混凝土保护层渗透系数测试方法研究.pdf

2 0 1 1年 第 1 1期 (总 第 2 6 5期 ) N u mb e r 1 1 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TE CHNOLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 I 1 1 1 0 4 5 混凝土保护层渗透系数测试方法研究 韩阳 ，段君峰 。丁会甫 。 ( 1 河南工业大学 防灾减灾工程研究所，河南 郑州 4 5 0 0 5 2 ；2 国家粮食储备局 郑州科学研究设计院， 河南 郑州 4 5 0 0 5 3 3 、 河南省基本建设科学试验研究院， 河南 郑州 4 5 0 0 1 6 ) 摘要： 混凝土保护层的渗透性是决定混凝土耐久陛的重要因素， 对其渗l透生 检测方法的研究具有重要的工程实际意义。 基于达西( D r a c y ) 渗透定律， 介绍一种新型的混凝土保护层渗透系数测试方法。 该方法利用真空泵在混凝土表层创建负压区， 通过控制气体流动方向， 依据 内部压强差测定混凝土保护层的渗透系数。 依据试验数据， 建立了简化的数学计算模型， 并通过试验验证了该方法具有一定的可靠性和可 操作性， 可应用于实验室、 现场混凝土保护层的渗透性检测。 关键词： 混凝土；保护层；渗透系数；真空 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 1 0 1 4 1 0 3 St udy O n t he t e s t me t hod of pe r mea bi l i t y c oe ffi c i en t o f c onc r e t e c ov e r H r Yan g DUAN J t m f e n gz , DI NG Hu i - pu ( 1 I n s t i t u t e o f E n g i n e e ri n gDi s a s t e r P r e v e n t i o na n d Mi t i g a t i o n ， He n a nUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 5 2 ， C h i n a ； 2 Zh e n g z h o u S c i e n c e Re s e a r c h a n d De s i g n I n s t i tut e Un d e r S tat e Ad mi n i s t r a t i o n o f Gr a i n Re s e r v e ， Zh e n g z h o u 4 5 0 0 5 3， Ch i n a； 3 H e n a n S c i e n t i fi c E x p e r i me n t a t i o nAc a d e me o f I n fr a s tr u c t u r e ， Z h e n g z h o u4 5 0 0 1 6， C h i n a ) A b s t r a c t ： T h e p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e c o v e r h a s b e e n i d e n t i fi e d a S t h e ma j o r f h c t o r t h a t d e t e rmi n e s the d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e I t I S i m p o a n t t o s tud y t h e t e s t me tho d o f p e rm e a b i l i t y c o e ffi c i e n t o f c o n c r e t e c o v e r m thi s p a p e r a n e w me tho d o f t e s t i n g t h e p e rm e a b i l i ty c o e ffic i e nt o f c o n c r e t e c o ve r i s p r o p o s e d ba s e d o n Da r c y S La w I I 1 t h i s wa y a c o n t r ol l e d u ni d i r e c t i o n a l a i r flo w i s g e ne r a t e d b a s e d o n the v a c u u m t e c h n i q u e o n the s a t - f a c e o f c o n c r e t e ， a n d the p e rm e a b i l i t y o f t h e c o n c r e t e c o v e r c a n b e d e t e r mi n t e d d e p e n d i n g o n the d i s p a r i t y& a i r fl o w i n t h e c h a mb e r A s i mp l i fi e d ma the mati c a l c a l c u l a t i o n mo d e l i s e s t a b l i s h me n t e d b a s e d o n t h e e x p e r i me n t a l d a t a Th r o u g h the t e s t r e s u l t s b o th i n s i t e an d l a b o r a t o r y， i t h a s b e e n c o n c l u d e d t h a t t h e n e w me t h o d i s r e l i a b l e an d e f f e c t i v e f n t e s t i n g the p e rm e a b i l i ty c o c ffic i e n t o f c o n c r e t e c o v e L Key WOr ds ： c o n c r c t e； c o v e r ； c o e ffic i e n t o f pe r me a b i l i t y； v a c u um 0 引言 众所周知 ， 影响 昆 凝土耐久性的因素很多 ， 包括其本身的 强度 、 保护层厚度以及外部环境影响等， 而最主要的则是混凝 土保护层的渗透性。 混凝土的保护层作为抵御水、 二氧化碳等有 害介质侵蚀的第一道防线， 对于阻止各种化学元素( 氯离子、 碳 酸离子、 硫酸离子等 ) 的浸入， 避免钢筋腐蚀 ， 降低各种冻融和 盐冻的破坏具有重要的作用【 ” 。 欧洲混凝土委员会( C E B) 和国 际预应力混凝土协会( F I P ) 等一些国际组织早已强调了渗透性 的重要性 ， 并展开了一系列基于混凝土的渗透性来评估其耐久 性研究 ， 取得了相应的成果_2 。 常用的混凝土抗渗性测试方法有 传统的水压力试验法， 以及近年来越来越引起人们重视的抗氯 化物渗透试验法和气体渗透性测试法等。 较之以水和各种化合 物为介质的测试方法， 以气体为介质的测试方法其优点在于： 不 会改变测试试件的微观结构和组成 ， 更符合实际情况p 卅 ， 更适 合进行现场测试。 因此， 对混凝土气体渗透性测试方法的研究 ， 已引起国内外学者的广泛关注同 ， 而目前我国的研究和应用相 对较少。 在实际工程中对混凝土结构的检测大多依据于混凝土的 收稿 日期： 2 0 1 1 _ J D 5 2 7 抗压强度， 并不能真实的反映保护层的质量 ， 尤其是保护层渗 透性对结构耐久性的影响。 本试验应用气流渗透测试仪介绍了 一 种新型的保护层渗透系数测试方法气流渗透性测试法， 并 提出了简化数学模型， 能较好的应用于实际工程。 该方法具有可 重复性， 准确 ， 可靠， 适合无损伤检测。 1 试验原理和试验 方法 法国工程师达西t 61 ( Hd a r c y ) f 过大量的试验研究和分析， 发 现多孔介质中渗透的渗流量 0与渗透断面面积A和水头损失 成正比， 与渗透距离z 成反比， 即所谓的达西定律， 其公式为： D ： k A Ah ( 1 ) l 式中： 渗透系数。 对混凝土试件， 考虑气体黏度 ， 即可得出气体渗透系数理 论公式： Q ( 2 ) 式中： Q 时间t 内流过试样的气体体积， m 3 ； f 试样的厚度， m； 1 4 t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m A试样气流测试面积， Y I ： ； 试样测试的气体压力差 ， P a ； 气体黏度系数； 测量时间 ， S 。 试验设备采用瑞士产气流渗透测试仪。 该设备基于达西渗 透定律 ， 通过在混凝土表层创建真空， 测试混凝土试样渗透前 后压强差确定混凝土渗透系数。 其独特之处在于该设备设计有 两个腔室， 可控制空气流单位立方米向的流向内部腔室， 并用 流向外部腔室的气流保证测试表面的气密性 。 通过压力调节器 进行压力平衡 ， 由微型信息处理机记录压强变化 ， 从而测出混 凝土保护层的空气渗透系数， 同时也可以估算受影响的 昆凝土 深度。 试验设备和试验原理示意如图 1 、 2 所示。 图 1 试验设备装置图 流 向内室气 流 生 图 2 试验装置原理示意 图 试件采用 1 5 0 m m 1 5 0 mm 1 5 0 n n的立方体混凝土试 块 ， 共采用了 4 种配合比， 在实验室标准养护 2 8 d 后进行随机 测试 ， 试样配合比及强度如表 1 所示。 表 1 混凝土试样配合比和强度 2 试验 结果与分析 2 1 渗透系数分析 通过应用气流渗透测试仪对试样进行随机测试 ， 所测时间 均为 7 2 0 S o 依据试验原理 ， 测定其内外腔室压强差 p ， 渗透系 数 和渗透影响深度 L 。 对试验数据进行总结处理， 绘制出压强 差与渗透系数关系曲线( 图3 ) 和渗透系数与渗透影响深度关系 曲线( 图4 ) 如下。 根据气体渗透系数理论推导公式可知， 混凝土渗透系数 与 1 42 Ap 图 3 压强差与渗透系数关系曲线 k 图 4 渗 透系数与渗透影响深度关系曲线 气体渗透量 Q ， 试样厚度 z 和气体黏度 成正比， 与测试面积A， 密闭腔室内部气压差 p和测试时间 t 成反比。 事实上， 在实际 测试中， 密闭腔室内部气压差 可直接通过压力变送器直接测 定， 而其大小与测试面积 A、 试样厚度 Z 、 气体黏度 等有关。 因 此， 对同样的测试条件 ， 只需测定密闭腔室内部气压差 舢 的变 化， 即可推出渗透系数 。 通过对试验数据进行整理分析， 基于最小二乘法原理 ， 对所 测试验数据进行数值拟合， 可建立混凝土试件气压差与渗透系 数关系数学模型， 进而利用渗透系数可推出其渗透影响深度。 拟 合图形和数学模型如图 5 、 6所示。 0 1 5 0 1 O 电 0 05 0 2 4 6 8 1 0 1 2 p ( a J 0 002 0 O 0】 O O O Ol 0 0 0 2 2 5 2 O 1 5 l O 5 0 2 4 6 8 1 0 1 2 Ap ( b ) 图 5 气压差与渗透系数拟合 曲线 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 O 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 k 【 a ) 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 k ( b 1 6 渗透系数与渗透影响深度关系拟合 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于最小二乘法原理， 根据拟合结果， 可得出气压差与渗 透系数关系式式( 3 ) 和渗透系数与渗透影响深度关系式式( 4 ) ： k = a v p 2 + b W+ c ( 3 ) 式中： a = 9 8 5 e 一 0 0 4 ， b = 8 0 7 e 一 0 0 5 ， c = 一 2 2 e 一 0 0 4 。 L = a k 十 c ( 4 ) 式中： a = 6 9 8 5 ， b = 0 5 1 ， c = 0 3 8 。 通常情况下， 即使在实验室环境中， 精确捕捉极微量气体 也是很困难的。 但是 ， 从图 5 、 6的拟合关系图形可以看出， 该数 学模型不需要测量压力和流量两个参数 ， 只需要测量内外腔室 压强差即可。 且气压差与渗透系数关系拟合误差控制在 0 2 以 内， 渗透系数与渗透影响深度拟合误差在 2 0 以内， 满足工程 要求 ， 适合于实际工程。 2 2 保护层质量评定 根据以上数学模型 ， 在实际工程应用中， 只需用真空装置 测出测试腔内外气压差 ， 即可推出所测混凝土渗透系数 ， 进而 估算出该混凝土渗透影响深度。 通过表 2可判定混凝土保护层 质量7 1 。 表 2 保护层质量分类依 据 保护层质量分类 2 8 d 测得的 k 值 ( 1 0 m Z ( P a S ) ) 以在现场和实验室快速 、 可靠地对混凝土保护层的气体渗透性 进行无损伤检测， 通过试验数据建立的数学模型简单、 方便。 通 过进一步研究试验， 可以在工地现场快速对混凝土保护层质量 进行评定 ， 对预制混凝土构件进行无损伤质量控制。 参考文献 ： f 1 1 杨钱荣 混凝土渗透性及引气作用对耐久性的影晌 J 同济大学学 报： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 6 ) ： 7 4 4 7 4 8 【 2 】K O L L E K J J T h e d e t e r mi n a t i o n o f t h e p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e t o 0 x y g e n b y t h e c e mb u r e a u me t h o d - a r e c 0 m me n d a t i o n J 】 Ma - t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 8 9 ( 2 2 ) ： 2 2 5 2 3 0 3 】易成， 谢和平， 孙华飞， 等 混凝土抗渗性能研究的现状与进展f J 】 混 凝土 ， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 7 - 1 1 【 4 杨钱荣， 朱蓓蓉 混凝土渗透性的测试方法及影响因素 J _ 1氐温建筑 技术， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 7 - 1 0 5 】王中平， 吴科如， 张青云， 等 混凝土气体渗透系数测试方法的研究叫 建筑材料学报， 2 0 0 1 ， 4 ( 4 ) ： 3 1 7 3 2 1 【 6 K RO P P J ， H I L S D OR F H KRI L E M r e p o r t 1 2： p e r f o rma n c e c ri t e r i a f o r c o n c r e t e d u r a b i l i t y R G e rma n y ： E &F N S P O N， 1 9 9 5 7 T O R RE N T R， F R E N Z E R GA me t h o r d for t h e r a p i d d e t e r mi n a t i o n o f t h e c o e f f i c i e n t o f p e r m e a b i l i t y o f t h e“ c o v e r c r e t e ” 叨 I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m N o n - D e s t r u c t i v e T e s t i n g i n c i 1 E n g i n e e r i n g ( N D T - C E ) 2 6 - 2 8 0 9 】 99 5 作者简介 3 结论 联系地址 ： 本文基于达西( Dr a c y ) 渗透定律， 介绍 了一种新型的混凝 土保护层渗透系数测试方法气流渗透性测试法。 该方法可 联系电话 韩 B ( 1 9 5 5 一 ) ， 男， 教授， 博士， 主要从事城市防灾减灾， 结 构健康诊断等研究。 河南省郑州市嵩山南路 1 4 0号 河南工业大学土木建筑学 院( 4 5 0 0 5 2 ) 0 3 71 6 7 78 9 1 0 5 ： 、 藿 盟 蚕 翻 中 联 重科并 购整 合C l F A 。 跻 身“ 中 国 海外 投资 五 大经 典案 例， 在 2 0 1 1 年 1 1 月 1 5 13晚间举行的首届“ 中国海外投资经典案例评选揭晓及颁奖典礼” 上 ， 中联重科联手弘毅资本等全盘收购 意大利 C I F A， 跻身“ 首届中国海外投资经典案例” 。 中联重科董事长詹纯新从全国政协副主席、 中华全国工商业联合会主席黄孟复先生手中接过了“ 首届中国海外投资经典案例” 奖项。 据悉 ， 中联重科是此次中国装备制造业中唯一获得此项荣誉的企业。与中远 、 联想集团等共同跻身“ 中国海外投资经典案例” ， 意味着中联重科对 C I F A的收购 ， 及其数年以来不断深化的国际化拓展， 从国家层面， 在经济界和产业界， 共同赢得了认可与肯定。 作为中国工程机械产业的领军企业， 2 0 0 8 年， 中联重科联手弘毅资本等， 全盘拿下当时全球混凝土设备领先企业 意大利 C I F A 公司。经过近 3年整合， 目前 ， 中联重科与 C I F A已经成功经得全球经济以及产业界的认可； 良好而系统整合和融人， 无一不预示着 这场中国工程机械产业颇具开创性、 尝试性的收购， 已经过了产业和历史的检验。特别值得一提的是， 双方的协同及融合， 让 C I F A 在欧美同行中， 率先走出金融危机影响。 至今 ， 在中国以及意大利各方的共同努力下， 中联重科与 C 1 F A正在全球混凝土设备市场架设 起越来越明显的产品、 技术、 品牌、 市场等优势。 2 0 1 1 年 1 1 O月， C I F A公司业绩同比增长 3 9 。 为了表彰中联重科为意大利经济发展 做出的贡献 ， 2 0 1 1 年年初， 意大利总统亲自授予中联重科董事长詹纯新“ 莱昂纳多国际奖” 。目前， 全球范围内仅有 8 人获此殊荣； 而 詹纯新成为荣获该奖项的中国企业家第一人。 在 1 6日的首届海外投资年会主题论坛上 ， 中联重科董事长兼首席执行官詹纯新发表了主题演讲。会上， 詹纯新董事长用中联 重科海外并购的经历体会 ， 发表了对中国企业的海外拓展的独特观点 ： 中国企业海外投资不是经济殖民、 不是文化殖民， 不是谁征 服谁， 也不是谁买下谁， 中国企业要 国际化， 一定要本土化。也就是要遵循国际规则， 融人 目标市场本地文化和氛围中， 利用本地化 的人才、 资源、 运营模式等 ， 在整个国际化推进中， 获得共赢甚至多赢。 詹纯新“ 越是本地化， 就越是国际化” 的观点引起与会者的共 鸣和赞赏。同时， 詹纯新还强调， 在全球并购和整合的过程中， 包容、 共享 、 责任是企业最重要的行动准则， 也是企业在海外拓展中 必须坚持和坚守的规律和原则 ； 只有这样， 中国企业才能够更好更快更坚实地走出去， 中国才能够更和谐顺畅地融人世界 ， 崛起于 世界。 1 4 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m