专利名称：混凝土气体渗透系数环形测试仪及其测试方法
技术领域：
本发明属于混凝土材料耐久性检测技术领域，具体涉及一种混凝土气体渗透系数环形测试仪的设备及其测试方法。
背景技术：
提高混凝土的耐久性，延长混凝土的实际使用寿命，是当前混凝土学术界研究的重点，其关键在于控制混凝土的渗透性，表征混凝土的渗透性能，按渗透介质有水和O2、N2、空气等的渗透系数，由于测试速度和低压稳定的要求，研究重点在于气体的稳态渗透方面。
以气体为测试介质的渗透系数测试方法，目前常用的有Figg法和Cembureau法。
Figg法测定混凝土密实性属于半破损的方法，测试时，在混凝土表面钻10mm的小孔，深度约40mm，将孔中的浮灰清除后打入一个紧贴孔壁的橡胶塞子，在孔的下部形成一个密封的区域，再在橡胶塞的中心穿上一根细针管，该针管外接一个带阀门的真空泵，实验时将密封区域抽真空，区域内的绝对压力值要小于0.45MPa，关闭真空泵，由于混凝土微孔的泄漏，真空度将随时间逐步减小，其测量的指标为密封区域内的绝对压力从0.45MPa变到0.50MPa所要花费的时间，单位为秒。此方法虽然所需设备简易，但密封效果不理想。试验结果的重复性和可靠性受到学术界的质疑。
1989年，Kollek提出以O2为渗透介质测定混凝土渗透系数的Cembureau法，获得国际上的广泛接受。其原理为给试样施加稳定的气压，记录在此压力下通过试样的气体流量，再转换到渗透系数，以此比较混凝土渗透性能。该法采用了轮胎式的密封结构，密封效果非常理想。其试验步骤也非常严格，测试程序复杂。但本方法存在实验操作过于繁琐，所需设备庞大，试样的装卸费劲的缺点。
因此，研究一种操作简便、密封效果好、设备便于携带的混凝土气体渗透系数测试方法是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提出一种操作简便、密封效果好、设备便于携带的混凝土气体渗透系数环形测试仪及其测试方法。
本发明提出的混凝土气体渗透系数环形测试仪，由盖板1、外壳2、流量计8、密封圈7、被测样品3组成，其中，盖板1呈T字形，盖板位于外壳2的顶部，盖板1与外壳2通过螺纹连接，被测样品3的外壁呈圆柱形，其内部空心，横截面呈圆环状，纵截面呈U字形，被测样品3置于外壳2内，被测样品3的顶、底部均设有密封垫4，以保证该部位的密封，外壳2的一侧设有进气口6，进气口6通过阀门连接压缩气体罐7，盖板1的中心设置连接孔道10，该连接孔道10一端连接被测样品3的内部空心部位，另一端通过软管9连接流量仪8。
本发明中，所述的密封圈5为O型橡胶密封圈。
本发明中，所述的密封垫4为真空橡胶密封垫。
本发明中，所述被测样品3的外径为150～200mm，内径为80～110mm，外形高为160～200mm，内侧空腔高为130～150mm。
本发明提出的混凝土气体渗透系数环形测试仪的测试方法，具体步骤如下(1)将达到规定龄期的被测样品烘干，被测样品置于外壳内，拧紧外壳与盖板连接部位的螺母，开启压缩气体罐阀门，测试被测样品的透气性能，保持被测样品的平衡时间为10分钟～20分钟，以使被测样品中可能通过气体的通道内均充满所透过的气体，在同一测试条件下，每一个被测样品重复3～5次，测试透过被测样品的气体流量，求得被测样品渗透系数平均值，所得流量数据的相对误差小于10％；(2)改变测试压力，重复以上测试，测试透过被测样品的气体流量，求得被测样品渗透系数平均值，取3-5个被测样品渗透系数平均值作为该组被测样品的测试值；其中被测样品的渗透系数通过下述公式计算得到D=2QLμPaA(P2-Pa2)]]>式中D——混凝土气体渗透系数(m2)Pa——当地的大气压力(Pa)P——气体进口端的绝对压力(Pa)Q——气体流量(m3/s)L——试样的厚度(m)μ——气体动力粘度(Ns/m2)A——试样内径对应的内壁面积(m2)(A＝πΦ4h)。(φ4表示被测样品内径，h表示被测样品内侧空腔高)。
本发明中，所述透过的气体介质为O2、N2、空气或CO2等。
本发明中，所述透过气体的压力为0.15MPa～0.3MPa。
本发明的有益效果本发明测试原理建立于达西定律之上，混凝土气体渗透系数计算模型简单，其测试形式为独创。与Figg法相比本发明具有较高的精确度，试验的重演性好，密封效果好，测试结果可靠等特点，与Cembureau法相比本发明具有操作简便，设备小巧，便于携带，且测试精度与之相当。
图1为本发明的结构图示。
图中标号1为盖板，2为外壳，3为被测样品，4为密封垫，5为密封圈，6为进气口，7为压缩气体罐，8为流量计，9为软管，10为盖板的孔道。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1将下列各部件按图1所示方式连接，该领域的技术人员均能顺利实施。盖板1采用A3钢材料，其尺寸上沿直径220mm、下沿直径211mm；外壳2采用A3钢材料，其外形尺寸为直径236mm、总高230mm；被测样品尺寸为外径200mm、内径110mm、内侧空腔高150mm、壁厚45mm；密封垫4采用3mm厚真空橡胶密封垫，密封圈5采用206×5.30G GB3452.1的O形橡胶密封圈，进气口6尺寸为直径18mm；压缩气体罐7为工业氮气钢瓶；流量计8为皂膜流量计；软管9真空橡胶管；盖板的孔道直径为直径18mm。
实施例2测试方法按表1配合比成型试样，具体尺寸为外径200mm、内径110mm、内侧空腔高150mm、壁厚45mm。
将达到28天龄期的上述混凝土样品烘干，置于外壳内，拧紧外壳与盖板连接螺母，开启压缩气体罐阀门，通入N2，将气压调到指定的第一个压力值0.15MPa，保持样品内通气时间20分钟，开始测试透过被测样品的气体流量，记录该流量值；改变测试压力分别为0.2MPa、0.3MPa，重复以上测试，记下各种条件的测试值，按D=2QLμPaA(P2-Pa2)]]>求得被测样品渗透系数值，取三个被测样品渗透系数平均值作为该组被测样品的测试值；测试结果见表2。
表1 实验用混凝土配合比
表2 混凝土渗透系数结果汇总 单位×10-17m2
权利要求
1.混凝土气体渗透系数环形测试仪，由盖板(1)、外壳(2)、流量计(8)、密封圈(7)、被测样品(3)组成，其特征在于，盖板(1)呈T字形，盖板位于外壳(2)的顶部，盖板(1)与外壳(2)通过螺纹连接，被测样品(3)的外壁呈圆柱形，其内部空心，横截面呈圆环状，纵截面呈U字形，被测样品(3)置于外壳(2)内，被测样品(3)的顶、底部均设有密封垫(4)，以保证该部位的密封，外壳(2)的一侧设有进气口(6)，进气口(6)通过阀门连接压缩气体罐(7)，盖板(1)的中心设置连接孔道(10)，该连接孔道(10)一端连接被测样品(3)的内部空心部位，另一端通过软管(9)连接流量仪(8)。
2.根据权利要求1所述的混凝土气体渗透系数环形测试仪，其特征在于所述的密封圈(5)为O型橡胶密封圈。
3.根据权利要求1所述的混凝土气体渗透系数环形测试仪，其特征在于所述的密封垫(4)为真空橡胶密封垫。
4.根据权利要求1所述的混凝土气体渗透系数环形测试仪，其特征在于所述被测样品(3)的外径为150～200mm，内径为80～110mm，外形高为160～200mm，内侧空腔高为130～150mm。
5.一种如权利要求1所述的混凝土气体渗透系数环形测试仪的测试方法，其特征在于具体步骤如下(1)将达到规定龄期的被测样品烘干，被测样品置于外壳内，拧紧外壳与盖板连接部位的螺母，开启压缩气体罐阀门，测试被测样品的透气性能，保持被测样品的平衡时间为10分钟～20分钟，在同一测试条件下，每一个被测样品重复3～5次，测试透过被测样品的气体流量，求得被测样品渗透系数平均值，所得流量数据的相对误差小于10％；(2)改变测试压力，重复以上测试，测试透过被测样品的气体流量，求得被测样品渗透系数平均值，取3-5个被测样品渗透系数平均值作为该组被测样品的测试值；其中被测样品的渗透系数通过下述公式计算得到D=2QLμPaA(P2-Pa2)]]>式中D——混凝土气体渗透系数，单位为m2，Pa——当地的大气压力，单位为Pa，P——气体进口端的绝对压力，单位为Pa，Q——气体流量，单位为m3/s，L——试样的厚度，单位为m，μ——气体动力粘度，单位为Ns/m2，A——试样内径对应的内壁面积，单位为m2，其中，A＝πΦ4h，Φ4表示被测样品内径，h表示被测样品内侧空腔高。
6.根据权利要求5所述的混凝土气体渗透系数环形测试仪的测试方法，其特征在于所述透过的气体介质为O2、N2、空气或CO2。
7.根据权利要求5所述的混凝土气体渗透系数环形测试仪的测试方法，其特征在于所述透过气体的压力为0.15MPa～0.3MPa。
全文摘要
本发明属于混凝土材料耐久性检测技术领域，具体涉及一种混凝土气体渗透系数环形测试仪的设备及其测试方法。由盖板、外壳、流量计、密封圈、被测样品组成，盖板位于外壳的顶部，被测样品位于外壳内，其外壁呈圆柱形，内部空心，横截面呈圆环状，纵截面呈U字形，被测样品的顶、底部均设有密封垫，外壳一侧的进气口连接压缩气体罐，盖板中心设有连接孔道，被测样品的内部空心部位通过该连接孔道连接流量仪。测试时，将被测样品置于外壳内，开启压缩气体罐阀门，测试被测样品透气性能，保持被测样品平衡时间为10分钟～20分钟，每组被测样品重复3～5次，改变测试压力，重复测试，测试透过被测样品的气体流量，求得被测样品渗透系数平均值，取3～5个被测样品渗透系数平均值作为该组被测样品的测试值。本发明精确度高，试验的重演性好，密封效果好，测试结果可靠，操作简便，设备小巧，便于携带。
文档编号G01N33/38GK1815174SQ20061002366
公开日2006年8月9日 申请日期2006年1月26日 优先权日2006年1月26日
发明者王中平, 施惠生, 李启令 申请人:同济大学