桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种混凝土渗透系数现场检测设备，尤其涉及一种桥梁结构混凝土气 体渗透系数现场检测装置及使用方法。
【背景技术】
[0002] 混凝土桥梁耐久性问题主要有混凝土碳化、氯盐渗透、硫酸盐腐蚀、冻融循环、碱 集料反应等环境介质的侵蚀及由此导致的钢筋锈蚀。由于混凝土是多孔介质材料，一方面 水很容易通过孔隙进入到混凝土内部，降低孔隙液的pH值，破坏混凝土碱性和强度；另一 方面，水充当载体携带其他有害离子（Cl、Na+等）进入混凝土内部，导致钢筋锈蚀，最终导 致混凝土破胀开裂直至结构破坏。从本质而言，混凝土桥梁耐久性能的劣化，主要是由于环 境腐蚀介质通过连通孔隙渗透入混凝土内部后进一步引发的。混凝土的抗渗透能力决定了 腐蚀介质在其内部传输的难易和速度，因此，渗透性被认为是评价混凝土耐久性的重要指 标。总的来说，混凝土的渗透性越低，越难以被腐蚀介质侵蚀，即抗渗性越好，混凝土的耐久 性能和寿命也就越高。因此，准确检测桥梁混凝土的渗透性能，对判断桥梁的耐久性能具有 重要意义。
[0003] 现有的混凝土渗透性能测试技术，主要分为水渗法、气渗法和离子渗透法三类。对 于实体混凝土桥梁结构而言，水渗法不适用于强度较高的混凝土，无法适应时代发展的需 要，且需要钻孔取芯后做室内试验，对结构性能产生一定扰动；离子渗透法较为成熟，已成 为检测氯盐侵蚀的主要手段，但实验过程中，试样需一直浸泡在溶液中，一方面无法真实模 拟实体混凝土结构所处环境特点，另一方面也存在继续水化改变混凝土孔隙结构的可能。 若对实体桥梁结构进行检测，也需要钻孔取芯，为有损试验。而商品化的Permit离子迀移 仪，仅能检测结构表层氯离子扩散系数，具有一定的局限性。
[0004] 综上所述，选取混凝土气体渗透系数作为评价其耐久性的重要指标，针对桥梁结 构构件特点，研究一种直观、无损、长期的用于检测构件混凝土气体渗透系数的有效方法是 当务之急。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于，克服现有的混凝土渗透性检测设备存在的缺陷，而提供 一种新型的桥梁结构气体渗透系数检测装置及使用方法，实现无损检测，从而更加适于实 用，且具有产业上的利用价值。
[0006] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置，包括有传感器、导气管、氩气罐和控制 箱，
[0007] 所述传感器通过导气管与控制箱上的管路相连接，控制箱上管路的另一端连接有 氩气罐；
[0008] 控制箱内部设置有低压缓冲罐和高压缓冲罐，高压缓冲罐设置在控制箱内管路上 靠近氩气罐一端，低压缓冲罐设置在控制箱内管路上靠近传感器一端。
[0009] 更进一步的，前述的桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置，所述传感器包 括有微孔隙不锈钢主体、底座、出气孔和不锈钢导气管，所述微孔隙不锈钢主体的两端均设 置有底座，一侧的底座通过出气孔连接不锈钢导气管。
[0010] 更进一步的，前述的桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置，在底座两侧连 接有不锈钢丝。
[0011] 更进一步的，前述的桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置，在所述低压缓 冲罐和高压缓冲罐之间管路上设置有调节阀。
[0012] 更进一步的，前述的桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置，所述低压缓冲 罐和高压缓冲罐外侧分别连接有压力表。
[0013] 更进一步的，前述的桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置，在所述低压缓 冲罐与传感器之间管路上、高压缓冲罐与氩气罐之间管路上分别设置有阀门。
[0014] 桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置的使用方法，包括如下步骤，
[0015] (1)将传感器预埋在混凝土构件待检测位置；
[0016] (2)将传感器和氩气罐分别与控制箱相连接；
[0017] (3)通过氩气罐给检测装置注入氩气，使用调节阀控制低压缓冲罐内的气压，通过 传感器向混凝土构件内部输入氩气，记录一定时间内低压缓冲罐气压降变化过程，获得传 感器预埋位置周围混凝土构件气压下降随时间的变化规律曲线；
[0018] (4)判断混凝土构件的渗透性能。
[0019] 更进一步的，前述的桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置的使用方法，判 断混凝土构件的渗透性能包括如下步骤，
[0020] (1)标定试验，实验室内对与现场测试相同的混凝土试样进行测量，通过测量干燥 恒重状态下的气体渗透系数KdlT和不同含水量Sw条件下的有效气体渗透系数Krff，获得混 凝土构件相对气体渗透系数Kq与其含水量Sw关系曲线，KKd/K&y，得到混凝土构件的 VanGenuchten模型；
[0021] (2)数值模拟，基于VanGenuchten模型、结合达西定律和气体扩散方程，计算多 组有效气体渗透系数Krff和含水量S"组合条件下数值模拟的混凝土气压下降规律曲线；
[0022] (3)比对评估，比对实测的构件混凝土气压降随时间的变化规律曲线和多组有效 气体渗透系数Krff和含水量Sw组合条件下数值模拟的混凝土构件气压下降规律曲线，得到 传感器所测时刻混凝土构件的有效气体渗透系数Krff和含水量Sw，以此评估混凝土构件的 渗透性能。更进一步的，前述的桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置的使用方法，所 述传感器为多个，分别预埋在混凝土构件不同的待测位置，进而可以分析构件位置区域小 环境对混凝土构件渗透性能的影响。
[0023] 更进一步的，前述的桥梁结构混凝土气体渗透系数现场检测装置的使用方法，调 节控制箱内低压缓冲罐的气压时，通过氩气罐向高压缓冲罐充气，低压缓冲罐内的气体通 过高压缓冲罐输送。
[0024] 具体的使用方法如下：
[0025] (1)前期准备：按照前述步骤，在桥梁目标构件钢筋网内架设一根沿构件走向的 主定位筋和若干根与主定位筋垂直的辅助定位筋，传感器两侧底座系上不锈钢丝后将其绑 扎固定在主定位筋上，待混凝土构件浇筑完毕后，按照传统方式养护、脱模三个月后，即可 对该混凝土构件内所有传感器开展气体渗透系数检测试验；
[0026] (2)设备连接：打开线盒盒盖，选取某一编号传感器，将其导气管与控制箱外接导 气管相连接；
[0027] (3)高压缓冲罐气压调节：打开小型氩气罐阀门（视为理想气体，不与水泥基发生 化学反应），向高压缓冲罐充气，待该缓冲罐内气压与氩气罐相同后，关闭氩气罐阀门，整个 检测试验过程中由高压缓冲罐给所有设备和传感器供气；
[0028](4)低压缓冲罐气压调节：使用调节阀将气压调至适宜数值后，打开调节阀与低 压缓冲罐之间的阀门，给低压缓冲罐充气，待气压稳定后关闭此阀门，低压缓冲罐内的气压 即为传感器内的气压；
[0029] (5)传感器测量：打开传感器与低压缓冲罐之间的阀门，对传感器输气，由于传感 器和导气管的体积存在，低压缓冲罐处的压力表检测到一个快速气压降，待几分钟后气压 进入非常缓慢的下降过程，连续记录足够长时间At内该压力表的气压值，获得传感器的 气压下降过程。需注意的是：一方面，气体在混凝土内的渗透速度很小，渗透行为可视为层 流；另一方面，将起始进气压记为PyAt时间后气压下降到另一数值Pf，APiiPi-Pf记为 气压降。与进气压Pi相比，气压降APi必须足够小，进气压可视为理想恒定压力。上述测 试条件使得测量符合达西定律的要求，即可用达西定律（公式①）描述气体在混凝土内的 扩散规律；
[0030]
[0031] 其中，
[0032] --V(X，y,z,t):气体流速；
[0033] --K(Sw):混凝土处于某一含水量Sw状态时，其相对气体渗透系数；
[0034] --y:气体粘滞系数；
[0035] --grad(P(x,y,z,t)):气压梯度。
[0036] (6)室内试验和数值模拟辅助：在实验室内，预先使用桥梁构件混凝土的配合比 制备试样若干，通过测量混凝土试样在干燥恒重状态下的气体渗透系数Kd"和在多组含水 量Sw条件下的有效气体渗透系数Krff，获得混凝土相对气体渗透系数1=Krff/Kd")与含 水量Sw的关系曲线--Krg(Sw)(或写作K(SW))，即该混凝土的VanGenuchten模型。基于 该模型和气