专利名称：单轴压应力下混凝土气体渗透系数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，具体涉及一种单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪及其测试方法。
背景技术：
混凝土作为建筑结构材料必须工作于某种荷载作用的状态，现有的测试仪器均只能测试混凝土在无应力状态下的性能，研制能测试混凝土在应力作用下性能指标的仪器是学术界和工程界的共同目标。
目前，以气体为测试介质的渗透系数测试方法，主要有Figg法和Cembureau法。
Figg法测定混凝土密实性属于半破损的方法，在混凝土表面钻个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。其试验步骤严格，测试程序复杂。但测试实验操作过于繁琐，所需设备庞大，被测试样的装卸费劲。
因此，研究一种能测试在压应力作用时的混凝土气体渗透系数的仪器及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、测试结果可靠、便于携带的单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪及其测试方法。
本发明提出的单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪，由模具、模具样品室8、支架11、千斤顶12、加压板13、压缩气体罐14、压力计15和连接软管16等组成(其结构如图1-图3所示)。模具由模具盖板1和模具底壳2通过螺栓7连接，模具样品室8位于模具底壳2内，用于放置混凝土试样，模具盖板1上设有出气室9，相应地，模具底壳2上设有进气室10，进气室10与进气阀5通过螺纹连接，进气阀5通过连接软管16分别连接压缩气体罐14、压力计15；千斤顶12固定于支架底板18上，千斤顶12的油缸顶与模具底壳2相连，加压板13一端固定于支架顶板17底部，另一端连接模具盖板1；模具底壳2二侧设有密封检查槽6，用于检验密封效果。
本发明中，置于模具样品室8内混凝土试样中垂直于气体流动方向的二个平面设有密封垫3。
本发明中，置于模具样品室8内混凝土试样的侧面设有压封楔4，以保证被测混凝土试样侧面的密封性。
本发明中，所测置于模具样品室8内混凝土试样的外形为六面体，其长度为70.7～150mm，宽度为70.7～150mm，厚为40～70mm。
本发明中，所述密封垫3呈四边形，其中部开有圆孔。
本发明提出的单轴压应力作用下混凝土气体渗透系数测试仪的测试方法，具体步骤如下(1)达到规定龄期的混凝土试样在50℃～65℃条件下烘干，混凝土试样的外表面采用密封处理，处理好的试样置于干燥皿中，在室温下静置36～54小时；(2)将步骤(1)中得到的被测试样置于测试模具中，压入楔子，拧紧模具，通过密封检查槽6检查密封状况，至不漏气为止，启动千斤顶，施加压应力于被测试样上，压力作用至该试样测试结束，开启压缩气体罐，将气压调到指定的压力值，保持被测试样的平衡时间为10～20分钟，以使被测试样中可能通过气体的通道内均充满所透过的气体，关闭压缩气体罐阀，测试在固定压降段范围内的透气时间，记录该透气时间；每一个被测试样重复测3-5次透气时间，要求三个数据的极差不大于2秒；(3)改变千斤顶施加的压应力，重复以上测试，测试透过被测试样的透气时间，求得被测试样渗透系数平均值，取3～5个被测试样渗透系数平均值作为该组被测试样的测试值；其中被测试样的渗透系数通过下述公式计算得到D=0.0224VRTLAμ2(P2-P1)Pat(Pa2-P22)]]>式中D——混凝土气体渗透系数(m2)，Pa——当地的大气压力(Pa)，P1、P2——固定压降段的起始、终结压力值(Pa)，
Q——气体流量(m3/s)，L——试样的厚度(m)，μ——气体动力粘度(Pa·s)，A——试样中透气的截面积(m2)，t——测量的透气时间(s)，R——气体普适常数，T——测试时的环境温度(℃)，V——气体密闭腔的容积(m3)。
本发明中，所述压缩气体罐内的气体介质为O2、N2、空气或CO2等。
本发明中，所述的步骤(2)中的固定压降段变化范围为0.05MPa～0.2MPa。
经大量试验研究，本发明装置操作简便，测试结果可靠。仪器为可装配式，便于携带。本发明结合我国相关的国家标准，解决了压应力作用时的混凝土气体渗透系数的测试问题。其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。
图1为本发明的模具立体结构图示。
图2为图1的中心剖视图。
图3为本发明的结构示意图。
图4为本发明密封垫的结构示意图。
图中标号1为模具盖板，2为模具底壳，3为密封垫，4为压封楔，5为进气阀，6为密封检查槽，7为螺栓，8为样品室，9为出气室，10为进气室，11为支架，12为千斤顶，13为作用于试样的加压板，14为压缩气体罐，15为压力计，16为连接软管，17为支架顶板，18为支架底板。
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、2所示方式连接，该领域的技术人员均能顺利实施。模具盖板1采用A3钢材料，其尺寸为长130mm、宽90mm、厚30mm；出气室9直径为50mm、深度为18mm；模具底壳2采用A3钢材料，其尺寸为长90mm、宽90mm、厚75mm；进气室10直径为50mm、深度为18mm；密封检查槽6宽度为4mm、长为70mm；被测混凝土试样尺寸为70.7mm×70.7mm×40mm；进气阀门5型号为DN10；压缩气体罐14为工业氮气钢瓶；软管16为真空橡胶管；压力计15为水银U型测压计；千斤顶12为油压式20t；密封垫3采用3mm厚真空橡胶密封垫。
实施例2测试方法按表1配合比成型试样，混凝土试样尺寸为70.7mm×70.7mm×40mm，测试气体介质采用氮气。
将达到28天龄期的上述混凝土试样在55±2℃烘干，沿厚度方向四面粘贴上2mm厚的真空橡胶密封垫，在透气方向的二个面粘贴上厚度为3mm的真空橡胶密封垫，粘结剂可以采用硅橡胶，混凝土试样所有的棱角处用厚白漆或硅酮胶作密封处理，处理好的试样放入干燥皿在室温下静置48小时。处理好后的混凝土试样置于模具内，压入侧边压封楔，拧紧模具上的连接螺母，再将模具置于支架内的千斤顶上，密贴支架顶板和底底，置千斤顶于要求的压力，然后开启压缩气体罐，将气压调到指定的压力值，保持样品内通气时间20分钟，关闭压缩气体罐，开始测试在0.15MPa～0.144MPa压降段范围内的透气时间，记录该透气时间；改变千斤顶的要求压力，重复以上测试，记下各种条件的测试值，按D=0.0224VRTLAμ2(P2-P1)Pat(Pa2-P22)]]>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试样的测试值；测试结果见表2。
表1 实验用混凝土配合比
表2 渗透系数计算结果汇总表
其中，千斤顶工作应力比定义为千斤顶实际施加于试块的应力与该试样28天抗压强度(表1中的fc，28d)之比。
权利要求
1.单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪，由模具、模具样品室(8)、支架(11)、千斤顶(12)、加压板(13)、压缩气体罐(14)、压力计(15)和连接软管(16)组成，其特征在于模具由模具盖板(1)和模具底壳(2)通过螺栓(7)连接，模具样品室(8)位于模具底壳(2)内，混凝土试样位于模具样品室(8)内，模具盖板(1)上设有出气室(9)，相应地，模具底壳(2)上设有进气室(10)，进气室(10)与进气阀(5)通过螺纹连接，进气阀(5)通过连接软管(16)分别连接压缩气体罐(14)、压力计(15)；千斤顶(12)固定于支架底板(18)上，千斤顶(12)的油缸顶与模具底壳(2)相连，加压板(13)一端固定于支架顶板(17)底部，另一端连接模具盖板(1)；模具底壳(2)二侧设有密封检查槽(6)。
2.根据权利要求1所述的单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪，其特征在于所述置于模具样品室(8)内混凝土试样中垂直于气体流动方向的二个平面设有密封垫(3)。
3.根据权利要求1所述的单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪，其特征在于所置于模具样品室(8)内混凝土试样的侧面设有压封楔(4)。
4.根据权利要求1所述的单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪，其特征在于所测模具样品室(8)内混凝土试样的外形为六面体，其长度为70.7～150mm，宽度为70.7～150mm，厚为40～70mm。
5.根据权利要求2所述的单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪，其特征在于所述密封垫(3)呈四边形，其中部开有圆孔。
6.一种如权利要求1所述的单轴压应力作用下混凝土气体渗透系数测试仪的测试方法，其特征在于具体步骤如下(1)达到规定龄期的混凝土试样在50℃～65℃条件下烘干，混凝土试样的外表面采用密封处理，处理好的试样置于干燥皿中，在室温下静置36～54小时；(2)将步骤(1)中得到的被测试样置于测试模具中，压入楔子，拧紧模具，通过密封检查槽6检查密封状况，至不漏气为止，启动千斤顶，施加压应力于被测试样上，压力作用至该试样测试结束，开启压缩气体罐，将气压调到指定的压力值，保持被测试样的平衡时间为10～20分钟，以使被测试样中可能通过气体的通道内均充满所透过的气体，关闭压缩气体罐阀，测试在固定压降段范围内的透气时间，记录该透气时间；每一个被测试样重复测3～5次透气时间；(3)改变千斤顶施加的压应力，重复以上测试，测试透过被测试样的透气时间，求得被测试样渗透系数平均值，取3～5个被测试样渗透系数平均值作为该组被测试样的测试值；其中被测试样的渗透系数通过下述公式计算得到D=0.0224VRTLAμ2(P2-P1)Pat(Pa2-P22)]]>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，P1、P2——固定压降段的起始、终结压力值，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Pa·s，A——试样中透气的截面积，单位为m2，t——测量的透气时间，单位为s，R——气体普适常数，T——测试时的环境温度，单位为℃，V——气体密闭腔的容积，单位为m3。
7.根据权利要求6所述的单轴压应力作用下混凝土气体渗透系数测试仪的测试方法，其特征在于所述压缩气体罐内的气体介质为O2、N2、空气或CO2。
8.根据权利要求6所述的单轴压应力作用下混凝土气体渗透系数测试仪的测试方法，其特征在于所述步骤(2)中的固定压降段变化范围为0.05MPa～0.2MPa。
9.根据权利要求6所述的单轴压应力作用下混凝土气体渗透系数测试仪的测试方法，其特征在于所测模具样品室(8)内混凝土试样的外形为六面体，其长度为70.7～150mm，宽度为70.7～150mm，厚为40～70mm。
全文摘要
本发明属于混凝土材料耐久性检测技术领域，具体涉及一种单轴压应力下混凝土气体渗透系数测试仪的设备及其测试方法。由模具、模具样品室、支架、千斤顶、加压板、压缩气体罐、压力计等组成，模具由模具盖板和模具底壳组成，模具样品室位于模具底壳内，模具盖板与模具底壳上分别设有出气室、进气室，进气室依次连接进气阀、压缩气体罐、压力计；千斤顶与加压板分别位于被测试样两端，模具底壳一侧设有密封检查槽。测试时，经密封的被测试样置于模具样品室，压入楔子，拧紧模具，检查密封性，启动千斤顶，施加压应力于试样，开启压缩气体罐，保持试样平衡时间10～20分钟，每个试样重复测三次以上透气时间，改变施加的压应力，重复测试，测试透过被测样品的透气时间，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。本发明操作简便，测试结果可靠，装置为装配式，便于携带。
文档编号G01N33/38GK1815175SQ20061002376
公开日2006年8月9日 申请日期2006年2月7日 优先权日2006年2月7日
发明者王中平, 施惠生, 李启令 申请人:同济大学