水泥基材料渗透系数测定方法及其试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水泥基材料渗透系数测定方法及其试验装置，特别涉及一种可以 测定具有尺寸效应或不同孔隙率的水泥基材料渗透系数测定方法及其试验装置。
【背景技术】
[0002] 水泥基材料的渗透性与耐久性密切相关。混凝土的渗透性决定了气体、液体以及 可溶性有害物质侵入混凝土的难易程度，直接决定着水泥基材料的碳化、离子侵蚀、钢筋锈 蚀和抗冻融性能，是影响混凝土结构物耐久性最重要的因素之一。在实际工程中，尤其是水 工构筑物，除结构性破坏外，大部分工程病害都是表层恶化、剥落或由表层破坏引发的深层 破坏，从而严重影响了混凝土结构物的耐久性。目前，我国正实施"一带一路"和"海洋强 国"战略，处于南海或西部盐湖地区等严酷环境下服役的混凝土结构，其耐久性能面临着严 峻的考验。研究水泥基材料的渗透性能，可为基于全寿命周期的混凝土结构设计提供基础 支持，具有重要意义。
[0003] 国内外确定多孔材料渗透性的方法主要依据达西定律（Darcy' s Law)，且测定试 验主要针对岩土材料。然而，与岩土材料相比，水泥基材料的孔隙率却低得多，通常其孔径 尺寸在微米和纳米尺度，孔隙迂曲度高、连通性低。因此，若要将水分从水泥基材料试件一 侧渗透到另一侧，具有非常大的难度，即使在高压水的作用下，孔隙水要渗透过一定厚度的 水泥基材料需要十几天甚至数十天。水渗透过水泥基材料到达另一侧后，其渗流流量非常 小，单位时间内渗流流量很难收集并精确测定。基于此，国内外目前尚无测定水泥基材料渗 透系数的标准方法和装置。我国《混凝土质量控制标准》（GB50164)给出了半定量评价混 凝土抗渗性能的方法（渗透深度法和抗渗标号法），即在施加水压一定时间后将混凝土劈 开量取水分渗入混凝土的深度，或记录水分由试件一侧渗出到另一侧的时间，以比较该混 凝土是否符合工程应用要求，都属于半定量分析，无法定量测定水泥基材料的渗透系数。因 此，该法主要针对工程应用，不足以用于测定材料的渗透系数等科学研究。
[0004] 中国专利公告号CN101949816A，公告日是2011年1月19日，名称为"一种测定 塑性混凝土渗透系数的试验方法"中公开了一种适用于塑性混凝土的渗透系数的方法，但 与《混凝土质量控制标准》（GB50164)混凝土抗渗性方法类似的，属于半定量法；中国专利 公告号CN103398933A，公告日是2013年11月20日，名称为"恒压混凝土渗透性测试装置" 中公开了恒定压力下混凝土水渗透系数的测试装置，由于采用空压机间接施加水压且采用 电子天平称量渗透水的质量，难以适用于孔隙率低或不同尺寸的混凝土等材料渗透系数测 定。与该专利类似的，中国专利公告号CN1815175A，公告日是2006年8月9日，名称为"单 轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪及其测试方法"公开了一种用于测定荷载作用下混 凝土气体渗透系数的方法；通常来说，考虑荷载作用对水泥基材料渗透性的影响，是考虑垂 直于荷载方向的渗透性。因此，中国专利公告号CN101074912A，公告日是2007年11月21 日，名称为"水工混凝土在荷载作用下的渗透性能测试装置及测试方法"公开了一种荷载作 用下水分渗透系数的测定方法，该方法同样对低孔隙率试样存在局限性。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于克服目前国内外在水泥基材料渗透性测试方法上的不足， 提供一种结构简单、稳定性好、自动化程度高的，能够实现用稳定流动法测定不同尺度和不 同密实度的水泥基材料渗透系数测定方法及其试验装置。
[0006] 本发明所述的水泥基材料渗透系数测定试验方法，包括以下步骤：
[0007] 1)试件预处理：将养护后的待测试件侧壁用石蜡密封；
[0008] 2)安装试验桶体：将预处理后的试件装在试验桶体内，保证试件与试验桶体接触 处以及整个试验桶体完全密封；然后试验桶体的进水口通过三通与注水增压单元连通，将 试验桶体的出水闸阀与渗水量测定单元连通；
[0009] 3)试验桶体安装完毕后，通过进水管向试验桶体中注水至排气泄水阀出现有水流 出时，停止注水，在控制器面板中设置压力参数后启动程序，增压栗启动，等到渗水量测定 单元中的读数增加速率达到稳定状态后，开始记录一定时间间隔内渗水量测定单元读数差 值，所得结果取平均值即为流量Q ;
[0010] 根据Darcy定律，渗透系数K计算公式为：
[0011]
[0012] Q一指定试件内单位时间内透过试件水流量（cm3/s);
[0013] L一试件的厚度（cm);
[0014] A-水流通过试件的总截面积（cm2);
[0015] AP-压力差，因不考虑出水端压力，此处压力差值即为试验设定的施加水压力 (MPa)；
[0016] 4)试验结束后，先关闭增压栗，等到压力全部卸载完成后，再将试验桶体的水排 出，取下试件即可。
[0017] 按照本发明所述的测试方法构建的试验装置，其特征在于：包括试验桶体、注水增 压单元、渗水量测定单元和带有控制面板的控制器，所述的试验桶体内装有试件，所述的试 验桶体的进水口与所述的注水增压单元连通；所述的渗水量测定单元与所述的试验桶体的 出水闸阀连接；所述的控制器包括时间控制单元和压力控制单元，所述的压力控制单元信 号输入端与设置在试验桶体内的压力传感器相连，所述的控制器的信号输出端与所述的注 水增压单元的增压栗的控制端相连，所述的时间控制单元的信号输入输出端、所述的压力 控制单元的信号输入输出端均与所述的控制面板的控制端连接；
[0018] 所述的试验桶体包括支架、两端带有盖板的压力桶以及装于压力桶内的压盘，所 述的压力桶安装在所述的支架上，所述的盖板上设有用于与渗水量测定单元连通的出水闸 阀和排气泄水阀；所述的压盘中心设有通孔，并且所述的压盘与其中一块盖板固接，所述的 试件夹在压盘与盖板之间；所述的压力桶桶壁上设有连通压力桶内外的进水管，所述的进 水口通过三通阀与所述的注水增压单元连通；
[0019] 所述的注水增压系统包括与外界水源连通的进水管、进水箱、增压栗、高压贮水 箱、连接管，所述的进水箱与增压栗的进水口管道连接，所述的增压栗的出水口与高压贮水 箱管道连接，所述的高压贮水箱的出水口通过连接管与三通阀其中一个接口连通，所述的 进水管与三通阀的另一个接口相连接；
[0020] 所述的渗水量测定系统包括用于测量低孔隙率试件的第一测试装置和用于测量 高孔隙率试件的第二测试装置，所述的第一盖板装在试验桶体上端时对应安装第一测试装 置；所述的第一盖板装在试验桶体下端时对应安装第二测试装置。
[0021] 所述的压力桶包括两端敞口的桶体、第一盖板和第二盖板，所述的第一盖板上设 有出水闸阀和第一排气泄水闸阀，所述的第二盖板上设有第二排气泄水闸阀；所述的第一 盖板、第二盖板密封夹在压力桶两端，并且所述的第一盖板、第二盖板通过带有第一螺母的 第一螺栓密封固接；所述的压盘通过带有第二螺母的第二螺栓与所述的第一盖板内表面固 接，所述的压盘与所述的第一盖板之间夹有试件，保持试件与压盘以及第一盖板接触处密 封；所述的压盘与所述的试件之间、所述的第一盖板与所述的试件之间均夹有根据试件大 小进行调整的第二密封圈。
[0022] 所述的渗水量测定系统包括连接软管、用于固定测水表的铁架台、测水表阀门和 测水表，所述的第一盖板安装在压力测试桶上端开口处，所述的连接软管的下端与出水闸 阀连接，上端与测水表连接；并且测水表的下部安装一个测水表阀门。
[0023] 所述的渗水量测定系统包括连接软管、收集瓶和电子天平，所述的第一盖板安装 在压力测试桶下端开口处，所述的连接软管的上端与出水闸阀连接，下端伸入收集瓶内，所 述的收集瓶放置在电子天平上。
[0024] 所述的第一盖板、第二盖板内表面均设有一圈环形凹槽，所述的环形凹槽内配有 相应的第一密封圈，且环形凹槽内有若干道同心条状凸起。
[0025] 所述环形凹槽的宽度为20mm、深6mm。
[0026] 所述的压盘和第一盖板之间的距离为0~250mm，并且所述的压盘通过第二螺栓 调整与第一盖板之间的距离。
[0027] 所述的试件高度在0_250mm内任意调整，试件截面积在70_400mm之间。
[0028] 所述的第一密封圈、第二密封圈采用5_厚的高韧度硅胶加工而成。