CN110865001A - 一种水泥基材料表面渗透性测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥基材料表面渗透性测试装置及方法，包括真空泵、压力传感器和负压罩，所述负压罩密封罩设在待测试件的待测面上，所述真空泵通过管道依次串接控制阀、压力传感器和所述负压罩，所述压力传感器与显示器连接。相比于现有加压测试方法，负压测试过程具有更加简单方便,使用便捷且科学合理等特点，适用范围广，特别适用于现场水泥基材料表面渗透性测试与评定。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基材料无损试验检测技术领域，具体涉及一种水泥基材料表面渗透性测试装置及测试方法。
背景技术
水泥基材料的表面渗透性与其耐久性能直接相关。水、二氧化碳及有害离子首先通过表面进入材料的内部，进而对材料及结构性能产生不利影响。因此，表面渗透性成为了评判水泥基材料耐久性能的重要指标。水泥基材料渗透性的测试方法目前有水渗透法、离子渗透法和气体渗透法。由于气体不易与水泥基材料发生反应，能够较为接近的反映水泥基材料内部的孔隙结构。因此，以气体为渗透介质的表面渗透性测试方法成为了评价水泥基材料耐久性的首选方法。如今，气体渗透性测试中以气压差值法最为常见，此方法的原理为在试件的两端营造不同压力环境，通过测定气压随时间的变化规律求出水泥基材料的渗透系数。由于该方法简捷方便，不需提供稳定的气流和测试气体流量变化，因此，气压差值法被较多研究者采用。但对于水泥基材料而言，测试表面气体渗透的试验装置仍然较少，复杂的装置结构和测试方法限制了现有方法的应用。
专利201810471084.5公开了一种检测混凝土表面渗透性及养护效果的装置及试验方法，该专利的原理是对已饱和面干的混凝土表面抽真空，利用吸湿装置和吸湿介质将混凝土表面吸出的水分进行吸收，然后用抽真空前后吸湿介质质量差与抽真空的时间以及吸盘中混凝土实际面积乘积的比值来表征混凝土表面的渗透性。但是上述专利中，混凝土试件的湿质分布是没办法保证的，而且渗透性测试及求解过程比较复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单,操作性强的水泥基材料表面渗透性测试装置及测试方法。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：
一种水泥基材料表面渗透性测试方法,包括以下步骤：
S1:将负压罩密封罩设在待测试件的待测面上；
S2:将负压罩通过管道与真空泵连接，并在管道上设置控制阀和压力传感器，压力传感器连接至显示器，以实时显示压力值；
S3:开启控制阀，利用真空泵对负压罩进行抽真空处理，负压罩内的气压被排空至设定气压后，关闭控制阀，随着外界空气从试件四周进入负压罩，负压罩内气压逐渐升高，并记录负压罩内气压从Pt升高至Pi的时间Δt；
S4:表面透气性系数求解
根据多孔介质中的空气输送理论，空气流量可以用压力变化与试验时间的关系来表示:
其中：
QA为气体流速，kg/s；
nA为在规定时间内穿透气腔的空气分子数mol；
t为渗透时间，min；
V为气腔的体积，m3；
R为理想气体常数，
T为试验温度，293K；
Pi，Pt分别为气腔内初始压力和t时刻压力；
M为气体的摩尔质量，kg/mol；
K为试件的渗透系数，m/s；
A为接触面面积，m2；
g为重力加速度,m/s；
L为有效试验深度，m；
由式(1)可以导出下式：
由上式可见，在相同条件下
项为一常数，因此，令API为混凝土的透气性系数，并与混凝土的渗透系数K成正相关，则可以得到以下公式：
将式(3)代入公式(2)中并进行积分可得：
其中：tt为测试结束时的时间，min；ti为测试开始时的时间，min；Δt＝tt-ti；
将步骤S3中测得的Pt、Pi以及Δt代入公式(4)中即可求得表面透气性系数。
进一步的，Pi和Pt的取值分别为0.056MPa和0.050MPa。
进一步的，相同待测试件10重复测试多次，取平均值进行计算。
进一步的，测试前需要保证待测试件10待测面干燥平整。
进一步的，利用真空泵3将负压罩9内真空度抽至-0.098Mpa。
一种实现上述测试方法的水泥基材料表面渗透性测试装置，包括真空泵、压力传感器和负压罩，所述负压罩密封罩设置在待测试件的待测面上，所述真空泵通过管道依次串接控制阀、压力传感器和所述负压罩，所述压力传感器与显示器连接。
进一步的，所述待测试件上下表面分别设置负压罩和底板，所述负压罩和底板之间通过螺杆进行连接，并通过旋在所述螺杆两端的锁紧螺母将所述待测试件夹紧固定在所述负压罩与所述底板之间。
进一步的，所述负压罩与所述待测试件之间设有弹性密封环。
进一步的，所述弹性密封环上涂抹凡士林作为耦合剂。
进一步的，所述负压罩的内腔的直径为80mm，深度为35mm。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
本发明首次采用负压的方式实现水泥基材料表面渗透性的测试，并基于多孔介质输送理论，得出了适应于负压测试的表面渗透性系数求解公式，相比于现有加压测试方法，整个测试过程简单方便，使用便捷且科学合理，计算得到的渗透性系数准确可靠，特别适用于现场水泥基材料表面渗透性测试与评定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为不同龄期蒸汽养护混凝土的表面渗透系数图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种水泥基材料表面渗透性测试装置，包括真空泵3、压力传感器4和刚性负压罩9，负压罩9密封罩设在待测试件10的待测面上，真空泵3通过管道5依次串接控制阀6、压力传感器4和负压罩9。显示器1与控制器2连接，控制器2通过连接电缆与真空泵3和压力传感器4连接，控制真空泵3及测试管道5内气压变化及所用时间，并将数据汇总到显示器1上进行显示。至于显示器1、控制器2、真空泵3和压力传感器4之间组成的控制电路，均为电控领域常规结构，在此不再赘述。
参见图1，在一些实施例中，待测试件10上下表面分别设置负压罩9和底板12，负压罩9和底板12之间通过螺杆11进行连接，并通过旋在螺杆11两端的锁紧螺母将待测试件10夹紧固定在负压罩9与底板12之间。
可以理解的是，负压罩9上设有连通真空泵3的出气孔,出气孔通过橡胶管道5连通真空泵3,负压罩9的负压口下附有弹性密封环7，通过螺杆11和锁紧螺母加固夹紧负压罩9和待测试件10，避免在测量过程中出现漏气现象,保证了气体由试件四周，经过水泥基材料内部进入负压罩9。负压罩9与待测试件10之间设有弹性密封环7，弹性密封环7上涂抹凡士林作为耦合剂，负压罩9与待测试件10之间围成的密封气腔8的直径为80mm，深度为35mm。
使用上述水泥基材料表面渗透性测试装置对水泥基材料表面渗透性进行测试的过程如下：
S 1:将负压罩9密封罩设在待测试件10的待测面上；
S2:将负压罩9通过管道5与真空泵3连接，并在管道5上设置控制阀6和压力传感器4，压力传感器4连接至显示器1，以实时显示压力值；
S3:开启控制阀6，利用真空泵3对负压罩9进行抽真空处理，当负压罩9内的气压被排空至设定气压后，关闭控制阀6，随着外界空气从试件四周进入负压罩9，负压罩9内气压逐渐升高，并记录负压罩9内气压从Pt升高至Pi的时间Δt；
S4:表面透气性系数求解
根据多孔介质中的空气输送理论，空气流量可以用压力变化与试验时间的关系来表示:
其中：
QA为气体流速，kg/s；
nA为在规定时间内穿透气腔的空气分子数mol；
t为渗透时间，min；
V为密封气腔的体积，m3；
R为理想气体常数，
T为试验温度，293K；
Pi，Pt分别为密封气腔内初始压力和t时刻压力；
M为气体的摩尔质量，kg/mol；
K为试件的渗透系数，m/s；
A为接触面面积，m2；
g为重力加速度,m/s；
L为有效试验深度，m；
由式(1)可以导出下式：
由上式可见，在相同条件下
项为一常数，因此，令API为混凝土的透气性系数，并与混凝土的渗透系数K成正相关，则可以得到以下公式：
将式(3)代入公式(2)中并进行积分可得：
其中：tt为测试结束时的时间，min；ti为测试开始时的时间，min；Δt＝tt-ti；
将步骤S3中测得的Pt、Pi以及Δt代入公式(4)中即可求得表面透气性系数。
本发明首次采用负压的方式实现水泥基材料表面渗透性的测试，并基于多孔介质输送理论，得出了适应于负压测试的表面渗透性系数求解公式，相比于现有加压测试方法，整个测试过程简单方便，使用便捷且科学合理，计算得到的渗透性系数准确可靠，特别适用于现场水泥基材料表面渗透性测试与评定。
相比于加压渗透，本测试易于实现且操作简单，一方面是因为正压测试时气腔内的气压是大于外界大气压的，气腔内的高压气体易从试件表面渗出，正压过程密封性不能保证；另一方面是正压很难达到一个稳定的较高恒压从而开始测试。
相比于常压流量法和变压流量法，本发明极大缩短了实验时间，抽真空仅需几分钟，而其它方法保持恒压就要几个小时，流量法测试一个时间要8天左右，而相同龄期本方法在一天以内完成。
综上，本发明所涉及的装置和测试方法简单、易于操作、数据重现性好,而且可实现对水泥基材料结构表面渗透性的无损检测。
以下将结合具体实施例对本发明作详细说明
实施例
一种水泥基材料表面渗透性测试装置及方法,具体的实施步骤为：
第一步,制备适用于我国高速铁路预制构件的蒸汽养护混凝土，配比如表1所示；蒸汽养护制度如图2所示；制备边长为100mm的立方体混凝土用于水泥基材料表面渗透性的测试。测试龄期分别为1、7、14、28、56、90和180天。
表1蒸汽混凝土的配合比kg/m3
第二步,在相应的试验龄期将混凝土试块取出，使用砂纸将试件表面打磨光滑，并用超声波仪将孔隙中的杂质洗出。最后，为保证试件表面干燥，将试件在60℃烘箱中烘干24h，每组为3个试件。
第三步,将待测试件放入测试负压罩与底板之间，拧紧锁紧螺栓使得负压罩紧密连接到待测试件表面。为提高密封性，在试件表面与密封环处涂抹凡士林做为耦合剂。
第四步,将连接负压罩通过橡胶管道与真空泵相连。开通真空泵电源，启动真空泵3使气腔内真空度达到-0.098MPa。
第五步，试验开始，外界空气从试件四周进入气腔，气腔内气压逐渐升高，待气流达到相对稳定后，计时器记录真空度由0.056MPa下降到0.050MPa的时间。
第六步,相同试件重复测试3次，取平均值进行计算。每组测试三个试块。整个测试在20±1℃，60％湿度下进行。根据以下公式,计算不同龄期蒸汽养护混凝土的表面渗透系数，如图表2所示。
表1
| 测试龄期(天) | API1(Ln(bar)/min) | API2(Ln(bar)/min) | API3(Ln(bar)/min) |
| 1 | 0.0115 | 0.0112 | 0.0116 |
| 7 | 0.0092 | 0.0090 | 0.0094 |
| 14 | 0.0073 | 0.0078 | 0.0071 |
| 28 | 0.0044 | 0.0041 | 0.0043 |
| 56 | 0.0028 | 0.0027 | 0.0026 |
| 90 | 0.0015 | 0.0012 | 0.0016 |
| 180 | 0.0010 | 0.0010 | 0.0011 |
从以上渗透系数结果可明显看出,本发明采用的装置和试验方法能够用于评价混凝土表面渗透性的差异，随着养护龄期的增长，混凝土表面渗透性逐渐降低，这符合客观规律。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种水泥基材料表面渗透性测试方法,其特征在于,包括以下步骤：
S1:将负压罩密封罩设在待测试件的待测面上；
S2:将负压罩通过管道与真空泵连接，并在管道上设置控制阀和压力传感器，压力传感器连接至显示器，以实时显示压力值；
S3:开启控制阀，利用真空泵对负压罩进行抽真空处理，负压罩内的气压被排空至设定气压后，关闭控制阀，随着外界空气从试件四周进入负压罩，负压罩内气压逐渐升高，并记录负压罩内气压从Pt升高至Pi的时间Δt；
S4:表面透气性系数求解
根据多孔介质中的空气输送理论，空气流量可以用压力变化与试验时间的关系来表示:
其中：
QA为气体流速，kg/s；
nA为在规定时间内穿透气腔的空气分子数mol；
t为渗透时间，min；
V为气腔的体积，m3；
R为理想气体常数，
T为试验温度，293K；
Pi，Pt分别为气腔内初始压力和t时刻压力；
M为气体的摩尔质量，kg/mol；
K为试件的渗透系数，m/s；
A为接触面面积，m2；
g为重力加速度,m/s；
L为有效试验深度，m；
由式(1)可以导出下式：
由上式可见，在相同条件下
项为一常数，因此，令API为混凝土的透气性系数，并与混凝土的渗透系数K成正相关，则可以得到以下公式：
将式(3)代入公式(2)中并进行积分可得：
其中：tt为测试结束时的时间，min；ti为测试开始时的时间，min；Δt＝tt-ti；
将步骤S3中测得的Pt、Pi以及Δt代入公式(4)中即可求得表面透气性系数。
2.根据权利要求1所述的测试方法,其特征在于：Pi和Pt的取值分别为0.056MPa和0.050MPa。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：相同待测试件重复测试多次，取平均值进行计算。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：测试前需要保证待测试件待测面干燥平整。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：利用真空泵将负压罩内真空度抽至-0.098Mpa。
6.一种实现权利要求1-5任一项所述测试方法的水泥基材料表面渗透性测试装置，其特征在于：包括真空泵、压力传感器和负压罩，所述负压罩密封罩设在待测试件的待测面上，所述真空泵通过管道依次串接控制阀、压力传感器和所述负压罩，所述压力传感器与显示器连接。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：所述待测试件上下表面分别设置负压罩和底板，所述负压罩和底板之间通过螺杆进行连接，并通过旋在所述螺杆两端的锁紧螺母将所述待测试件夹紧固定在所述负压罩与所述底板之间。
8.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：所述负压罩与所述待测试件之间设有弹性密封环。
9.根据权利要求8所述的测试装置，其特征在于：所述弹性密封环上涂抹凡士林作为耦合剂。
10.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于：所述负压罩的内腔的直径为80mm，深度为35mm。
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| LIU, BAOJU: "Influence of Silane-based Impregnation Agent on the Permeability of Concretes(Article)", 《KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING》, 31 August 2019 (2019-08-31) * |
| 刘志勇, 孙伟, 周新刚: "混凝土气体扩散系数测试方法理论研究", 混凝土, no. 11, 27 November 2005 (2005-11-27) * |
| 桂强: "水泥基材料气体渗透性研究", 《中国优秀博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》, 15 May 2018 (2018-05-15) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110865001B (zh) | 2024-05-14 |
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