一種混凝土氣體滲透率測試系統的製作方法
2023-07-22 16:10:21
專利名稱：：一種混凝土氣體滲透率測試系統的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種測試儀，特別是關於一種混凝土氣體滲透率測試系統。
背景技術：
：混凝土材料的耐久性，對混凝土結構全壽命周期的安全性、經濟性具有重要意義。如何正確檢測、評估混凝土材料的耐久性，對混凝土材料工程應用至關重要。目前，大多實驗室通過檢測混凝土滲透性來評估混凝土材料耐久性，這種方法通常使用的滲透介質有溶液、液體、氣體等。而由於氣體對混凝土材料的惰性及氣體滲透對微結構的敏感性更高，因此氣體滲透率可以更為靈敏地反映不同混凝土材料耐久性之間的差異。氣體滲透率的測量主要有測試穩態流量和壓力變化兩大類方法，前者如Cembureau方法，後者有如Figg法、Calogovic推導的測量方法和王中平建議的方法等。由於氣體密封效果的問題，基於壓力變化的測量方法受密封效果不良的影響很大，試驗結果的重現性、離散性差。Kollek於1989年提出的以氧氣為滲透介質測定混凝土滲透係數的Cembureau方法已獲得國際上的廣泛接受，並在1999年由RILEM作為測試標準推出。其原理為採用圓柱試件，側面密封，兩個端面施加穩定的氣壓，通過記錄在此兩端面壓力差作用下的氣體流量來推算材料的氣體滲透係數。由於採用輪胎式的側面密封結構，密封效果非常理想。基於穩態流量測量Cembureau方法的試驗步驟嚴格，測試結果精度高，可重現性好，但也使得Cembureau法測試程序複雜，試驗操作過於繁瑣，試樣裝卸費勁等不足。
發明內容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種密封效果好，試驗操作簡便，測試精度高，實驗結果重現性好的混凝土氣體滲透率測試系統。為實現上述目的，本實用新型採取以下技術方案一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於它包括氣體滲透率測試單元、氣體流量計、高壓氣瓶、減壓閥和壓力表；其中，所述氣體滲透率測試單元包括一密封腔、一放置在所述密封腔中的圓柱體狀測試件和一設置在所述圓鋼套的內壁與所述測試件的外壁之間的充氣輪胎；所述密封腔包括一環形圓鋼套，所述圓鋼套的底端和頂端分別設置有一底板和一頂蓋，所述底板和頂蓋與所述圓鋼套的結合面上均設置有一0形密封圈，所述底板和頂蓋通過螺栓與所述圓鋼套緊固連接；所述圓鋼套中部開設有一與所述充氣輪胎內腔相通的第一進氣口，所述底板和頂蓋上分別設置有與所述測試件相通的第二進氣口和出氣口，所述第一、第二進氣口和出氣口上均設置有密封氣嘴；所述氣體滲透率測試單元上的第一、第二進氣口通過兩路管線分別連接第一減壓閥和第二減壓閥，兩路所述管線匯聚後依次連接第三減壓閥和高壓氣瓶的出口；所述氣體滲透率測試單元上的出氣口通過管線直接連接所述氣體流量計，所述壓力表設置在所述第一進氣口與第一減壓閥之間的管線上。所述氣體滲透率測試單元上的第一、第二進氣口和所述高壓氣瓶出口所在的管線上分別設置有一氣閥。[0007]所述測試件包括一圓餅試件，所述圓餅試件的頂部和底部分別設置有一層PVC薄圓板，且所述PVC薄圓板與所述圓餅試件具有相同直徑；所述圓餅試件和兩層PVC薄圓板周向套設一橡膠套，且所述橡膠套的頂部和底部均與所述PVC薄圓板表面平齊；兩層所述PVC薄圓板的表面均設置有一橡膠墊，且所述橡膠墊的直徑與所述橡膠套的外徑相同。所述氣體流量計採用皂膜流量計，其流速為0.1lOOmL/min。所述壓力表採用量程IMPa、精確至lKPa的高精度壓力表。所述密封腔的鋼材為A3模具鋼，所述PVC薄圓板的單面具有環狀花紋。本實用新型由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、由於本實用新型包括由密封腔、測試件和充氣輪胎組成的氣體滲透率測試單元，充氣輪胎設置在圓鋼套的內徑與測試件的外徑之間，密封腔中的圓鋼套上開設有一與充氣輪胎內腔相通的進氣口，密封腔中的底板和頂蓋上分別設置有與測試件相通的進氣口和出氣口，兩進氣口和出氣口上均設置有密封氣嘴，氣體滲透率測試單元上的兩進氣口分別通過管線連接二減壓閥，該二減壓閥通過管線再依次連接第三減壓閥和高壓氣瓶，氣體滲透率測試單元上的出氣口通過管線連接氣體流量計，壓力表設置在進氣口與第一減壓閥之間管線上，因此測試時充氣輪胎能夠很好地將測試件密封好，從高壓氣瓶輸送的高壓氣體經過減壓閥的減壓穩定後，在測試件上、下表面能夠形成穩定的壓力，從而測得在此壓力差作用下的穩態氣體體積流量，進而得到圓餅試件的固有氣體滲透率，操作簡便，更為重要的是密封性能好帶來的測試結果精度高、實驗結果重現性好。2、由於本實用新型的測試件由一圓餅試件、兩分別設置在圓餅試件頂部和底部的PVC薄圓板、一將圓餅試件和兩PVC薄圓板套住的橡膠套，以及兩橡膠墊組成，且兩橡膠墊分別設置在橡膠套的頂部和底部，因此進一步提高了本實用新型的密封性能。3、由於本實用新型的密封腔中，圓鋼套與底板和頂蓋之間通過螺栓固定連接，放氣後輪胎的內徑比測試件的外徑稍大，因此方便更換測試件。本實用新型的密封效果好，試驗操作簡便，測試精度高，實驗結果重現性好，可以應用於混凝土材料孔隙(裂隙)結構、氣體滲透率的試驗研究及實際工程耐久性檢測領域。圖1是本實用新型的結構示意圖圖2是本實用新型中氣體滲透率測試單元的結構示意圖具體實施方式以下結合附圖和實施例對本實用新型的進行詳細的描述。如圖1所示，本實用新型包括一氣體滲透率測試單元1、一氣體流量計2、一高壓氣瓶3、三個常閉的減壓閥4，4〃和4〃、一壓力表5、三個氣閥6和若干管線7。氣體滲透率測試單元1上具有一個出氣口8和兩個進氣口9、10，出氣口8通過管線7直接連接氣體流量計2，氣體流量計2用來測量從出氣口8排出的氣體體積流量。進氣口9、10通過兩路管線7分別連接減壓閥4和4"，兩路管線7匯聚後依次連接減壓閥4"和高壓氣瓶3的出口，其中減壓閥4、4"和4"用於氣路上的減壓，並為氣體滲透率測試單元1提供穩定的高壓力。壓力表5設置在進氣口9與減壓閥4之間的管線7上，用於測量所在氣路上的氣體壓力。三個氣閥6分別設置在進氣口9、10和高壓氣瓶3出口所在的管線7上。[0016]如圖2所示，氣體滲透率測試單元1包括一鋼製的密封腔11、一圓柱體狀的測試件12、一開放式的充氣輪胎13和三個密封氣嘴14。其中，密封腔11包括一環形圓鋼套111，圓鋼套111的底端和頂端分別設置有一底板112和一頂蓋113，底板112和頂蓋113與圓鋼套111的結合面上均設置有一0形密封圈114，底板112和頂蓋113通過螺栓115與圓鋼套111緊固連接。測試件12包括一圓餅試件121，圓餅試件121的頂部和底部分別設置有一層PVC(Polyvinylchloridepolymer，聚氯乙烯)薄圓板122，且PVC薄圓板122與圓餅試件121具有相同直徑。圓餅試件121和兩層PVC薄圓板122周向套設一橡膠套123，且橡膠套123的頂部和底部均與PVC薄圓板122表面平齊。兩層PVC薄圓板122的表面均設置有一橡膠墊124，且橡膠墊124的直徑與橡膠套123的外徑相同。上述圓餅試件121製作較為特殊，其具體製作方法為將達到了預定齡期的混凝土作為原材料，並按造設計規格製作成圓餅狀；然後在一定溫度下烘乾，再將烘乾的圓餅狀混凝土的側面塗刷上一定厚度的環氧樹脂，作為密封及界面過渡處理；最後將處理好的圓餅試件121置於乾燥環境中，冷卻至室溫。圓餅試件121的尺寸一般製作為直徑150mm，厚50mm。充氣輪胎13設置在圓鋼套111的內壁與測試件12的外壁之間，其採用專門設計的模具灌注較軟的矽橡膠製作而成，且外邊緣中部空出一圈，測試時在內部氣體壓力作用下與圓鋼套111的內壁貼緊密閉。為了在密封腔11外能夠方便地為充氣輪胎13充氣，圓鋼套111中部開設了一與充氣輪胎13內腔相通的進氣口10。為了進一步密封，進氣口10上設置一密封氣嘴14。本實用新型做實驗時採用氣體作為滲透介質，滲透介質主要為氧氣、氮氣和空氣等對混凝土呈惰性的氣體。鑑於此，頂蓋113、底板112、橡膠墊124和PVC薄圓板122上開設有貫通的出氣口8/進氣口9，以使滲透媒介可以通過進氣口9到達圓餅試件121，並在壓力差作用下滲透媒介可以滲透到圓餅試件121內，從圓餅試件121出來的滲透媒介從出氣口8排出。同樣為了使出氣口8和進氣口9密封，在出氣口8和進氣口9上分別設置一密封氣嘴14。上述實施例中，氣體流量計2可以採用皂膜流量計，其流速為0.1lOOmL/min。上述實施例中，高壓氣瓶3為高壓工業氣瓶，其為氣體滲透率測試單元1供氣。上述實施例中，壓力表5可以採用量程IMPa、精確至lKPa的高精度壓力表。上述實施例中，管線7均採用氣密性能好的軟管。下面通過一個具體實施例來對本實用新型的效果進行驗證。本實施例中，密封腔11的鋼材均採用A3模具鋼，圓鋼套111內徑230mm，壁厚25mm，頂蓋113厚10mm，底板112厚15mm;0形密封圈114採用內徑262mm、粗6mm的密封圈；PVC薄圓板122直徑150mm，厚25mm，單面有齒深2mm的環狀花紋；橡膠套123的內徑為148mm，壁厚7mm。將欲測的混凝土測試件12裝入密封腔11中，並將各部件用管線7連接好。下面是本實施例的操作方法，其步驟如下1)開啟高壓氣瓶3出口的氣閥6，然後緩慢開啟減壓閥4"，使調整下遊氣壓為1.6MPa左右。2)緩慢開啟減壓閥4，並使調整下遊氣壓為為0.7MPa。3)緩慢開啟減壓閥4"，對圓餅試件121表面施加一定氣體壓力。[0029]4)每隔10min/20min利用氣體流量計2測量一次氣體流量，待前後兩次測量結果誤差小於1%時，記錄此時所得流速Q即為穩態體積流速，並按下式計算該壓力作用下的表觀滲透率formulaseeoriginaldocumentpage6其中，ka——圓餅試件121所使用混凝土的表觀氣體滲透率(m2)；Patffl——試驗當時、當地的大氣壓力(Pa)；P——底板112上進氣口8的絕對壓力(Pa)；_上下遊氣體壓力均值(Pa)，Pffl=(P+Patffl)/2；formulaseeoriginaldocumentpage6-氣體流量計2測得的穩態氣體體積流速(m3/s)-圓餅試件121的厚度(m)；一氣體的動力粘度(PaXs)；-圓餅試件121斷面的橫截面積(m2)；(5)調整減壓閥4改變圓餅試件121表面上施加的氣體壓力，按步驟(4)的方法測量圓餅試件121在至少3個不同壓力作用下的穩態體積流速，並計算不同進氣壓力P下的表觀氣體滲透率ka。(6)將不同壓力P下的1/Pm與對應的表觀氣體滲透率ka進行線性回歸擬合，即formulaseeoriginaldocumentpage6所得截距kv為圓餅試件121的固有氣體滲透率。(7)關閉進氣口9、10上遊管路7上的氣體閥門6，並給充氣輪胎13放氣，打開頂蓋113，揭開圓餅試件121上表面的PVC薄圓板122，將已經測試完畢的測試件12取出並更換圓餅試件121，重複上述步驟測量另一圓餅試件121的氣體滲透率。每隔lOmin利用氣體流量計2測量從出氣口8排出的氣體體積流量，按照上述步驟5)依次調整氣壓P分別為0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa左右，測量穩態體積流量Q、壓力P並計算表觀滲透率ka。試驗要求較高精度時，可以多補測幾個測點。將試驗時採用的平均氣體壓力的倒數1/Pm、表觀滲透率ka按式(2)進行線性回歸，求得所得截距<即為混凝土試件的本質滲透率，測試結果如表1所示。表1tableseeoriginaldocumentpage6上述各實施例中，各部件的結構、設置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本實用新型技術方案的基礎上，對個別部件進行的改進和等同變換，不應排除在本實用新型的保護範圍之外。權利要求一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於它包括氣體滲透率測試單元、氣體流量計、高壓氣瓶、減壓閥和壓力表；其中，所述氣體滲透率測試單元包括一密封腔、一放置在所述密封腔中的圓柱體狀測試件和一設置在所述圓鋼套的內壁與所述測試件的外壁之間的充氣輪胎；所述密封腔包括一環形圓鋼套，所述圓鋼套的底端和頂端分別設置有一底板和一頂蓋，所述底板和頂蓋與所述圓鋼套的結合面上均設置有一O形密封圈，所述底板和頂蓋通過螺栓與所述圓鋼套緊固連接；所述圓鋼套中部開設有一與所述充氣輪胎內腔相通的第一進氣口，所述底板和頂蓋上分別設置有與所述測試件相通的第二進氣口和出氣口，所述第一、第二進氣口和出氣口上均設置有密封氣嘴；所述氣體滲透率測試單元上的第一、第二進氣口通過兩路管線分別連接第一減壓閥和第二減壓閥，兩路所述管線匯聚後依次連接第三減壓閥和高壓氣瓶的出口；所述氣體滲透率測試單元上的出氣口通過管線直接連接所述氣體流量計，所述壓力表設置在所述第一進氣口與第一減壓閥之間的管線上。2.如權利要求1所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述氣體滲透率測試單元上的第一、第二進氣口和所述高壓氣瓶出口所在的管線上分別設置有一氣閥。3.如權利要求1所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述測試件包括一圓餅試件，所述圓餅試件的頂部和底部分別設置有一層PVC薄圓板，且所述PVC薄圓板與所述圓餅試件具有相同直徑；所述圓餅試件和兩層PVC薄圓板周向套設一橡膠套，且所述橡膠套的頂部和底部均與所述PVC薄圓板表面平齊；兩層所述PVC薄圓板的表面均設置有一橡膠墊，且所述橡膠墊的直徑與所述橡膠套的外徑相同。4.如權利要求2所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述測試件包括一圓餅試件，所述圓餅試件的頂部和底部分別設置有一層PVC薄圓板，且所述PVC薄圓板與所述圓餅試件具有相同直徑；所述圓餅試件和兩層PVC薄圓板周向套設一橡膠套，且所述橡膠套的頂部和底部均與所述PVC薄圓板表面平齊；兩層所述PVC薄圓板的表面均設置有一橡膠墊，且所述橡膠墊的直徑與所述橡膠套的外徑相同。5.如權利要求1或2或3或4所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述氣體流量計採用皂膜流量計，其流速為0.1lOOmL/min。6.如權利要求1或2或3或4所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述壓力表採用量程IMPa、精確至lKPa的高精度壓力表。7.如權利要求5所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述壓力表採用量程IMPa、精確至lKPa的高精度壓力表。8.如權利要求1或2或3或4所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述密封腔的鋼材為A3模具鋼，所述PVC薄圓板的單面具有環狀花紋。9.如權利要求5所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述密封腔的鋼材為A3模具鋼，所述PVC薄圓板的單面具有環狀花紋。10.如權利要求7所述的一種混凝土氣體滲透率測試系統，其特徵在於所述密封腔的鋼材為A3模具鋼，所述PVC薄圓板的單面具有環狀花紋。專利摘要本實用新型涉及一種混凝土氣體滲透率測試系統，它包括氣體滲透率測試單元、氣體流量計、高壓氣瓶、減壓閥和壓力表；氣體滲透率測試單元包括密封腔、密封腔中的測試件和設置在圓鋼套的內壁與測試件的外壁之間的充氣輪胎；密封腔包括圓鋼套、底板和頂蓋，圓鋼套中部開設有一與充氣輪胎內腔相通的第一進氣口，底板和頂蓋上分別設置有與測試件相通的第二進氣口和出氣口，進氣口和出氣口上均設置有密封氣嘴；氣體滲透率測試單元上的第一、第二進氣口通過兩路管線分別連接第一、第二減壓閥，兩路管線匯聚後依次連接第三減壓閥和高壓氣瓶的出口；氣體滲透率測試單元上的出氣口通過管線直接連接氣體流量計。本實用新型的密封效果好，試驗操作簡便，測試精度高，實驗結果重現性好，可以應用於混凝土材料孔隙(裂隙)結構、氣體滲透率的試驗研究及實際工程耐久性檢測領域。文檔編號G01N15/08GK201583477SQ20102004701公開日2010年9月15日申請日期2010年1月15日優先權日2010年1月15日發明者周春聖,李克非申請人:清華大學