本發(fā)明涉及混凝土滲透性測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混凝土氣體滲透性測(cè)試裝置及方法。

背景技術(shù)：

混凝土是一種復(fù)雜的多孔材料，是一種滲透體?；炷恋脑S多性能在一定程度上都與混凝土的孔體積、孔結(jié)構(gòu)和滲透性有關(guān)。滲透性作為評(píng)價(jià)水工混凝土耐久性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，主要包括水滲透性和氣滲透性。水滲透性作為侵蝕性介質(zhì)(cl^-、so4^2-等)的主要傳輸媒介，是評(píng)價(jià)混凝土滲透性的主要指標(biāo)。氣滲透性主要包括co2等氣體對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的碳化影響，也是評(píng)價(jià)混凝土滲透性的重要指標(biāo)。

眾多研究表明，對(duì)于普通混凝土，可以以水作為滲透介質(zhì)進(jìn)行快速滲透性試驗(yàn)，進(jìn)而建立水滲透性與碳化性能之間的關(guān)系模型。而對(duì)于高性能混凝土，由于水膠比低以及活性摻合料的作用，其滲透性很小，基本上不透水(抗?jié)B等級(jí)常常達(dá)s40以上)，因此，常用的水滲透性試驗(yàn)方法已經(jīng)無(wú)法量測(cè)高性能混凝土的滲透性。目前，國(guó)際上通常采用氯離子電導(dǎo)法或氣體滲透法來(lái)測(cè)定高性能混凝土的滲透性，與氯離子電導(dǎo)法相比，氣體滲透法具有準(zhǔn)確反映微細(xì)孔結(jié)構(gòu)及不受混凝土孔液化學(xué)成分影響的優(yōu)點(diǎn)。然而由于氣體滲透法對(duì)于測(cè)試時(shí)的密封性及氣體體積的控制要求較高，很多現(xiàn)有的裝置無(wú)法滿足測(cè)試要求，從而導(dǎo)致對(duì)混凝土的氣體滲透性試驗(yàn)研究方面相對(duì)不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種混凝土氣體滲透性測(cè)試裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的氣體滲透性試驗(yàn)，解決現(xiàn)有儀器無(wú)法控制氣體體積以及密封性的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種混凝土氣體滲透性測(cè)試裝置，包括活塞容器和放置樣本的樣本容器，樣本容器上端連接頂蓋，活塞容器通過(guò)導(dǎo)管以及進(jìn)氣閥門與頂蓋連接，樣本容器下端開(kāi)口，樣本外周套有乳膠膜，所述樣本容器下端與氣容器連接，氣容器一側(cè)通過(guò)導(dǎo)管與真空泵連接，氣容器與真空泵之間設(shè)置氣動(dòng)閥門，氣容器另一側(cè)連接壓強(qiáng)變送器，所述壓強(qiáng)變送器與計(jì)算機(jī)連接。

優(yōu)選的方案中，所述乳膠膜上下均超出樣品邊緣，所述乳膠膜上面超出部分置于頂蓋與樣本容器之間，乳膠膜的下面超出部分置于樣本容器與氣容器之間。

優(yōu)選的方案中，所述樣本高度低于樣本容器。

進(jìn)一步的，所述樣本上端與頂蓋下端的距離為5mm。

優(yōu)選的方案中，所述樣本容器、樣本、氣容器為圓柱型。

優(yōu)選的方案中，所述樣本容器和氣容器采用透明pvc材料。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供上述混凝土氣體滲透性測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)準(zhǔn)備

a、注入氣體，首先將連接于樣本容器頂蓋的進(jìn)氣閥門與活塞容器取下，打開(kāi)進(jìn)氣閥門，推動(dòng)活塞桿把活塞容器內(nèi)氣體排出，然后利用壓強(qiáng)罐與活塞容器的導(dǎo)氣管連接，將測(cè)試氣體注入活塞容器中，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，最后再將導(dǎo)管連接于樣本容器的頂蓋；

b、測(cè)定氣容器體積v，測(cè)量氣容器高度和底板直徑，計(jì)算得到容器體積，或者通過(guò)在在恒定溫度下氣容器裝滿水，通過(guò)測(cè)量氣容器裝水前后的重量差得出氣容器的體積；

c、檢測(cè)氣密性，將混凝土氣滲透性測(cè)試裝置按照要求連接，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，用真空泵將氣容器抽成真空，關(guān)閉氣動(dòng)閥門，若混凝土氣滲透性測(cè)試裝置內(nèi)壓強(qiáng)在一小時(shí)無(wú)上升，進(jìn)行下一步試驗(yàn)，否則，用肥皂水檢測(cè)各部件連接處找出漏氣點(diǎn)，重新連接；

2)測(cè)試混凝土的氣體滲透性；

3)結(jié)束試驗(yàn)，待氣容器氣壓升高為初始?xì)鈮旱?/2時(shí)，停止試驗(yàn)。

優(yōu)選的方案中，步驟2)中，裝填樣本時(shí)，首先在樣本表面刷一層薄膜水，然后將乳膠膜7套在樣本上。

進(jìn)一步的，步驟2)中，開(kāi)始試驗(yàn)后，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，利用真空泵將氣容器抽成真空，關(guān)閉氣動(dòng)閥門氣容器內(nèi)壓強(qiáng)穩(wěn)定時(shí)間超過(guò)1小時(shí)后，通過(guò)壓強(qiáng)變送器記錄容器內(nèi)的初始?jí)簭?qiáng)p0,然后打開(kāi)進(jìn)氣閥門，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄氣容器內(nèi)壓強(qiáng)值p。

更進(jìn)一步的，利用樣本斷面面積a，樣本長(zhǎng)度l，t時(shí)刻壓強(qiáng)p，初始?jí)簭?qiáng)p0，重力加速度g，理想氣體常數(shù)r，絕對(duì)溫度t，氣容器體積v，氣體摩爾質(zhì)量m，采用達(dá)西定律計(jì)算樣本的氣體滲透系數(shù)

本發(fā)明提供的提供的一種混凝土氣體滲透性測(cè)試裝置及方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：

1、采用負(fù)壓抽氣的方式進(jìn)行試驗(yàn)，解決了注氣加壓方式對(duì)混凝土贗樣本與乳膠膜間的密封難度，只需在混凝土樣本表面涂刷一層薄膜水(水的粘滯性相對(duì)氣粘滯性較大)，并利用負(fù)壓的吸力將混凝土樣本與乳膠膜緊密連接，不需要涂抹其他材料密封；

2、采用滲透試驗(yàn)過(guò)程中氣體質(zhì)量守恒原理，不需考慮壓強(qiáng)對(duì)氣體密度的影響；

3、采用封閉容積變氣壓梯度的試驗(yàn)方法，類似于混凝土水滲透性測(cè)試的變水頭測(cè)試方法，不僅具有縮短試驗(yàn)周期和節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，而且排除了以往利用恒定氣壓梯度測(cè)試時(shí)，補(bǔ)充氣壓力時(shí)外界因素的干擾；

4、本發(fā)明即可對(duì)不同類型氣體混合物試驗(yàn)也可對(duì)其中一種氣體進(jìn)行試驗(yàn)，只需將活塞容器中氣體換成單一氣體(如co2等)即可，其操作方式簡(jiǎn)便快捷；

5、本發(fā)明能夠通過(guò)壓強(qiáng)變送器及計(jì)算機(jī)采集程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)氣容器內(nèi)氣壓變化，以實(shí)現(xiàn)混凝土滲透系數(shù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，更加真實(shí)的反映了氣體滲透過(guò)程。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明a位置的放大示意圖。

圖中：活塞容器1，進(jìn)氣閥門2，頂蓋3，螺栓4，樣本容器5，樣本6，乳膠膜7，氣容器8，氣動(dòng)閥門9，真空泵10，壓強(qiáng)變送器11，計(jì)算機(jī)12。

具體實(shí)施方式

如圖1～2中，一種混凝土氣體滲透性測(cè)試裝置，包括活塞容器1和放置樣本6的樣本容器5，樣本容器5上端連接頂蓋3，活塞容器1通過(guò)導(dǎo)管以及進(jìn)氣閥門2與頂蓋3連接，其特征在于：樣本容器5下端開(kāi)口，樣本6外周套有乳膠膜7，所述樣本容器5下端與氣容器8連接，氣容器8一側(cè)通過(guò)導(dǎo)管與真空泵10連接，氣容器8與真空泵10之間設(shè)置氣動(dòng)閥門9，氣容器8另一側(cè)連接壓強(qiáng)變送器11，所述壓強(qiáng)變送器11與計(jì)算機(jī)連接12。

樣本容器5和頂蓋3以及樣本容器5和氣容器8通過(guò)螺栓4連接。

所述樣本容器5和氣容器8采用透明pvc材料。強(qiáng)度可以得到滿足，而且便于觀察。

優(yōu)選的方案中，所述乳膠膜7上下均超出樣品6邊緣，所述乳膠膜7上面超出部分置于頂蓋3與樣本容器5之間，乳膠膜7的下面超出部分置于樣本容器5與氣容器8之間，通過(guò)螺釘4壓緊。不僅可以將乳膠膜7壓緊，而且乳膠膜7對(duì)樣本容器5與頂蓋3的連接處以及樣本容器5與氣容器8的連接處起到密封作用。

優(yōu)選的方案中，所述樣本6高度低于樣本容器5。

所述樣本6上端與頂蓋3下端的距離為5mm。使得滲氣試驗(yàn)中，氣體能均勻分布于混凝土樣本6頂面。

優(yōu)選的方案中，所述樣本容器5、樣本6、氣容器8為圓柱型。加工制作比較簡(jiǎn)單。

具體的操作方法包括以下步驟：

1)準(zhǔn)備

a、注入氣體，首先將連接于頂蓋3的進(jìn)氣閥門2和活塞容器1取下，打開(kāi)進(jìn)氣閥門(2)，推動(dòng)活塞桿把活塞容器1內(nèi)氣體排出，然后利用壓強(qiáng)罐與活塞容器1的導(dǎo)氣管連接，將測(cè)試氣體注入活塞容器1中，關(guān)閉進(jìn)氣閥門2，最后再將導(dǎo)管連接于樣本容器5的頂蓋3；

b、測(cè)定氣容器8體積v，測(cè)量氣容器8高度和底板直徑，計(jì)算得到氣容器8體積，或者通過(guò)在在恒定溫度下氣容器8裝滿水，通過(guò)測(cè)量氣容器8裝水前后的重量差得出氣容器8的體積；

c、檢測(cè)氣密性，將混凝土氣體滲透性測(cè)試裝置按照要求連接，關(guān)閉進(jìn)氣閥門2，用真空泵10將氣容器8抽成真空，關(guān)閉氣動(dòng)閥門9，若混凝土氣體滲透性測(cè)試裝置內(nèi)壓強(qiáng)在一小時(shí)無(wú)上升，進(jìn)行下一步試驗(yàn)，否則，用肥皂水檢測(cè)各部件連接處找出漏氣點(diǎn)，重新連接；

2)測(cè)試混凝土的氣體滲透性

3)結(jié)束試驗(yàn)，待氣容器8氣壓升高為初始?xì)鈮旱?/2時(shí)，停止試驗(yàn)。

優(yōu)選的，步驟2)中，裝填樣本時(shí)，首先在樣本6表面刷一層薄膜水，然后將乳膠膜7套在樣本6上。水的粘滯性相對(duì)氣粘滯性較大，可以保證乳膠膜7緊貼在樣本6表面。

優(yōu)選的，步驟2)中，開(kāi)始試驗(yàn)后，關(guān)閉進(jìn)氣閥門2，利用真空泵10將氣容器8抽成真空，關(guān)閉氣動(dòng)閥門9后氣容器8內(nèi)壓強(qiáng)穩(wěn)定時(shí)間超過(guò)1小時(shí)后，通過(guò)壓強(qiáng)變送器11記錄容器內(nèi)的初始?jí)簭?qiáng)p0；然后打開(kāi)進(jìn)氣閥門2，通過(guò)計(jì)算機(jī)12實(shí)時(shí)記錄氣容器內(nèi)壓強(qiáng)值p。

進(jìn)一步的，計(jì)算樣本6的氣體滲透系數(shù)。

因其氣體體積流動(dòng)過(guò)程中隨壓強(qiáng)的變化而發(fā)生改變，而氣體質(zhì)量的流入和流出是相等的。因此本方法采用氣體的質(zhì)量變化作為測(cè)試依據(jù)?？蓪y(cè)試過(guò)程中任意時(shí)刻t監(jiān)測(cè)的氣容器8壓強(qiáng)記為p，經(jīng)過(guò)時(shí)間dt后，容器中壓強(qiáng)升高dp，則dt時(shí)間內(nèi)從試樣流入氣容器8的氣體物質(zhì)的量與質(zhì)量分別為：

式中：r為理想氣體常數(shù)8.314j/mol·k；t表示絕對(duì)溫度，t＝攝氏溫度+273.15，單位：k；v表示氣容器8體積，單位：m³；m表示氣體摩爾質(zhì)量，單位：g/mol；dn表示增加物質(zhì)的量，單位：mol；表示增加質(zhì)量，單位：g。

根據(jù)達(dá)西定律，dt時(shí)間內(nèi)從活塞容器1流入樣本6的氣體質(zhì)量為：

式中：a表示樣本6的斷面面積，單位：m²；l表示樣本6長(zhǎng)度，單位：m；p表示t時(shí)刻壓強(qiáng)，因監(jiān)測(cè)壓強(qiáng)為負(fù)壓，則壓強(qiáng)梯度需在符號(hào)p前添加負(fù)號(hào)，單位：n/m²；g表示重力加速度，單位：n/kg。

根據(jù)連續(xù)性原理，應(yīng)當(dāng)有dme＝dm0，即得到

公式兩邊積分，其中初始條件氣壓為p0

上述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。