[發明專利]可精確測量混凝土水、氣徑向滲透系數的簡易測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202010169214.7
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111413260A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 周欣竹;蔣智楠;鄭建軍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種可精確測量混凝土水、氣徑向滲透系數的簡易測試裝置，其特征在于，所述簡易測試裝置包括供水/氣單元、壓力單元和測量單元，所述的壓力單元的進水/氣口與所述供水/氣單元連接，所述壓力單元底部的出水/氣口與所述的測量單元連接。

2.如權利要求1所述的可精確測量混凝土水、氣徑向滲透系數的簡易測試裝置，其特征在于，所述的壓力單元包括加載裝置、桶體和支架一，所述桶體設有一個進水/氣口和一個出水/氣口一，并在進水/氣口上設有閥門一，在出水/氣口一上設有閥門二；所述桶體底部設有一底部蓋板，并且桶體與底部蓋板通過焊接連接；所述底部蓋板中央設有一出水/氣口二，在出水/氣口二上設有閥門三；所述桶體中間放置空心圓柱體混凝土試件，所述空心圓柱體混凝土試件上下表面分別設有上硅膠密封圈和下硅膠密封圈；所述桶體上側通過螺桿與第一蓋板連接，并在桶體與第一蓋板之間設有密封環一；所述第一蓋板上側設有第二蓋板，所述第一蓋板與所述第二蓋板之間也是通過螺桿連接，并在第一蓋板與第二蓋板之間設有密封環二；所述桶體翼緣部分與第一蓋板、第二蓋板均設有六個上下對應且大小相同的通孔一，且安裝時用螺桿穿過對應的通孔一，并在上下用螺母一與螺母二旋緊；所述第一蓋板與第二蓋板的中間，均設有一通孔二，用于通過一金屬傳力塊；所述金屬傳力塊下部與混凝土上表面的上硅膠密封圈接觸；所述金屬傳力塊側邊分別通過“L”型密封環一、“L”型密封環二以及密封環二與第一蓋板以及第二蓋板之間密封；所述金屬傳力塊上側設有第三蓋板，所述第三蓋板的周圍也設有與第二蓋板相對應的六個大小相同的通孔一；所述第三蓋板上側設有第四蓋板，所述第四蓋板的周圍也設有與第三蓋板相對應的六個大小相同的通孔一；所述第三蓋板與第四蓋板均通過螺桿，并且在所述第四蓋板與所述第三蓋板之間設有硬質彈簧套在螺桿中；所述第三蓋板上放置一位移測量裝置，且位移測量裝置的豎桿通過所述第四蓋板中間的通孔三；所述第四蓋板頂部設有兩個相互垂直的氣泡水平儀，并通過旋緊螺母三向第四蓋板向下施加壓力；所述桶體整個安裝在所述支架一上，通過焊接將底部蓋板與支架一連接。

3.如權利要求1或2所述的可精確測量混凝土水、氣徑向滲透系數的簡易測試裝置，其特征在于，所述供水/氣單元包括氮氣瓶、水箱、壓力表一、壓力表二、不銹鋼管、閥門四、閥門五、閥門六和閥門七，所述閥門四、閥門五、閥門六和閥門七均安裝在所述不銹鋼管上；所述不銹鋼管的一端與氮氣瓶連接；所述不銹鋼管連接氮氣瓶并延伸與壓力表一、閥門四、三通接頭一連接，所述三通接頭一下端通過不銹鋼管連接閥門五，再向下連接至水箱，其中不銹鋼管置于水面上；所述三通接頭一右端通過不銹鋼管連接閥門六、三通接頭二，所述三通接頭二下端通過不銹鋼管連接水箱，其中不銹鋼管置于水面下；所述三通接頭二右端通過不銹鋼管連接壓力表二，進一步向右端連接至桶體的進水/氣口。

4.如權利要求1或2所述的可精確測量混凝土水、氣徑向滲透系數的簡易測試裝置，其特征在于，所述測量單元包括橡膠管、異性玻璃管、閥門八、閥門九、橡膠頭和支架，所述異性玻璃管上部設有刻度，所述異性玻璃管下部設有橡膠頭，左部設有一分叉口；所述分叉口與橡膠管連接，并且通過橡膠管連接至所述頂部蓋板中間的出水/氣口二處；所述異性玻璃管底部設有一閥門九，所述異性玻璃管分叉處設有一閥門八，所述異性玻璃管通過卡扣與支架二連接；所述橡膠頭中裝有肥皂水，通過擠壓橡膠頭在異性玻璃管內形成肥皂泡膜。

5.如權利要求4所述的可精確測量混凝土水、氣徑向滲透系數的簡易測試裝置，其特征在于，所述的桶體翼緣部分、第一蓋板、第二蓋板上均設有與所述密封環相對應的環形凹槽。

6.一種如權利要求1所述的可精確測量混凝土水、氣徑向滲透系數的簡易測試裝置實現的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

1)預處理：將養護好的空心圓柱體試件上下表面用石蠟密封，并測量金屬傳力塊的質量為m₁,第三蓋板以及位移測量裝置的質量為m₂，第四蓋板的質量為m₃；

2)安裝試驗裝置：放置試件，并蓋好蓋板，在旋上螺母三前，首先讀取位移測量裝置上讀數，記為L₁，進一步旋緊螺母三，調節到能夠將圓柱體混凝土試件上下固定且密封即可，且保持兩個氣泡水平儀的氣泡位置均居中；在旋緊螺母三的同時，第四蓋板向下移動推動位移測量裝置的標尺，并讀取此時位移測量裝置上讀數，記為L₂；

根據胡克定律，計算出混凝土所受壓力

F＝6×k×(L₁-L₂)+m₁·g+m₂·g+m₃·g

式中：F為混凝土所受壓力；k為彈簧的勁度系數；g為重力加速度；

3)對壓力桶施加水或氣體，使水或氣體從混凝土的外側滲透進混凝土的內測；

4)待水或氣體流量達到穩定狀態后，在測量裝置讀數并記錄一定時間間隔內液面或肥皂泡膜高度的讀數差值，所得結果取平均值即為混凝土的水或氣流量Q；

5)基于推導的混凝土水、氣體徑向滲透表達式定量計算滲透系數K，實現混凝土水、氣徑向滲透過程性能測試；

氣體：

水：

Q_i-指定試件內單位時間氣體流量，單位：cm³/s；

μ-惰性氣體的動態粘度；

r₁-試件的內半徑，單位：cm；

r₂-試件的外半徑，單位：cm；

H-試件高度，單位：cm；

P_i-注入的氣體壓力，單位：MPa；

P_atm-大氣壓力，單位：MPa；

Q-指定試件內單位時間水流量，單位：cm³/s；

ΔP-混凝土試件內外壓力差，單位：MPa。