橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置及使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種混凝土滲透系數現場檢測設備，尤其涉及一種橋梁結構混凝土氣 體滲透系數現場檢測裝置及使用方法。
【背景技術】
[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、堿 集料反應等環境介質的侵蝕及由此導致的鋼筋銹蝕。由于混凝土是多孔介質材料，一方面 水很容易通過孔隙進入到混凝土內部，降低孔隙液的pH值，破壞混凝土堿性和強度；另一 方面，水充當載體攜帶其他有害離子（Cl、Na+等）進入混凝土內部，導致鋼筋銹蝕，最終導 致混凝土破脹開裂直至結構破壞。從本質而言，混凝土橋梁耐久性能的劣化，主要是由于環 境腐蝕介質通過連通孔隙滲透入混凝土內部后進一步引發的。混凝土的抗滲透能力決定了 腐蝕介質在其內部傳輸的難易和速度，因此，滲透性被認為是評價混凝土耐久性的重要指 標。總的來說，混凝土的滲透性越低，越難以被腐蝕介質侵蝕，即抗滲性越好，混凝土的耐久 性能和壽命也就越高。因此，準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] 現有的混凝土滲透性能測試技術，主要分為水滲法、氣滲法和離子滲透法三類。對 于實體混凝土橋梁結構而言，水滲法不適用于強度較高的混凝土，無法適應時代發展的需 要，且需要鉆孔取芯后做室內試驗，對結構性能產生一定擾動；離子滲透法較為成熟，已成 為檢測氯鹽侵蝕的主要手段，但實驗過程中，試樣需一直浸泡在溶液中，一方面無法真實模 擬實體混凝土結構所處環境特點，另一方面也存在繼續水化改變混凝土孔隙結構的可能。 若對實體橋梁結構進行檢測，也需要鉆孔取芯，為有損試驗。而商品化的Permit離子迀移 儀，僅能檢測結構表層氯離子擴散系數，具有一定的局限性。
[0004] 綜上所述，選取混凝土氣體滲透系數作為評價其耐久性的重要指標，針對橋梁結 構構件特點，研究一種直觀、無損、長期的用于檢測構件混凝土氣體滲透系數的有效方法是 當務之急。
【發明內容】
[0005] 本發明的主要目的在于，克服現有的混凝土滲透性檢測設備存在的缺陷，而提供 一種新型的橋梁結構氣體滲透系數檢測裝置及使用方法，實現無損檢測，從而更加適于實 用，且具有產業上的利用價值。
[0006] 本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出 的一種橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置，包括有傳感器、導氣管、氬氣罐和控制 箱，
[0007] 所述傳感器通過導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] 控制箱內部設置有低壓緩沖罐和高壓緩沖罐，高壓緩沖罐設置在控制箱內管路上 靠近氬氣罐一端，低壓緩沖罐設置在控制箱內管路上靠近傳感器一端。
[0009] 更進一步的，前述的橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置，所述傳感器包 括有微孔隙不銹鋼主體、底座、出氣孔和不銹鋼導氣管，所述微孔隙不銹鋼主體的兩端均設 置有底座，一側的底座通過出氣孔連接不銹鋼導氣管。
[0010] 更進一步的，前述的橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置，在底座兩側連 接有不銹鋼絲。
[0011] 更進一步的，前述的橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置，在所述低壓緩 沖罐和高壓緩沖罐之間管路上設置有調節閥。
[0012] 更進一步的，前述的橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置，所述低壓緩沖 罐和高壓緩沖罐外側分別連接有壓力表。
[0013] 更進一步的，前述的橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置，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置有閥門。
[0014] 橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置的使用方法，包括如下步驟，
[0015] (1)將傳感器預埋在混凝土構件待檢測位置；
[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，使用調節閥控制低壓緩沖罐內的氣壓，通過 傳感器向混凝土構件內部輸入氬氣，記錄一定時間內低壓緩沖罐氣壓降變化過程，獲得傳 感器預埋位置周圍混凝土構件氣壓下降隨時間的變化規律曲線；
[0018] (4)判斷混凝土構件的滲透性能。
[0019] 更進一步的，前述的橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置的使用方法，判 斷混凝土構件的滲透性能包括如下步驟，
[0020] (1)標定試驗，實驗室內對與現場測試相同的混凝土試樣進行測量，通過測量干燥 恒重狀態下的氣體滲透系數KdlT和不同含水量Sw條件下的有效氣體滲透系數Krff，獲得混 凝土構件相對氣體滲透系數Kq與其含水量Sw關系曲線，KKd/K&y，得到混凝土構件的 VanGenuchten模型；
[0021] (2)數值模擬，基于VanGenuchten模型、結合達西定律和氣體擴散方程，計算多 組有效氣體滲透系數Krff和含水量S"組合條件下數值模擬的混凝土氣壓下降規律曲線；
[0022] (3)比對評估，比對實測的構件混凝土氣壓降隨時間的變化規律曲線和多組有效 氣體滲透系數Krff和含水量Sw組合條件下數值模擬的混凝土構件氣壓下降規律曲線，得到 傳感器所測時刻混凝土構件的有效氣體滲透系數Krff和含水量Sw，以此評估混凝土構件的 滲透性能。更進一步的，前述的橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置的使用方法，所 述傳感器為多個，分別預埋在混凝土構件不同的待測位置，進而可以分析構件位置區域小 環境對混凝土構件滲透性能的影響。
[0023] 更進一步的，前述的橋梁結構混凝土氣體滲透系數現場檢測裝置的使用方法，調 節控制箱內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)前期準備：按照前述步驟，在橋梁目標構件鋼筋網內架設一根沿構件走向的 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，待混凝土構件澆筑完畢后，按照傳統方式養護、脫模三個月后，即可 對該混凝土構件內所有傳感器開展氣體滲透系數檢測試驗；
[0026] (2)設備連接：打開線盒盒蓋，選取某一編號傳感器，將其導氣管與控制箱外接導 氣管相連接；
[0027] (3)高壓緩沖罐氣壓調節：打開小型氬氣罐閥門（視為理想氣體，不與水泥基發生 化學反應），向高壓緩沖罐充氣，待該緩沖罐內氣壓與氬氣罐相同后，關閉氬氣罐閥門，整個 檢測試驗過程中由高壓緩沖罐給所有設備和傳感器供氣；
[0028](4)低壓緩沖罐氣壓調節：使用調節閥將氣壓調至適宜數值后，打開調節閥與低 壓緩沖罐之間的閥門，給低壓緩沖罐充氣，待氣壓穩定后關閉此閥門，低壓緩沖罐內的氣壓 即為傳感器內的氣壓；
[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 進入非常緩慢的下降過程，連續記錄足夠長時間At內該壓力表的氣壓值，獲得傳感器的 氣壓下降過程。需注意的是：一方面，氣體在混凝土內的滲透速度很小，滲透行為可視為層 流；另一方面，將起始進氣壓記為PyAt時間后氣壓下降到另一數值Pf，APiiPi-Pf記為 氣壓降。與進氣壓Pi相比，氣壓降APi必須足夠小，進氣壓可視為理想恒定壓力。上述測 試條件使得測量符合達西定律的要求，即可用達西定律（公式①）描述氣體在混凝土內的 擴散規律；
[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狀態時，其相對氣體滲透系數；
[0034] --y:氣體粘滯系數；
[0035] --grad(P(x,y,z,t)):氣壓梯度。
[0036] (6)室內試驗和數值模擬輔助：在實驗室內，預先使用橋梁構件混凝土的配合比 制備試樣若干，通過測量混凝土試樣在干燥恒重狀態下的氣體滲透系數Kd"和在多組含水 量Sw條件下的有效氣體滲透系數Krff，獲得混凝土相對氣體滲透系數1=Krff/Kd")與含 水量Sw的關系曲線--Krg(Sw)(或寫作K(SW))，即該混凝土的VanGenuchten模型。基于 該模型和氣