橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種混凝土滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測設(shè)備，尤其涉及一種橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣 體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土橋梁耐久性問題主要有混凝土碳化、氯鹽滲透、硫酸鹽腐蝕、凍融循環(huán)、堿 集料反應(yīng)等環(huán)境介質(zhì)的侵蝕及由此導(dǎo)致的鋼筋銹蝕。由于混凝土是多孔介質(zhì)材料，一方面 水很容易通過孔隙進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，降低孔隙液的pH值，破壞混凝土堿性和強(qiáng)度；另一 方面，水充當(dāng)載體攜帶其他有害離子（Cl、Na+等）進(jìn)入混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，最終導(dǎo) 致混凝土破脹開裂直至結(jié)構(gòu)破壞。從本質(zhì)而言，混凝土橋梁耐久性能的劣化，主要是由于環(huán) 境腐蝕介質(zhì)通過連通孔隙滲透入混凝土內(nèi)部后進(jìn)一步引發(fā)的。混凝土的抗?jié)B透能力決定了 腐蝕介質(zhì)在其內(nèi)部傳輸?shù)碾y易和速度，因此，滲透性被認(rèn)為是評價混凝土耐久性的重要指 標(biāo)。總的來說，混凝土的滲透性越低，越難以被腐蝕介質(zhì)侵蝕，即抗?jié)B性越好，混凝土的耐久 性能和壽命也就越高。因此，準(zhǔn)確檢測橋梁混凝土的滲透性能，對判斷橋梁的耐久性能具有 重要意義。
[0003] 現(xiàn)有的混凝土滲透性能測試技術(shù)，主要分為水滲法、氣滲法和離子滲透法三類。對 于實(shí)體混凝土橋梁結(jié)構(gòu)而言，水滲法不適用于強(qiáng)度較高的混凝土，無法適應(yīng)時代發(fā)展的需 要，且需要鉆孔取芯后做室內(nèi)試驗(yàn)，對結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生一定擾動；離子滲透法較為成熟，已成 為檢測氯鹽侵蝕的主要手段，但實(shí)驗(yàn)過程中，試樣需一直浸泡在溶液中，一方面無法真實(shí)模 擬實(shí)體混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境特點(diǎn)，另一方面也存在繼續(xù)水化改變混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的可能。 若對實(shí)體橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，也需要鉆孔取芯，為有損試驗(yàn)。而商品化的Permit離子迀移 儀，僅能檢測結(jié)構(gòu)表層氯離子擴(kuò)散系數(shù)，具有一定的局限性。
[0004] 綜上所述，選取混凝土氣體滲透系數(shù)作為評價其耐久性的重要指標(biāo)，針對橋梁結(jié) 構(gòu)構(gòu)件特點(diǎn)，研究一種直觀、無損、長期的用于檢測構(gòu)件混凝土氣體滲透系數(shù)的有效方法是 當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的混凝土滲透性檢測設(shè)備存在的缺陷，而提供 一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)氣體滲透系數(shù)檢測裝置及使用方法，實(shí)現(xiàn)無損檢測，從而更加適于實(shí) 用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
[0006] 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出 的一種橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置，包括有傳感器、導(dǎo)氣管、氬氣罐和控制 箱，
[0007] 所述傳感器通過導(dǎo)氣管與控制箱上的管路相連接，控制箱上管路的另一端連接有 氬氣罐；
[0008] 控制箱內(nèi)部設(shè)置有低壓緩沖罐和高壓緩沖罐，高壓緩沖罐設(shè)置在控制箱內(nèi)管路上 靠近氬氣罐一端，低壓緩沖罐設(shè)置在控制箱內(nèi)管路上靠近傳感器一端。
[0009] 更進(jìn)一步的，前述的橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置，所述傳感器包 括有微孔隙不銹鋼主體、底座、出氣孔和不銹鋼導(dǎo)氣管，所述微孔隙不銹鋼主體的兩端均設(shè) 置有底座，一側(cè)的底座通過出氣孔連接不銹鋼導(dǎo)氣管。
[0010] 更進(jìn)一步的，前述的橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置，在底座兩側(cè)連 接有不銹鋼絲。
[0011] 更進(jìn)一步的，前述的橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置，在所述低壓緩 沖罐和高壓緩沖罐之間管路上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥。
[0012] 更進(jìn)一步的，前述的橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置，所述低壓緩沖 罐和高壓緩沖罐外側(cè)分別連接有壓力表。
[0013] 更進(jìn)一步的，前述的橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置，在所述低壓緩 沖罐與傳感器之間管路上、高壓緩沖罐與氬氣罐之間管路上分別設(shè)置有閥門。
[0014] 橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置的使用方法，包括如下步驟，
[0015] (1)將傳感器預(yù)埋在混凝土構(gòu)件待檢測位置；
[0016] (2)將傳感器和氬氣罐分別與控制箱相連接；
[0017] (3)通過氬氣罐給檢測裝置注入氬氣，使用調(diào)節(jié)閥控制低壓緩沖罐內(nèi)的氣壓，通過 傳感器向混凝土構(gòu)件內(nèi)部輸入氬氣，記錄一定時間內(nèi)低壓緩沖罐氣壓降變化過程，獲得傳 感器預(yù)埋位置周圍混凝土構(gòu)件氣壓下降隨時間的變化規(guī)律曲線；
[0018] (4)判斷混凝土構(gòu)件的滲透性能。
[0019] 更進(jìn)一步的，前述的橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置的使用方法，判 斷混凝土構(gòu)件的滲透性能包括如下步驟，
[0020] (1)標(biāo)定試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對與現(xiàn)場測試相同的混凝土試樣進(jìn)行測量，通過測量干燥 恒重狀態(tài)下的氣體滲透系數(shù)KdlT和不同含水量Sw條件下的有效氣體滲透系數(shù)Krff，獲得混 凝土構(gòu)件相對氣體滲透系數(shù)Kq與其含水量Sw關(guān)系曲線，KKd/K&y，得到混凝土構(gòu)件的 VanGenuchten模型；
[0021] (2)數(shù)值模擬，基于VanGenuchten模型、結(jié)合達(dá)西定律和氣體擴(kuò)散方程，計(jì)算多 組有效氣體滲透系數(shù)Krff和含水量S"組合條件下數(shù)值模擬的混凝土氣壓下降規(guī)律曲線；
[0022] (3)比對評估，比對實(shí)測的構(gòu)件混凝土氣壓降隨時間的變化規(guī)律曲線和多組有效 氣體滲透系數(shù)Krff和含水量Sw組合條件下數(shù)值模擬的混凝土構(gòu)件氣壓下降規(guī)律曲線，得到 傳感器所測時刻混凝土構(gòu)件的有效氣體滲透系數(shù)Krff和含水量Sw，以此評估混凝土構(gòu)件的 滲透性能。更進(jìn)一步的，前述的橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置的使用方法，所 述傳感器為多個，分別預(yù)埋在混凝土構(gòu)件不同的待測位置，進(jìn)而可以分析構(gòu)件位置區(qū)域小 環(huán)境對混凝土構(gòu)件滲透性能的影響。
[0023] 更進(jìn)一步的，前述的橋梁結(jié)構(gòu)混凝土氣體滲透系數(shù)現(xiàn)場檢測裝置的使用方法，調(diào) 節(jié)控制箱內(nèi)低壓緩沖罐的氣壓時，通過氬氣罐向高壓緩沖罐充氣，低壓緩沖罐內(nèi)的氣體通 過高壓緩沖罐輸送。
[0024] 具體的使用方法如下：
[0025] (1)前期準(zhǔn)備：按照前述步驟，在橋梁目標(biāo)構(gòu)件鋼筋網(wǎng)內(nèi)架設(shè)一根沿構(gòu)件走向的 主定位筋和若干根與主定位筋垂直的輔助定位筋，傳感器兩側(cè)底座系上不銹鋼絲后將其綁 扎固定在主定位筋上，待混凝土構(gòu)件澆筑完畢后，按照傳統(tǒng)方式養(yǎng)護(hù)、脫模三個月后，即可 對該混凝土構(gòu)件內(nèi)所有傳感器開展氣體滲透系數(shù)檢測試驗(yàn)；
[0026] (2)設(shè)備連接：打開線盒盒蓋，選取某一編號傳感器，將其導(dǎo)氣管與控制箱外接導(dǎo) 氣管相連接；
[0027] (3)高壓緩沖罐氣壓調(diào)節(jié)：打開小型氬氣罐閥門（視為理想氣體，不與水泥基發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)），向高壓緩沖罐充氣，待該緩沖罐內(nèi)氣壓與氬氣罐相同后，關(guān)閉氬氣罐閥門，整個 檢測試驗(yàn)過程中由高壓緩沖罐給所有設(shè)備和傳感器供氣；
[0028](4)低壓緩沖罐氣壓調(diào)節(jié)：使用調(diào)節(jié)閥將氣壓調(diào)至適宜數(shù)值后，打開調(diào)節(jié)閥與低 壓緩沖罐之間的閥門，給低壓緩沖罐充氣，待氣壓穩(wěn)定后關(guān)閉此閥門，低壓緩沖罐內(nèi)的氣壓 即為傳感器內(nèi)的氣壓；
[0029] (5)傳感器測量：打開傳感器與低壓緩沖罐之間的閥門，對傳感器輸氣，由于傳感 器和導(dǎo)氣管的體積存在，低壓緩沖罐處的壓力表檢測到一個快速氣壓降，待幾分鐘后氣壓 進(jìn)入非常緩慢的下降過程，連續(xù)記錄足夠長時間At內(nèi)該壓力表的氣壓值，獲得傳感器的 氣壓下降過程。需注意的是：一方面，氣體在混凝土內(nèi)的滲透速度很小，滲透行為可視為層 流；另一方面，將起始進(jìn)氣壓記為PyAt時間后氣壓下降到另一數(shù)值Pf，APiiPi-Pf記為 氣壓降。與進(jìn)氣壓Pi相比，氣壓降A(chǔ)Pi必須足夠小，進(jìn)氣壓可視為理想恒定壓力。上述測 試條件使得測量符合達(dá)西定律的要求，即可用達(dá)西定律（公式①）描述氣體在混凝土內(nèi)的 擴(kuò)散規(guī)律；
[0030]
[0031] 其中，
[0032] --V(X，y,z,t):氣體流速；
[0033] --K(Sw):混凝土處于某一含水量Sw狀態(tài)時，其相對氣體滲透系數(shù)；
[0034] --y:氣體粘滯系數(shù)；
[0035] --grad(P(x,y,z,t)):氣壓梯度。
[0036] (6)室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬輔助：在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，預(yù)先使用橋梁構(gòu)件混凝土的配合比 制備試樣若干，通過測量混凝土試樣在干燥恒重狀態(tài)下的氣體滲透系數(shù)Kd"和在多組含水 量Sw條件下的有效氣體滲透系數(shù)Krff，獲得混凝土相對氣體滲透系數(shù)1=Krff/Kd")與含 水量Sw的關(guān)系曲線--Krg(Sw)(或?qū)懽鱇(SW))，即該混凝土的VanGenuchten模型?；?該模型和氣