)/2；

Q——气体流量计2测得的稳态气体体积流速(m³/s)；

L——圆饼试件121的厚度(m)；

μ——气体的动力粘度(Pa×s)；

A——圆饼试件121断面的横截面积(m²)；

(5)调整减压阀4改变圆饼试件121表面上施加的气体压力，按步骤(4)的方法测量圆饼试件121在至少3个不同压力作用下的稳态体积流速，并计算不同进气压力P下的表观气体渗透率k_a。

(6)将不同压力P下的1/P_m与对应的表观气体渗透率k_a进行线性回归拟合，即

$k_a=b\×\frac{1}{P_m}+k_v---\left(2\right)$

所得截距k_v为圆饼试件121的固有气体渗透率。

(7)关闭进气口9、10上游管路7上的气体阀门6，并给充气轮胎13放气，打开顶盖113，揭开圆饼试件121上表面的PVC薄圆板122，将已经测试完毕的测试件12取出并更换圆饼试件121，重复上述步骤测量另一圆饼试件121的气体渗透率。

每隔10min利用气体流量计2测量从出气口8排出的气体体积流量，按照上述步骤5)依次调整气压P分别为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa左右，测量稳态体积流量Q、压力P并计算表观渗透率k_a。试验要求较高精度时，可以多补测几个测点。将试验时采用的平均气体压力的倒数1/P_m、表观渗透率k_a按式(2)进行线性回归，求得所得截距k_v即为混凝土试件的本质渗透率，测试结果如表1所示。

表1

上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：它包括气体渗透率测试单元、气体流量计、高压气瓶、减压阀和压力表；

其中，所述气体渗透率测试单元包括一密封腔、一放置在所述密封腔中的圆柱体状测试件和一设置在所述圆钢套的内壁与所述测试件的外壁之间的充气轮胎；所述密封腔包括一环形圆钢套，所述圆钢套的底端和顶端分别设置有一底板和一顶盖，所述底板和顶盖与所述圆钢套的结合面上均设置有一O形密封圈，所述底板和顶盖通过螺栓与所述圆钢套紧固连接；所述圆钢套中部开设有一与所述充气轮胎内腔相通的第一进气口，所述底板和顶盖上分别设置有与所述测试件相通的第二进气口和出气口，所述第一、第二进气口和出气口上均设置有密封气嘴；

所述气体渗透率测试单元上的第一、第二进气口通过两路管线分别连接第一减压阀和第二减压阀，两路所述管线汇聚后依次连接第三减压阀和高压气瓶的出口；所述气体渗透率测试单元上的出气口通过管线直接连接所述气体流量计，所述压力表设置在所述第一进气口与第一减压阀之间的管线上。

2.如权利要求1所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述气体渗透率测试单元上的第一、第二进气口和所述高压气瓶出口所在的管线上分别设置有一气阀。

3.如权利要求1所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述测试件包括一圆饼试件，所述圆饼试件的顶部和底部分别设置有一层PVC薄圆板，且所述PVC薄圆板与所述圆饼试件具有相同直径；所述圆饼试件和两层PVC薄圆板周向套设一橡胶套，且所述橡胶套的顶部和底部均与所述PVC薄圆板表面平齐；两层所述PVC薄圆板的表面均设置有一橡胶垫，且所述橡胶垫的直径与所述橡胶套的外径相同。

4.如权利要求2所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述测试件包括一圆饼试件，所述圆饼试件的顶部和底部分别设置有一层PVC薄圆板，且所述PVC薄圆板与所述圆饼试件具有相同直径；所述圆饼试件和两层PVC薄圆板周向套设一橡胶套，且所述橡胶套的顶部和底部均与所述PVC薄圆板表面平齐；两层所述PVC薄圆板的表面均设置有一橡胶垫，且所述橡胶垫的直径与所述橡胶套的外径相同。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述气体流量计采用皂膜流量计，其流速为0.1～100mL/min。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述压力表采用量程1MPa、精确至1KPa的高精度压力表。

7.如权利要求5所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述压力表采用量程1MPa、精确至1KPa的高精度压力表。

8.如权利要求1或2或3或4所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述密封腔的钢材为A3模具钢，所述PVC薄圆板的单面具有环状花纹。

9.如权利要求5所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述密封腔的钢材为A3模具钢，所述PVC薄圆板的单面具有环状花纹。

10.如权利要求7所述的一种混凝土气体渗透率测试系统，其特征在于：所述密封腔的钢材为A3模具钢，所述PVC薄圆板的单面具有环状花纹。

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