混凝土透气性测试方法研究概述

文章编号:100926825(2004)2220075202
混凝土透气性测试方法研究概述
收稿日期:2004206220
作者简介:张　涛(19792),男,重庆解放军后勤工程学院在读研究生,重庆　400016
杨德斌(19642),男,1996年毕业于南京化工大学无机非金属材料专业,博士,教授,重庆交通学院,重庆　400016
张　涛　杨德斌
摘　要:介绍了混凝土透气性的内容,针对近年来混凝土气体渗透性实验研究方法,从气压差值法、Cembureau 测试法等
方面作了评述,提出了透气性测试方法仍需解决的问题。

关键词:透气性,测试方法,耐久性中图分类号:T U528.1文献标识码:A
渗透性是混凝土耐久性的主要指标,它是指气体、液体或者
离子受压力、化学势或者电场作用,在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度。

由于混凝土是一种多孔材料,孔隙的存在影响着它的强度,而在抗渗性、气密性、耐腐蚀性等方面,更是与混凝土内部孔的结构密切相关,例如,混凝土碳化、钢筋锈蚀和冻融破坏主
要受C O 2、O 2、H 2O 、C1-、S O 4-2
等气体、流体和可溶性有害物质渗入混凝土内部的扩散速率所控制,因此,Feldman 在第八届国际水泥化学会议发表的论文中指出:“对耐久性的若干研究表明,渗透性可能是同耐久性相关的最重要的因素。

”
目前,混凝土渗透性测试介质主要是水和气体,比较以水为介质的测试方法,以气体为介质的测试方法其优点在于,不会改变测试试件微观结构和组成,而且国外资料表明,混凝土对瓦斯的气密性与对空气的气密性大体属同一数量级或略高,通过测定混凝土对空气的气密性也可以间接评估对瓦斯的气密性,因而混凝土透气性测试研究就引起国内外研究者的广泛关注。

现就将近年来国内外混凝土气体渗透性实验研究方法作一评述。

1　Cembureau 测试法
K olle 在1989年提出的以O 2为渗透介质测定混凝土渗透系
数的方法已获得国际上的广泛接受,并在1999年由RI LE M 组织作为推荐标准推出。

该法的原理为:给试样施加稳定的气压,记录在此压力下通过试样的气体流量,再转换到渗透系数,以此来比较混凝土渗透性能。

此技术中,由于透过混凝土的气体流量较小,因此,采用了皂膜流量计;同时为满足试样同边的密封要求,采用轮胎式的结构,从而使密封效果非常理想。

该方法的试验步骤严格,测试程序复杂,测试结果的精度较高。

但是,该方法同样也对试件密封的状况以及流量计对微量气体的捕捉精度提出了很高的要求。

基于Cembureau 测试法,我国交通部已在J T J 270298中提出了
一个较为便捷的气体渗透性测试方法。

同济大学王中平等人,改进测试手段,改善密封状况,研制出一套气体渗透系数实验室装
置(见图1),在相同条件下与Cembureau 法作对比,其测试数据的线性相关性较高。

S.Tsivilis 等人在进行石灰石添加量对混凝土气密性影响研究中所采用的透气性实验方法即参照Cembureau 测试法。

2　气压差值法
克罗地亚学者V.C A LOG OVIC 借鉴Blaine 和Rigden 研究的用以测量比表面积及颗粒状物质粒子尺寸实验方法,设计了以时间为变量的气压差值法(见图2)。

此实验方法最主要的原理是在密闭容器内施加不同于环境的压力,由于气流进入混凝土试件表面和内部存在孔隙,一定时间后密闭容器内气压降低,通过测定一定时间后容器内压力变化值求出混凝土抗渗系数。

该测试方法的最主要的优点在于不需要测量气体流量,只需测量气压变化率,因为即使在实验室的环境中,精确捕捉极微量气体是很困难的。

另一个优点是不需要测量压力和流量两个参数,只需要测量压力一个参数,简化了测试程序。

在对传统方法分析的基础上,V.C A LOG OVIC 得出了该测试方法所对应的混凝土抗渗系数计算公式:
K g =η·L ·V k A ·P k ·1t 1-t 2·ln p 1p 2　(p 1>p 2),
式中:K g ———渗透系数,cm 2;
Q ———流量,cm 3/s ;
Δp ———压力差,p 1-p 2,Pa ;
p 1———输入压力,Pa ;p 2———大气压力,Pa ;
L ———试件厚度(气流方向),cm ;
η———气体粘滞系数,Pa ·s ;
A ———透气面积,cm 2。

V.C A LOG OVIC 通过大量实验,并且对比采用恒定气压的标
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第30卷第22期2004年11月 山西建
筑SHANXI ARCHITECT URE
V ol.30N o.22N ov.　2004
准实验方法,认为两者有很好的相关性(见图3),而且该方法不需
要测量对精度要求很高的微量气体流量,因此,更有利于工程现场对混凝土透气性能进行测试。

3　F.Wagner 实验方法
F.Wagner 等人在研究蒸压混凝土透气性实验中,采用了与以
上不同的实验方法。

其实验方法是,将试件用硅橡胶密封侧面,装入容器,下表面连通一个真空泵形成封闭系统,上表面与空气相通。

测试时,用真空泵抽取密闭系统内部的空气,使内部气压降至800Pa ～15000Pa 低于空气压力。

在大气压力作用下,空气就会通过混凝土试件的孔隙进入到底座的封闭系统中,使气压增加,试件气密性能越差,空气进入越多,气压变化越快。

同时,通过压力传感装置测定封闭系统内压力随时间的变化,从而求出渗透系数。

这种试验方法得出数据的真实性和重复性已经由苏黎世的ETH 大量实验数据所证实。

此外,我国南京水利科学研究院的赵翠华等人也采用类似的实验原理研究了一套设备简单、操作方便、试验快捷的测试方法。

4　压力作用下混凝土试件的气体渗透性实验
渗透性通常利用测量既不受压又没有破坏的混凝土试块的气体渗透性来估量。

但混凝土是应用最为广泛的结构用建筑材料,在钢筋混凝土中主要是承受压应力,因此,论及混凝土的性能应该是混凝土在工作状态下的性能。

而实际上,空载状态和受载状态下混凝土性能是有差异的。

同济大学王中平等人,采用改进气压法研究了单轴压缩作用对混凝土气体渗透性能的影响。

研究表明:普通混凝土在单轴压缩荷载作用下,其气体渗透系数存在一个单轴应力的阈值,并对应力与渗透阈值表现不同关系时,渗透系数变化趋势进行探讨。

国外学者Vincent Picandet 则对混凝土在偏心受压,以及单荷载和循环荷载作用下气体渗透系数变化进行深入研究,提出了混凝土受压破坏状态与透气性的关系。

由于破坏作用(如溶解、腐蚀、冰冻作用)产生主要靠侵蚀性的水流或者气流作用在孔隙和开裂的地方所造成的,因此,以上研究方法中,对受力和开裂的混凝土性能改变的认识,为预测混凝土的耐久性能提供了重要依据。

5　结语
作为混凝土耐久性的重要指标,混凝土透气性实验研究受到广泛关注。

但从目前情况看,混凝土透气性测试尚待解决的问题是:
1)没有固定的测试方法,尽管从原理上讲主要为恒压法和变压法,但测试的手段、实验条件和测试方法不同,造成对同一试件测试结果无法进行比较。

2)在整个测试系统非常高密封要求和对于微量气体采集和精确测量方面,是一个难点。

3)建立透气系数与混凝土耐久性能的量化关系,研究透气系数对耐久性能或者某一方面性能影响,为透气性指标评价耐久性能提供依据。

目前,混凝土透气性应用研究的领域中,已经由不考虑荷载的情况扩展到存在荷载及开裂条件下透气系数变化的情况。

另外,气体渗透测试不仅仅限于耐久性方面,实际工程中还运用到隧道工程中混凝土防瓦斯气体泄漏中,铁道部也出台相应的规范,参照气体渗透实验方法对隧道用混凝土进行透气性检测,并对透气系数量级作出了严格的规定。

可以预见的是,混凝土透气实验研究今后将作为主要指标,对于定量分析混凝土耐久性能及对有特殊抗渗要求混凝土进行评定,将会有很重要的指导意义。

参考文献:
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R esearch condition of testing methods of concrete ventilation
ZH ANG T ao 1　YANG De 2bin 2
(1.Chongqing P LA Logistic Project College ,Chongqing 400016,China ;2.Chongqing Highway College ,Chongqing 400016,China )
Abstract :I t introduces contents of concrete ventilation ,discusses atm ospheric pressure difference method &Cembureau testing method in connection with ex perimental research meth ods of concrete ventilation in recent years and propounds uns olved problems in ventilation testing meth od.K ey w ords :ventilation ,testing methods ,durability (上接第71页)
Matters needing attention in basement w aterproofing of high 2rise building
GU Si 2yi
(The Third Building Engineering Company o f Guangdong ,Guangzhou 510070,China )
Abstract :From tw o aspects :the waterproofing design and construction of the basement of high 2rise building the comm on problems existed are analyzed ;at the same time corresponding res olving measures are proposed ,which are efficient in reducing leakage with g ood effects.K ey w ords :basement ,self 2waterproofing w ork ,flexible waterproofing
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67·第30卷第22期2004年11月
山西建筑 。