CN114563328B - 一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置和方法、收缩性胶凝材料的渗透路径的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及渗透性能测试技术领域，尤其涉及一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置和方法、收缩性胶凝材料的渗透路径的测试方法。本发明提供了一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置，包括注水装置和浇铸模具；所述浇铸模具底部设置有渗水孔；所述浇铸模具的壳体内装有待测试样和被待测试样包裹的气泡石；所述气泡石与注水装置管路连接。所述测试装置测试结果误差小，对待测样品的渗透系数没有要求，能够适用于渗透系数小于所述柔性壁渗透仪的本身渗透系数的收缩性胶凝材料。
Description
技术领域
本发明涉及渗透性能测试技术领域，尤其涉及一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置和方法、收缩性胶凝材料的渗透路径的测试方法。
背景技术
由于在水泥的制造过程中会放出大量的二氧化碳等有害气体，以及水泥在耐久性及在配置高强性能混凝土等方面的局限，人们开始探索采用矿物掺合料来提高水泥的性能以及用新型胶凝材料来代替水泥的可能性。随着人们的不断探索，许多新型胶凝材料被发现，例如膨润土、偏高岭土等。同时其中的许多新型胶凝材料也都可以用作防渗材料，而他们的渗透系数也是工程应用中最关注的指标之一。但在对新型胶凝材料渗透系数进行测定时，由于一些胶凝材料(如偏高岭土)会因干燥而体积收缩，使用传统方式进行渗透测试不可避免的会发生绕渗，以致无法测得准确的渗透系数。
为了解决上述问题，目前大多采用柔性壁渗透仪进行测试，但是也会出现柔性壁薄膜与试样顶盖和底座之间结合缝漏水以及柔性薄膜本身也会渗漏的问题，且所述柔性壁渗透仪的本身渗透系数能够达到4.8×10-16cm/s，由此可见，现有的柔性壁渗透仪的测试存在较大的误差，且对于渗透系数小于所述柔性壁渗透仪的本身渗透系数的收缩性胶凝材料并不适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置和方法、收缩性胶凝材料的渗透路径的测试方法，所述测试装置测试结果误差小，对待测样品的渗透系数没有要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置，包括注水装置和浇铸模具；
所述浇铸模具底部设置有渗水孔；
所述浇铸模具的壳体内装有待测试样和被待测试样包裹的气泡石；
所述气泡石与注水装置管路连接。
优选的，所述注水装置包括依次连接的GDS压力控制器和注水器。
优选的，所述浇铸模具的壳体为圆柱形或长方体；所述长方体的底面为正方形；
所述圆柱形的底面直径或长方体的底面边长独立的为10～30cm。
优选的，所述气泡石为球形；
所述气泡石的直径为所述圆柱形的底面直径或长方体的底面边长的1/10～1/5。
优选的，所述气泡石的高度位于所述待测试样的高度的1/2处；
所述气泡石的高度以所述气泡石的中心与所述壳体底部的距离为基准。
优选的，所述渗水孔通过管路连接有密闭容器。
优选的，所述管路与待测试样之间的交接处通过密封胶进行密封。
优选的，所述注水装置和气泡石之间还设置有倒置的U型管；
所述U型管的两端分别与所述注水装置和气泡石管路连接。
本发明还提供了一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试方法，包括以下步骤：
所述测试方法利用上述技术方案所述的测试装置进行；
提供待测试样的浆体；
堵住所述浇铸模具底部的渗水孔，将所述待测试样的浆体浇铸在浇铸模具内，在所述待测试样的浆体未凝固时在所述待测试样中***气泡石，依次进行凝固和养护；
所述养护完成后，打开所述渗水孔，通过注水装置进行注水，通过渗水孔收集渗水，并记录注水量和渗水量；
通过所述注水量和渗水量，计算渗透系数。
本发明还提供了一种收缩性胶凝材料的渗透路径的测试方法，包括以下步骤：
按照上述技术方案所述的测试方法，得到渗透系数；
根据所述渗透系数，结合COMSOL软件预测渗透路径。
本发明提供了一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置，包括注水装置和浇铸模具；所述浇铸模具底部设置有渗水孔；所述浇铸模具的壳体内装有待测试样和被待测试样包裹的气泡石；所述气泡石与注水装置管路连接。
与现有技术相比，本发明所述的测试装置具有以下有益效果：
1)将传统的由上至下渗水改为由里到外渗水，能解决传统方法测试收缩性胶凝材料产生的绕渗问题；
2)本发明所述的测试装置能够适用于渗透系数小于所述柔性壁渗透仪的本身渗透系数的收缩性胶凝材料。
附图说明
图1为本发明实施例1所述收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置结构示意图；其中，1-GDS压力控制器，2-注水器，3-气泡石，4-密封胶，5-管道，6-渗水孔，7-密闭容器，8-浇铸模具，9-待测试样；
图2为本发明实施例1进行验证试验时采用的测试装置的结构示意图；其中，10-倒置的U型管；
图3为实施例1渗透路径的预测图；
图4为验证例断开剖面被有色液体浸染的路径实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置，包括注水装置和浇铸模具；
所述浇铸模具底部设置有渗水孔；
所述浇铸模具的壳体内装有待测试样和被待测试样包裹的气泡石；
所述气泡石与注水装置管路连接。
作为本发明的具体实施例，所述注水装置包括依次连接的GDS压力控制器和注水器；所述GDS压力控制器和注水器优选进行电信连接；本发明对所述GDS压力控制器和注水器的型号没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的型号均可。
在本发明中，所述GDS压力控制器能够控制注水器中的水以特定的压力注通过与气泡石连接的管路注入到待测试样中。
作为本发明的具体实施例，所述浇铸模具底部设置有渗水孔；所述渗水孔位于所述浇铸模具底部的中心位置。
作为本发明的具体实施例，所述渗水孔通过管路连接有密闭容器；所述渗水孔与管路之间，所述管路与密闭容器之间的连接处进行密封处理。
作为本发明的具体实施例，所述浇铸模具的壳体为圆柱形或长方体；所述长方体的底面为正方形；所述圆柱形的底面直径或长方体的底面边长独立的为10～30cm。
作为本发明的具体实施例，所述圆柱形的底面直径为10cm；所述长方体的底面边长为10cm。
作为本发明的具体实施例，所述壳体的高度大于所述圆柱形的底面直径或长方体的底面边长。
作为本发明的具体实施例，所述浇铸模具的壳体内装有待测试样和被待测试样包裹的气泡石。在本发明中，所述待测试样优选为凝固和养护后的胶凝材料。在本发明中，进行测试时，所述壳体内部的待测试样为临时浇铸和养护后形成的；未进行测试时，所述浇铸模具的壳体不填充待测试样。
作为本发明的具体实施例，所述待测试样的底面尺寸与所述壳体的底面尺寸相同；所述待测试样的高度与所述待测试样的底面尺寸相同。
作为本发明的具体实施例，所述气泡石为球形；所述气泡石的直径为圆柱形的底面直径或长方体的底面边长的1/10～1/5；所述气泡石的高度优选为2cm。
作为本发明的具体实施例，所述气泡石自带接口，所述接口通过管路与注水装置连接。在本发明中，所述管路的直径优选为4～6mm，更优选为4mm。在本发明的具体实施例中，所述管路的直径为4mm。
在本发明中，所述气泡石优选为高温烧结气泡石，本发明对所述高温烧结气泡石的具体种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类即可。
作为本发明的具体实施例，所述气泡石的高度位于所述待测试样的高度的1/2处。在本发明中，所述气泡石的高度优选以所述气泡石的中心与所述壳体底部的距离为基准。
作为本发明的具体实施例，所述管路与待测试样之间的交接处通过密封胶进行密封。在本发明中，所述密封胶优选为改性硅烷密封胶或强力透明免钉胶；所述改性硅烷密封胶优选为单组分改性硅烷密封胶；本发明对所述单组分改性硅烷密封胶的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，采用密封胶对所述管路与待测试样之间的交接处进行密封可以保证水不会从交接处的缝隙中渗出。
作为本发明的具体实施例，所述注水装置和气泡石之间还设置有倒置的U型管；
所述U型管的两端分别与所述注水装置和气泡石管路连接。
作为本发明的具体实施例，所述U型管中的液面采用油相进行液封。
本发明还提供了一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试方法，包括以下步骤：
所述测试方法利用上述技术方案所述的测试装置进行；
提供待测试样的浆体；
堵住所述浇铸模具底部的渗水孔，将所述待测试样的浆体浇铸在浇铸模具内，在所述待测试样的浆体未凝固时在所述待测试样中***气泡石，依次进行凝固和养护；
所述养护完成后，打开所述渗水孔，通过注水装置进行注水，通过渗水孔收集渗水，并记录注水量和渗水量；
通过所述注水量和渗水量，计算渗透系数。
本发明对所述待测试样的浆体没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的待测试样的浆体均可。
在本发明的具体实施例中，所述待测试样的浆体的制备方法包括以下步骤：
将36.682g氢氧化钠和166.883g水玻璃混合，在60℃恒温震荡至氢氧化钠完全溶解后，在密闭条件下室温陈化24h，得到碱激发剂；
将203.565g碱激发剂、380g偏高岭土和260.948g水混合，在净浆搅拌机中搅拌13～15min，得到所述待测试样的浆体。
得到待测试样的浆体后，本发明堵住所述浇铸模具底部的渗水孔，将所述待测试样的浆体浇铸在浇铸模具内，在所述待测试样的浆体未凝固时在所述待测试样中***气泡石，依次进行凝固和养护。
本发明对所述浇铸的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
所述浇铸完成后，本发明还优选包括对所述浆体进行振实；所述振实的时间优选为2min；本发明对所述振实的频率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的频率即可。
在本发明中，在所述待测试样中***气泡石的高度优选位于所述待测试样的高度的1/2处。在本发明中，所述气泡石的高度优选以所述气泡石的中心与所述壳体底部的距离计。在本发明中，可通过事先在与所述气泡石的中心的距离为待测试样的高度的1/2的管道处进行标记，然后在所述待测试样中***气泡石时，使所述标记与待测试样的上表面的高度一致即可。
***所述气泡石后，本发明还优选包括振实，所述振实的时间优选为30s；本发明对所述振实的频率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的频率即可。
所述凝固完成后，本发明还优选包括在所述管路与待测试样之间的交接处通过密封胶进行密封。在本发明中，所述密封胶优选为改性硅烷密封胶或强力透明免钉胶；所述改性硅烷密封胶优选为单组分改性硅烷密封胶；本发明对所述单组分改性硅烷密封胶的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类即可。
当所述密封胶为改性硅烷密封胶时，凝固完成后直接在所述管路与待测试样之间的交接处涂覆密封胶进行密封。当所述密封胶为强力透明免钉胶时，所述凝固完成后还包括在常温常湿条件下进行第一养护24h后，再在所述管路与待测试样之间的交接处涂覆密封胶进行密封。
在本发明中，所述养护优选在常温常湿条件下进行，所述养护的时间优选为7d。
所述养护完成后，打开所述渗水孔，通过注水装置进行注水，通过渗水孔收集渗水，并记录注水量和渗水量；通过所述注水量和渗水量，计算渗透系数。
打开所述渗水孔后，本发明还优选包括通过管路将所述渗水孔与密闭容器连接；所述密闭容器优选带有刻度；所述渗水孔与管路之间，所述管路与密闭容器之间的连接处进行密封处理。
在本发明中，所述注水的压力优选为70kPa。在本发明中，所述渗透系数的计算公式优选如式1所示：
式1中：k为渗透系数(m/s)；Q为水/溶液渗储量(g)；裠为渗流长度(m)；A为截面积(m2)；Δh为水位差(m)；t为时间间隔(s)。
本发明还提供了一种收缩性胶凝材料的渗透路径的测试方法，包括以下步骤：
按照上述技术方案所述的测试方法，得到渗透系数；
根据所述渗透系数，结合COMSOL软件预测渗透路径。
在本发明中，所述COMSOL软件的物理场优选选择流体流动下多孔介质和地下水流，多孔介质和地下水流的达西定律；然后输入相应参数(包括试样尺寸、气泡石尺寸、注水压力、渗透系数和渗透时间)，进行渗透路径的预测。
为了验证上述渗透路径的测试方法的准确性，本发明将有色液体置于靠近浇铸模具的一侧，并进行液封后，通过注水装置进行注水使有色液体注入待测试样中，然后用刀将待测试样从中间劈开，比较断开的剖面被有色液体浸染的路径与预测路径是否一致。
本发明对所述有色液体的种类没有任何特殊的限定，能够保证所述有色液体与待测试样不发生反应即可。在本发明的实施例中，所述有色液体具体为红墨水。
下面结合实施例对本发明提供的收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置和方法、收缩性胶凝材料的渗透路径的测试方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
测试装置(如图1所示)：
依次连接的GDS压力控制器、注水器和气泡石；所述注水器和气泡石之间通过管路进行连接，所述管路的直径为4mm；所述GDS压力控制器和注水器进行电信连接；所述气泡石的直径为1cm，高度为1.5cm；所述气泡石的材质为高温烧结气泡石，自带接口；
还包括浇铸模具，所述浇铸模具的壳体内装有待测试样和被待测试样包裹的气泡石；所述待测试样的尺寸为10cm×10cm×10cm，所述气泡石的高度位于所述待测试样的高度的1/2处(即5cm处)，所述气泡石的高度优选以所述气泡石的中心与所述壳体底部的距离计；
所述管路与待测试样之间的交接处通过密封胶进行密封；
所述浇铸模具的底部设置有渗水孔，所述渗水孔位于所述浇铸模具底部的中心位置；所述渗水孔通过管路连接有密闭容器，所述渗水孔与管路之间，所述管路与密闭容器之间的连接处进行密封处理；
测试方法：
将36.682g氢氧化钠和166.883g水玻璃混合在60℃恒温震荡至氢氧化钠完全溶解后，在密闭条件下室温陈化24h，得到碱激发剂；
将203.565g碱激发剂、380g偏高岭土和260.948g水混合，在净浆搅拌机中搅拌13～15min，得到所述待测试样的浆体；
堵住所述浇铸模具底部的渗水孔，将所述待测试样的浆体浇铸在浇铸模具内，振实2min后，在所述待测试样的浆体未凝固时在所述待测试样中***气泡石后，振实30s，凝固完成后，在所述管路与待测试样之间的交接处涂覆单组分改性硅烷密封胶进行密封，然后在常温常湿条件下养护7d；
养护完成后，打开渗水孔后，通过管路将所述渗水孔与密闭容器连接；所述密闭容器优选带有刻度；所述渗水孔与管路之间，所述管路与密闭容器之间的连接处进行密封处理；通过注水装置进行注水，所述注水的压力为70kPa，并记录注水量和渗水量；不同时间点下的注水量和渗水量如表1所示：
表1不同时间点下的注水量和渗水量
根据公式
式中：k，渗透系数(m/s)；Q，水/溶液渗储量(g)；裠，渗流长度(m)；A，截面积(m2)；Δh，水位差(m)；t，时间间隔(s)，计算渗透系数为6.8×10-12m/s；
根据上述渗透系数，并结合COMSOL软件预测渗透路径，所述COMSOL软件的物理场优选选择流体流动下多孔介质和地下水流，多孔介质和地下水流的达西定律；然后输入相应参数(几何模型为外面为10cm×10cm的正方形，里面为1cm×1.5cm的小长方形，注水压力70kPa、渗透系数6.8×10-12m/s、渗透时间468000s)，进行渗透路径的预测；预测的渗透路径结果如图3所示；
验证例
为了验证上述渗透路径的准确性，本发明采用图2所示装置，即在图1所示装置的基础上，在所述注水装置和气泡石之间还设置有倒置的U型管；所述U型管的两端分别与所述注水装置和气泡石管路连接；所述U型管中的液面采用油相进行液封；
将有色液体置于靠近浇铸模具的一侧，并进行液封后，通过注水装置进行注水使有色液体注入待测试样中，然后用刀将待测试样从中间劈开，观察断开的剖面被有色液体浸染的路径，如图4所示；
比较图3和图4可知，断开的剖面被有色液体浸染的路径与预测路径一致，本发明所述方法的准确性高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试装置，其特征在于，包括注水装置和浇铸模具；
所述浇铸模具底部设置有渗水孔；
所述浇铸模具的壳体内装有待测试样和被待测试样包裹的气泡石；
所述气泡石与注水装置管路连接；
所述气泡石为球形；
所述浇铸模具的壳体为圆柱形或长方体；
所述气泡石的直径为所述圆柱形的底面直径或长方体的底面边长的1/10~1/5；
所述气泡石的高度位于所述待测试样的高度的1/2处；
所述气泡石的高度以所述气泡石的中心与所述壳体底部的距离为基准。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述注水装置包括依次连接的GDS压力控制器和注水器。
3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述长方体的底面为正方形；
所述圆柱形的底面直径或长方体的底面边长独立的为10~30cm。
4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述渗水孔通过管路连接有密闭容器。
5.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述管路与待测试样之间的交接处通过密封胶进行密封。
6.如权利要求1~5任一项所述的测试装置，其特征在于，所述注水装置和气泡石之间还设置有倒置的U型管；
所述U型管的两端分别与所述注水装置和气泡石管路连接。
7.一种收缩性胶凝材料渗透系数的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述测试方法利用权利要求1~6任一项所述的测试装置进行；
提供待测试样的浆体；
堵住所述浇铸模具底部的渗水孔，将所述待测试样的浆体浇铸在浇铸模具内，在所述待测试样的浆体未凝固时在所述待测试样中***气泡石，依次进行凝固和养护；
所述养护完成后，打开所述渗水孔，通过注水装置进行注水，通过渗水孔收集渗水，并记录注水量和渗水量；
通过所述注水量和渗水量，计算渗透系数。
8.一种收缩性胶凝材料的渗透路径的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照权利要求7所述的测试方法，得到渗透系数；
根据所述渗透系数，结合COMSOL软件预测渗透路径。
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