混凝土渗透性原位无损测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以无损方式在结构混凝土表面进行的原位渗透性测试装置及方法，特别是涉及一种通过测定混凝土透水速度来确定混凝土渗透性的原位无损自动化测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]渗透性是评价混凝土质量好坏的重要指标。实体结构中混凝土的渗透性不仅与原材料品质、施工方法、养护条件等多个环节有关，还受到服役环境、荷载状况、约束条件等多因素的影响，原位无损测试能够在保持真实服役环境和约束条件的前提下对混凝土进行直接测评，能够更好地揭示实体结构中混凝土的真实性能，有效地避免对原结构的损伤，保护了建筑结构完整性与外在美观。表层混凝土作为实体结构的“第一道防线”，其渗透性直接决定了有害介质侵入结构内部的难易程度，能够有效反映结构本身的抗腐蚀、抗劣化能力，因此准确掌握测试介质在表层混凝土内部的运动过程有利于正确评价混凝土结构的耐久性状况。
[0003]水是常见的渗透性介质，已知的关于水在表层混凝土运动传输的原位无损测试方法有:专利CN103460006A公开了一种在降雨量差形成的水压作用下混凝土吸水测试装置及方法，该装置为原位无损测试系统，能够以微小的时间间隔(10秒以下)连续检测混凝土的吸水过程(即:注水完成后的吸水时间和吸水速度)。然而，由于测试压力较小(一般小于0.2个大气压)且不能保证在测试中处于恒定状态，这导致了该方法的测试结果可靠性较低，限制了该方法的使用范围。
[0004]在非专利文献I (“Germanns表层渗透试验方法对高性能混凝土的适用性”陈茜等，施工技术，2008，卷37，页码:20-22 ；)中记载了用于检测混凝土透水性的Germann WaterTest(GffT)原位无损透水试验方法，该方法通过手动施压并经由人工操作完成测试。由于不能对混凝土透水过程进行自动化连续测量，而人工操作易引入偶然误差，这降低了该方法的测试精度。另外，在非专利文献 2( “Mechanical and durability properties of highperformance concretes containing supplementary cementit1us materials，，Elahi，A.et al，Construct1n and Building Materials，2010，Vol 24，Page:292-299)中记载了自动化测试混凝土透水速度的Autoclam原位无损测试方法，该方法能够完成普通混凝土(C30-C50)的透水速度准确测量，然而受测试仪器本身的局限，该方法不能对低水胶比、高密实混凝土进行长时间(60分钟以上)的精确测量，因而无法区分低水胶比、高密实混凝土的渗透性差别。
【发明内容】
[0005]为了解决现有原位无损测试无法调控测试压力、灵敏度低以及难以自动化测评的技术问题，本发明提供了一种混凝土渗透性原位无损自动化测试装置及方法。
[0006]采用的技术方案如下:
[0007]一种混凝土渗透性原位无损测试装置包括:测头(2)、水管(3)、液压缸(4)、气管
(5)、压力调节器￠)、空压机(7)、位移传感器(8)、数据采集器(9)和直流电源(10)。所述测头(2)顶部设有加水阀(2-1)、排气阀(2-2)和压力表(2-3)，周边设有四个膨胀螺栓(2-4)通孔，底部安有橡胶密封圈(2-5)，通过膨胀螺栓将测头(2)固定于混凝土测试部位
(I)表面；所述液压缸(4)有进水、进气两个端口，进水端口通过水管(3)与测头上加水阀(2-1)相连通，进气端口利用气管(5)与压力调节器(6)相连；所述压力调节器(6)与空压机(7)相连；所述位移传感器(8)正负极分别与直流电源(10)连通，探头端与液压缸(4)上的活塞部位相接触，信号端通过信号线与数据采集器(9)相连；所述数据采集器(9)具有存储与分析功能，能够完成测试数据的实时记录与批量处理。
[0008]一种混凝土渗透性原位无损测试方法，包括如下步骤:
[0009]一、测头安装。测头⑵周边设有四个膨胀螺栓(2-4)通孔，测头(2)底部安有橡胶密封圈(2-5)，通过膨胀螺栓将测头(2)固定于混凝土测试部位(I)表面，通过测头底部橡胶密封圈(2-5)使测头(2)与混凝土表面紧密压合，确保在整个测试过程中的密封性；
[0010]二、注水作业。该过程可分为向测头(2)内部注水和向液压缸⑷内部注水两个部分:打开测头(2)上的排气阀(2-2)，利用加水阀(2-1)通过水管(3)往测头内部注水，直至排气阀(2-2)内有均匀的水流流出，关闭排气阀(2-2)，同时关闭加水阀(2-3)，测头(2)内部注水完成；将水管(3)从加水阀(2-1)上拔出并令其一端插入液压缸(3)的进水端口，通过进水端口向液压缸(4)内部注水，待注水完成后，在保持水管(3)内水量不变的情况下将另一端插入测头上的加水阀(2-1)，打开加水阀(2-1)，至此注水作业全部完成；
[0011]三、调控压力。打开空压机(7)，待空压机气舱中气压达15bar时，关闭空压机(7)，打开压力调节器(6)，通过气管(5)往测头(2)内部输送压力并观察测头上压力表(2-3)的读数变化，待压力表的值达到预先设定的压力(O-1Obar)时，立即锁定压力调节器(6)以保证测试压力在测试中维持在恒定状态；
[0012]四、确定水流量。在测试压力恒定的状态下，液压缸(4)内活塞杆的位移过程就是水渗入混凝土测试部位(I)的过程。将位移传感器(8)与直流电源(10)相连通，通过位移传感器(8)连续测量液压缸(4)内活塞杆的移动过程，通过数据采集器(9)记录位移传感器(8)的位移过程，并由此得出恒压下的水渗入混凝土内部的总流量；
[0013]五、评估混凝土的渗透性:通过实时、连续、自动化测试注水完成后水渗入混凝土测试部位(I)的水流量，得出单位压力下的水流流速，进而评估混凝土的渗透性。当测试完成后，依次关闭压力调节器、位移传感器，打开加水阀并将测头取下。重复上述测试方法步骤可测试下一个混凝土测试部位的渗透性。
[0014]本发明在测试过程中通过位移传感器和数据采集器实时监测、记录液压缸内活塞杆的移动情况，而活塞杆的位移过程就是水渗入混凝土的过程。在测试压力保持恒定的情况下，能够得出水流量与单位压力下透水速度的关系，进而确定混凝土的渗透性。另外，以该混凝土测试部位所得混凝土透水速度为基准，可识别或比较其他混凝土部位的密实程度或劣化情况，并由此客观、定量地评价混凝土结构的耐久性。
[0015]本发明的有益效果如下:
[0016]1、通过膨胀螺栓将测头固定在混凝土测试部位表面进行原位测试，在测试完成时，撤去测头后的混凝土表面并不需要大量修补，有效避免了钻孔取芯测试给混凝土结构所带来的损伤，保护了建筑结构的完整性与外在美观，这对于设计精良的现代化混凝土建筑而言是重要且有效的；
[0017]2、在混凝土原结构上对表层混凝土渗透性进行直接测试，能够如实反映服役环境下混凝土的真实性能，所得结果具有更高的可靠性；此外，如果在混凝土结构上选取多个测试部位进行同时测量，则可凭借较少的时间和有效的人力物力支出完成对整体结构的全面评估，降低了测试费用；
[0018]3、通过使用压力调节器对测头内部的压力进行调节与控制，拓宽了本发明装置的应用范围，提高了测试方法的精度与灵敏度，实现了对低水胶比、高密实混凝土透水速度的精确测量；
[0019]4、将位移传感器与液压缸、数据采集器连接在一起，能够实时、连续地对表层混凝土的透水过程进行自动化连续测量，避免了因人工操作而引入的误差，降低了误判风险，并由此客观、定量地评价混凝土部位的密实程度或劣化情况；
[0020]5、数据采集器能够完整记录测试数据，有利于将有关混凝土实体结构耐久性状况的记录数据库化并长期保存，这有助于建立基于数据库来识别混凝土结构的劣化的测试系统，也有助于研宄与混凝土劣化过程相关的其他重要因素。
【附图说明】
[0021]为了使本发明的技术方案、工作原理和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0022]图1为本发明的整体结构示意图，
[0023]图2为测头的俯视图，
[0024]图3为测头的A-A剖面图，
[0025]图4和图5为利用本发明的试验装置自动测量的实体结构的原位测试结果图，
[0026]图4为恒定压力下不同测试部位水流速度与时间的关系图(测试压力为Ibar时)，
[0027]图5为同一测试部位在不同压力下水流速度与时间关系图(测试部位-2)，
[0028]其中，图1兼作本发明的摘要附图，
[0029]图中:1、混凝土测试部位，2、测头，3、水管，4、液压缸，5、气管，6、压力调节器，7、空压机，8、位移传感器，9、数据采集器，1、直流电源。
【具体实施方式】
[0030]参照附图1-5，以下将详细说明本发明的优选实施方式。
[0031]图1为混凝土渗透性原位无损测试装置的整体示意图，它由测头(2)、水管(3)、液压缸(4)、气管(5)、压力调节器(6)、空压机(7)、位移传感器(8)、数据采集器(9)和直流电源(10)组成。所述测头(2)顶部设有加水阀(2-1)、排气阀(2-2)和压力表(2-3)，周边设有四个膨胀螺栓通孔，底部安有橡胶密封圈(2-5)，通过膨胀螺栓(2-4)将测头(2)固定于混凝土测试部位(I)的表面；所述液压缸(4)有进水、进气两个端口，其中进水端口通过水管(3)与测头上加水阀(2-1)相连，进气端口通过气管(5)与压力调节器(6)相连；所述压力调节器(6)与空压机(7)相连；所述位移传感器(8)与直流电源(10)相连接，其探头端与液压缸(4)上的活塞部位相接触，信号端通过信号线与数据采集器(9)相连；所述数据采集器(9)具有存储与分析功能，能够实时记录与批量处理测试数据。
[0032]所述测头(2)顶部设有加水阀(2-1)、排气阀(2-2)、和压力表(2_3)，周边设有四个膨胀螺栓(2-4)通孔，底部安有密封垫(2-5)。在混凝土表面规定位置打入膨胀螺