一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)及其測試方法
【專利摘要】一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)及其測試方法，涉及測試系統(tǒng)及其測試方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有測試系統(tǒng)難以保證試件浸沒在水中的有效深度始終恒定為一較小值，不能對試件吸水質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動(dòng)化連續(xù)測量并存在手工操作等引入的偶然誤差、測試靈敏度低、精度低的問題。本發(fā)明系統(tǒng)由恒壓給水單元、電子天平和試件吸水單元構(gòu)成。測試方法：一、排空平衡進(jìn)氣管中液體；二、調(diào)節(jié)試件吸水單元高度及水位；三、計(jì)算機(jī)采集質(zhì)量數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠保證試件浸沒在水中的有效深度始終恒定為一較小值，能實(shí)時(shí)、自動(dòng)化連續(xù)測量并減小偶然誤差，測試靈敏度高、精度高。應(yīng)用于混凝土材料孔隙結(jié)構(gòu)、表面毛細(xì)吸水率試驗(yàn)研究及實(shí)際工程耐久性檢測領(lǐng)域。
【專利說明】一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測試系統(tǒng)及其測試方法，特別是混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)及其測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土材料的耐久性對于混凝土結(jié)構(gòu)全壽命周期的安全性、經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。如何正確評估、檢測混凝土材料的耐久性，對于混凝土材料的工程應(yīng)用非常重要。混凝土的耐久性與侵蝕性介質(zhì)通過材料內(nèi)部的孔隙、裂紋往內(nèi)部遷移的快慢密切相關(guān)。毛細(xì)吸水率能定量刻畫在毛細(xì)作用下混凝土材料吸入水分的容易程度或快慢，且與水分?jǐn)U散率、滲透率之間存在明確、嚴(yán)格的理論關(guān)系，是一個(gè)定量表征混凝土材料耐久性優(yōu)劣的重要指標(biāo)。相比于混凝土氣體、水分及氯離子滲透率等指標(biāo)的測試來說，表面毛細(xì)吸水率通過測量混凝土試件單位面積吸水質(zhì)量隨時(shí)間的變化快慢來評價(jià)混凝土材料物質(zhì)傳輸性能、耐久性能的好壞，測試原理簡單且尤其適合于表征與耐久性直接、密切相關(guān)的表層混凝土的質(zhì)量優(yōu)劣，在學(xué)術(shù)界與工程界廣泛應(yīng)用。
[0003]表面毛細(xì)吸水率測試要求監(jiān)測側(cè)面密封的試件在表面與水接觸過程中的質(zhì)量變化，實(shí)際測量時(shí)往往直接通過手工測量混凝土試件的質(zhì)量變化來計(jì)算。此時(shí)隨著表面毛細(xì)吸水的進(jìn)行，在整個(gè)測量過程中難以保證混凝土試件浸沒在水中的深度始終恒定為一較小值。其次，由于混凝土試件密度、質(zhì)量均較大而吸水質(zhì)量相對很小，直接測試吸水混凝土試件的質(zhì)量時(shí)還要求用濕布擦干試件與水接觸表面上的自由水，這使得吸水質(zhì)量的測量精度低且容易受到人工操作誤差的影響。此外，手工測量吸水混凝土試件的質(zhì)量必然需要花費(fèi)一定的時(shí)間，測試質(zhì)量期間不能停止計(jì)時(shí)而此期間混凝土試件表面的水力邊界條件被改變，這會(huì)使得表面接觸自由水并在毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力作用下將水吸入材料內(nèi)部的整個(gè)過程受到干擾。上述多方面的影響因素使得表面毛細(xì)吸水率的測量結(jié)果可能引入較大誤差，且難以長時(shí)間連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。Sabir于1998年提出采用懸掛式的電子天平直接測量吸水混凝土試件的質(zhì)量變化來換算毛細(xì)吸水率，盡管可以避免手工擦干試件與水的接觸面導(dǎo)致的人工操作誤差，但該系統(tǒng)測試時(shí)仍不能保證試件浸沒于水中的深度始終恒定為一較小值。Cerny等于2006年提出采用馬氏瓶裝置來維持水位恒定，他在Sabir的測試裝置的基礎(chǔ)上有些改進(jìn)，但它與Sabir所提裝置一樣通過測量密度、質(zhì)量較大的混凝土試件的質(zhì)量變化來計(jì)算吸水質(zhì)量，由于毛細(xì)吸水產(chǎn)生的質(zhì)量變化非常微小而傳統(tǒng)馬氏瓶的靈敏度(待測水位變化的靈敏度約為0.5mm)不能滿足要求，使得混凝土毛細(xì)吸水質(zhì)量的測量精度難以保證，對測試長期吸水質(zhì)量變化尤其不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有表面毛細(xì)吸水率測試系統(tǒng)難以保證混凝土試件浸沒在水中的有效深度始終恒定為一較小值，不能對混凝土試件的吸水質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動(dòng)化連續(xù)測量并且存在手工操作等引入的偶然誤差、測試靈敏度低、精度低的問題，提供一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)及其測試方法。
[0005]本發(fā)明的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)，由恒壓給水單元、電子天平和試件吸水單元構(gòu)成，恒壓給水單元與試件吸水單元通過出水管、硅膠軟管和進(jìn)水管連通；
[0006]所述的恒壓給水單元由恒壓給水密封瓶、氣體連通管、平衡進(jìn)氣管和出水管構(gòu)成；所述的電子天平設(shè)置在恒壓給水密封瓶底端并用來測量恒壓給水單元的重量；其中，氣體連通管與平衡進(jìn)氣管均設(shè)置在恒壓給水密封瓶的上端，氣體連通管在恒壓給水密封瓶內(nèi)部的一端設(shè)置在靠近恒壓給水密封瓶的上端，平衡進(jìn)氣管在恒壓給水密封瓶內(nèi)部的一端設(shè)置在靠近恒壓給水密封瓶的下端；氣體連通管上部設(shè)置有一個(gè)氣體閥門；平衡進(jìn)氣管上部設(shè)置有一個(gè)氣體閥門；平衡進(jìn)氣管底部設(shè)置有一個(gè)針管；帶閥門的出水管一端與恒壓給水密封瓶底部側(cè)端連通，另一端通過硅膠軟管與進(jìn)水管連通，所述的進(jìn)水管與試樣密封室底部側(cè)面連通；
[0007]所述的試件吸水單元由試樣密封室、進(jìn)水管、排水閥、調(diào)節(jié)閥、L型水位計(jì)和試樣支撐件構(gòu)成；其中，試樣密封室上部設(shè)置有一個(gè)水平儀，在下端設(shè)置有進(jìn)水管，在密封室右側(cè)下端設(shè)置有L型水位計(jì)，L型水位計(jì)另一端朝上設(shè)置；試樣密封室右側(cè)上端設(shè)置有調(diào)節(jié)閥；排水閥設(shè)置在試樣密封室的底部；試樣密封室底部內(nèi)側(cè)設(shè)置有三個(gè)等高的試樣支撐件。
[0008]本發(fā)明的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)的測試方法如下:
[0009]一、關(guān)閉出水管上的閥門，往恒壓給水密封瓶裝水至恰不淹沒氣體連通管的下端；打開氣體連通管上的氣體閥門和平衡進(jìn)氣管上的氣體閥門并密封好恒壓給水密封瓶，之后關(guān)閉氣體連通管上部的氣體閥門；打開出水管上的閥門，恒壓給水密封瓶內(nèi)部的水通過出水管流出，恒壓給水密封瓶內(nèi)的水位微降、內(nèi)部空腔氣壓稍降且平衡進(jìn)氣管內(nèi)的水位較快下降，待其水位下降到平衡進(jìn)氣管的下端且氣體開始通過平衡進(jìn)氣管進(jìn)入恒壓給水密封瓶時(shí)，關(guān)閉出水管上的閥門，排空平衡進(jìn)氣管內(nèi)液體完成，恒壓給水密封瓶內(nèi)部液體處于平衡狀態(tài)；
[0010]二、用硅膠軟管將出水管與進(jìn)水管相連通，關(guān)閉排水閥，打開調(diào)節(jié)閥，往試樣密封室內(nèi)加水至淹沒進(jìn)水管和L形水位計(jì)與試樣密封室的聯(lián)通孔，同時(shí)要求水位淹沒試樣支撐件的頂端3mm，蓋好試樣密封室的頂蓋并密封好；調(diào)整高度調(diào)節(jié)腳使試件密封瓶的高度變化至使內(nèi)部液面低于平衡進(jìn)氣管的針尖水平高度10?15mm，打開出水管上的閥門，恒壓給水密封瓶內(nèi)的水開始向試樣密封室內(nèi)補(bǔ)充并排空硅膠軟管內(nèi)可能存在的氣體，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥,試樣密封室內(nèi)水位保持不變，L形水位計(jì)內(nèi)的水位繼續(xù)上升并可能發(fā)生溢出；調(diào)整高度調(diào)節(jié)腳使氣體不再通過平衡進(jìn)氣管進(jìn)入恒壓給水密封瓶內(nèi)并且L形水位計(jì)內(nèi)的相應(yīng)平衡水位低于L形水位計(jì)的頂端1_，同時(shí)通過水平儀控制試件吸水單元水平；試件吸水單元高度及水位調(diào)整完畢，整個(gè)系統(tǒng)處于水位平衡狀態(tài)；此時(shí)若從L形水位計(jì)頂端吸走微量水分，氣體將通過平衡進(jìn)氣管進(jìn)入恒壓給水密封瓶，并使整個(gè)系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)；
[0011]三、關(guān)閉出水管上的閥門，打開調(diào)節(jié)閥，打開試樣密封室的上蓋，通過排水閥降低試樣密封室的水位并使試樣支撐件的尖端露出水面；將所有側(cè)面密封的混凝土試件置于試件支撐件上部且暫時(shí)不與水接觸，蓋上試樣密封室的上蓋并密封好；打開出水管上的閥門，水開始從恒壓給水密封瓶內(nèi)向試樣密封室內(nèi)補(bǔ)充，氣體通過平衡進(jìn)氣管進(jìn)入恒壓給水密封瓶內(nèi)且試樣密封室內(nèi)的水位逐漸升高,待其內(nèi)部水位淹沒試件的高度為3_時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，試樣密封室內(nèi)水位不變而L形水位計(jì)內(nèi)水位繼續(xù)上升至離頂端1_時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)，讓計(jì)算機(jī)開始按事先設(shè)置好的時(shí)間間隔采集恒壓給水單元的質(zhì)量數(shù)據(jù)。隨著混凝土試件吸水，試樣密封室內(nèi)的氣壓微降,水繼續(xù)從恒壓給水密封瓶向試樣密封室內(nèi)補(bǔ)充,恒壓給水密封瓶上部氣體空腔壓力下降，外部大氣通過平衡進(jìn)氣管向恒壓給水密封瓶內(nèi)部補(bǔ)充并達(dá)到新的平衡狀態(tài)。平衡后，L形水位計(jì)內(nèi)的液位不變，對應(yīng)試件底面淹沒于水中的有效深度恒定，試件吸入水的質(zhì)量等于恒壓給水單元質(zhì)量的減少量并能夠被電子天平測出，計(jì)算機(jī)采集電子天平的質(zhì)量減少量即等于混凝土試件質(zhì)量的增加量，通過質(zhì)量變化量可計(jì)算混凝土試件的表面毛細(xì)吸水率。
[0012]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0013]1、由于恒壓給水單元與試件吸水單元之間通過硅膠軟管相連通，恒壓給水單元能夠嚴(yán)格保證L形水位計(jì)的液面恒定不變，從而保證混凝土試件底面浸沒于水中的有效深度為一恒定較小值，嚴(yán)格滿足表面毛細(xì)吸水率測試所要求的水力邊界條件，同時(shí)可以避免長時(shí)間測試時(shí)試樣密封室內(nèi)水分蒸發(fā)影響測量精度；
[0014]本發(fā)明采用試樣密封室搭配調(diào)節(jié)閥，不但可以保證試件底面浸沒于水中的有效深度恒定為一較小數(shù)值，同時(shí)可以避免長時(shí)間測試時(shí)試樣密封室內(nèi)水分蒸發(fā)影響測量精度，采用L型水位計(jì)搭配試樣密封室能大幅提升測試系統(tǒng)的靈敏度，本發(fā)明試樣吸水約0.5g時(shí)平衡進(jìn)氣管即開始補(bǔ)氣，對應(yīng)密封室內(nèi)水位變化約為0.02mm,由于平衡進(jìn)氣管底端彎液面的存在并能自適應(yīng)調(diào)整液面的彎曲程度，實(shí)際吸水質(zhì)量測量精度更高；而傳統(tǒng)馬氏瓶對待測水位變化的靈敏度約為0.5mm ；
[0015]2、由于恒壓給水單元與試件吸水單元之間通過硅膠軟管相連通，混凝土試件所吸收的水分能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)地從恒壓給水單元得到補(bǔ)充，混凝土試件的吸水量恒等于恒壓給水單元質(zhì)量的減少量，通過間接測量恒壓給水單元質(zhì)量的減少量可以實(shí)時(shí)測量混凝土試件的吸水量，具有較高測試精度且能滿足對各種不同大小、不同質(zhì)量混凝土試件表面毛細(xì)吸水率的測試要求；
[0016]3、由于通過間接測量恒壓給水單元的質(zhì)量變化來監(jiān)測混凝土試件的吸水質(zhì)量，可以減小由于手工擦干混凝土試件底面自由水、試件底面脫離自由水一段時(shí)間等因素而引入的偶然誤差；
[0017]4、由于采用電子天平測量恒壓給水單元的質(zhì)量變化來間接測量混凝土試件的吸水質(zhì)量，可以做到實(shí)時(shí)、連續(xù)、全自動(dòng)且長時(shí)間的跟蹤測量，可以用于測量、研究混凝土材料長時(shí)間表面吸水的質(zhì)量變化及其表面毛細(xì)吸水率。本發(fā)明能嚴(yán)格滿足表面毛細(xì)吸水率測試所要求的混凝土試件浸沒于水中的有效深度恒定為一較小數(shù)值的水力邊界條件，能實(shí)時(shí)、全自動(dòng)、長時(shí)間地連續(xù)測試且精度高、試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性好，試驗(yàn)操作方便，可以應(yīng)用于混凝土材料孔隙(裂紋)結(jié)構(gòu)、表面毛細(xì)吸水率的試驗(yàn)研究及實(shí)際工程耐久性檢測領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)化測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為實(shí)施例一中混凝土表面毛細(xì)吸水率測試結(jié)果圖，其中?表示實(shí)測數(shù)據(jù)，一表示擬合曲線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0021]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)由恒壓給水單元、電子天平2和試件吸水單元構(gòu)成，恒壓給水單元與試件吸水單元通過出水管7、硅膠軟管8和進(jìn)水管9連通；
[0022]所述的恒壓給水單元由恒壓給水密封瓶1、氣體連通管5、平衡進(jìn)氣管6和出水管7構(gòu)成；所述的電子天平2設(shè)置在恒壓給水密封瓶I底端并用來測量恒壓給水單元的重量；其中，氣體連通管5與平衡進(jìn)氣管6均設(shè)置在恒壓給水密封瓶I的上端，氣體連通管5在恒壓給水密封瓶I內(nèi)部的一端設(shè)置在靠近恒壓給水密封瓶I的上端，平衡進(jìn)氣管6在恒壓給水密封瓶I內(nèi)部的一端設(shè)置在靠近恒壓給水密封瓶I的下端；氣體連通管5上部設(shè)置有一個(gè)氣體閥門14 ;平衡進(jìn)氣管6上部設(shè)置有一個(gè)氣體閥門15 ;平衡進(jìn)氣管6底部設(shè)置有一個(gè)針管；帶閥門16的出水管7 —端與恒壓給水密封瓶I底部側(cè)端連通，另一端通過硅膠軟管8與進(jìn)水管9連通，所述的進(jìn)水管9與試樣密封室3底部側(cè)面連通；
[0023]所述的試件吸水單元由試樣密封室3、進(jìn)水管9、排水閥10、調(diào)節(jié)閥11、L型水位計(jì)12和試樣支撐件13構(gòu)成；其中，試樣密封室3上部設(shè)置有一個(gè)水平儀18，在下端設(shè)置有進(jìn)水管9，在密封室3右側(cè)下端設(shè)置有L型水位計(jì)12，L型水位計(jì)12另一端朝上設(shè)置；試樣密封室3右側(cè)上端設(shè)置有調(diào)節(jié)閥11 ;排水閥10設(shè)置在試樣密封室3的底部；試樣密封室3底部內(nèi)側(cè)設(shè)置有三個(gè)等高的試樣支撐件13。
[0024]本實(shí)施方式的有益效果:
[0025]1、由于恒壓給水單元與試件吸水單元之間通過硅膠軟管相連通，恒壓給水單元能夠嚴(yán)格保證L形水位計(jì)的液面恒定不變，從而保證混凝土試件底面浸沒于水中的有效深度為一恒定較小值，嚴(yán)格滿足表面毛細(xì)吸水率測試所要求的水力邊界條件，同時(shí)可以避免長時(shí)間測試時(shí)試樣密封室內(nèi)水分蒸發(fā)影響測量精度；
[0026]本實(shí)施方式采用試樣密封室搭配調(diào)節(jié)閥，不但可以保證試件底面浸沒于水中的有效深度恒定為一較小數(shù)值，同時(shí)可以避免長時(shí)間測試時(shí)試樣密封室內(nèi)水分蒸發(fā)影響測量精度，采用L型水位計(jì)搭配試樣密封室能大幅提升測試系統(tǒng)的靈敏度，本實(shí)施方式試樣吸水約0.5g時(shí)平衡進(jìn)氣管即開始補(bǔ)氣，對應(yīng)密封室內(nèi)水位變化約為0.02mm,由于平衡進(jìn)氣管底端彎液面的存在并能自適應(yīng)調(diào)整液面的彎曲程度，實(shí)際吸水質(zhì)量測量精度更高；而傳統(tǒng)馬氏瓶對待測水位變化的靈敏度約為0.5mm ；
[0027]2、由于恒壓給水單元與試件吸水單元之間通過硅膠軟管相連通，混凝土試件所吸收的水分能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)地從恒壓給水單元得到補(bǔ)充，混凝土試件的吸水量恒等于恒壓給水單元質(zhì)量的減少量，通過間接測量恒壓給水單元質(zhì)量的減少量可以實(shí)時(shí)測量混凝土試件的吸水量，具有較高測試精度且能滿足對各種不同大小、不同質(zhì)量混凝土試件表面毛細(xì)吸水率的測試要求。
[0028]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的試件吸水單元還包括高度調(diào)節(jié)腳17和水平儀18。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:所述的試樣密封室3外側(cè)設(shè)置有三個(gè)等高的高度調(diào)節(jié)腳17，并坐落于水平操作臺(tái)19上。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:所述的電子天平2的量程為lOOOg，精度為0.0Olg。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:所述的氣體連通管5、平衡進(jìn)氣管6、出水管7、進(jìn)水管9和L形水位計(jì)12材質(zhì)為有機(jī)玻璃。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:所述的L形水位計(jì)12的頂端高于試樣支撐件13的頂端的鉛垂方向距離為5mm。其它與【具體實(shí)施方式】
一至五之一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)的測試方法，其測試方法包括如下步驟:
[0034]一、關(guān)閉出水管7上的閥門16，往恒壓給水密封瓶I裝水至恰不淹沒氣體連通管5的下端；打開氣體連通管5上的氣體閥門14和平衡進(jìn)氣管6上的氣體閥門15并密封好恒壓給水密封瓶I，之后關(guān)閉氣體連通管5上部的氣體閥門14 ;打開出水管7上的閥門16，恒壓給水密封瓶I內(nèi)部的水通過出水管7流出，恒壓給水密封瓶I內(nèi)的水位微降、內(nèi)部空腔氣壓稍降且平衡進(jìn)氣管6內(nèi)的水位較快下降，待其水位下降到平衡進(jìn)氣管6的下端且氣體開始通過平衡進(jìn)氣管6進(jìn)入恒壓給水密封瓶I時(shí)，關(guān)閉出水管7上的閥門16，排空平衡進(jìn)氣管內(nèi)液體完成，恒壓給水密封瓶I內(nèi)部液體處于平衡狀態(tài)；
[0035]二、用硅膠軟管8將出水管7與進(jìn)水管9相連通，關(guān)閉排水閥10，打開調(diào)節(jié)閥11，往試樣密封室3內(nèi)加水至淹沒進(jìn)水管9和L形水位計(jì)12與試樣密封室3的聯(lián)通孔，同時(shí)要求水位淹沒試樣支撐件13的頂端3mm，蓋好試樣密封室3的頂蓋并密封好；調(diào)整高度調(diào)節(jié)腳17使試件密封瓶3的高度變化至使內(nèi)部液面低于平衡進(jìn)氣管6的針尖水平高度10?15mm，打開出水管7上的閥門16，恒壓給水密封瓶I內(nèi)的水開始向試樣密封室3內(nèi)補(bǔ)充并排空硅膠軟管8內(nèi)可能存在的氣體，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥11，試樣密封室3內(nèi)水位保持不變，L形水位計(jì)12內(nèi)的水位繼續(xù)上升并可能發(fā)生溢出；調(diào)整高度調(diào)節(jié)腳17使氣體不再通過平衡進(jìn)氣管6進(jìn)入恒壓給水密封瓶I內(nèi)并且L形水位計(jì)12內(nèi)的相應(yīng)平衡水位低于L形水位計(jì)的頂端1mm，同時(shí)通過水平儀18控制試件吸水單元水平；試件吸水單元高度及水位調(diào)整完畢，整個(gè)系統(tǒng)處于水位平衡狀態(tài)；此時(shí)若從L形水位計(jì)頂端吸走微量水分，氣體將通過平衡進(jìn)氣管6進(jìn)入恒壓給水密封瓶I，并使整個(gè)系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)；
[0036]三、關(guān)閉出水管7上的閥門16，打開調(diào)節(jié)閥11，打開試樣密封室3的上蓋，通過排水閥10降低試樣密封室3的水位并使試樣支撐件13的尖端露出水面；將所有側(cè)面密封的混凝土試件4置于試件支撐件13上部且暫時(shí)不與水接觸，蓋上試樣密封室3的上蓋并密封好；打開出水管7上的閥門16，水開始從恒壓給水密封瓶I內(nèi)向試樣密封室3內(nèi)補(bǔ)充，氣體通過平衡進(jìn)氣管6進(jìn)入恒壓給水密封瓶I內(nèi)且試樣密封室3內(nèi)的水位逐漸升高，待其內(nèi)部水位淹沒試件4的高度為3mm時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥11，試樣密封室3內(nèi)水位不變而L形水位計(jì)12內(nèi)水位繼續(xù)上升至離頂端1_時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)，讓計(jì)算機(jī)開始按事先設(shè)置好的時(shí)間間隔采集恒壓給水單元的質(zhì)量數(shù)據(jù)。隨著混凝土試件4吸水，試樣密封室3內(nèi)的氣壓微降，水繼續(xù)從恒壓給水密封瓶I向試樣密封室3內(nèi)補(bǔ)充，恒壓給水密封瓶I上部氣體空腔壓力下降，外部大氣通過平衡進(jìn)氣管6向恒壓給水密封瓶I內(nèi)部補(bǔ)充并達(dá)到新的平衡狀態(tài)。平衡后，L形水位計(jì)12內(nèi)的液位不變，對應(yīng)試件底面淹沒于水中的有效深度恒定，試件吸入水的質(zhì)量等于恒壓給水單元質(zhì)量的減少量并能夠被電子天平2測出，計(jì)算機(jī)采集電子天平2的質(zhì)量減少量即等于混凝土試件4質(zhì)量的增加量，通過質(zhì)量變化量可計(jì)算混凝土試件的表面毛細(xì)吸水率。
[0037]本實(shí)施方式的有益效果:
[0038]1、由于通過間接測量恒壓給水單元的質(zhì)量變化來監(jiān)測混凝土試件的吸水質(zhì)量，可以減小由于手工擦干混凝土試件底面自由水、試件底面脫離自由水一段時(shí)間等因素而引入的偶然誤差；
[0039]2、由于采用電子天平測量恒壓給水單元的質(zhì)量變化來間接測量混凝土試件的吸水質(zhì)量，可以做到實(shí)時(shí)、連續(xù)、全自動(dòng)且長時(shí)間的跟蹤測量，可以用于測量、研究混凝土材料長時(shí)間表面吸水的質(zhì)量變化及其表面毛細(xì)吸水率。本實(shí)施方式能嚴(yán)格滿足表面毛細(xì)吸水率測試所要求的混凝土試件浸沒于水中的有效深度恒定為一較小數(shù)值的水力邊界條件，能實(shí)時(shí)、全自動(dòng)、長時(shí)間地連續(xù)測試且精度高、試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性好，試驗(yàn)操作方便，可以應(yīng)用于混凝土材料孔隙(裂紋)結(jié)構(gòu)、表面毛細(xì)吸水率的試驗(yàn)研究及實(shí)際工程耐久性檢測領(lǐng)域。
[0040]通過以下實(shí)施例證明本發(fā)明的有益效果:
[0041]實(shí)施例一:
[0042]本實(shí)施例一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)，由恒壓給水單元、電子天平2和試件吸水單元構(gòu)成，恒壓給水單元與試件吸水單元通過出水管7、硅膠軟管8和進(jìn)水管9連通；
[0043]所述的恒壓給水單元由恒壓給水密封瓶1、氣體連通管5、平衡進(jìn)氣管6和出水管7構(gòu)成；所述的電子天平2設(shè)置在恒壓給水密封瓶I底端并用來測量恒壓給水單元的重量；其中，氣體連通管5與平衡進(jìn)氣管6均設(shè)置在恒壓給水密封瓶I的上端，氣體連通管5在恒壓給水密封瓶I內(nèi)部的一端設(shè)置在靠近恒壓給水密封瓶I的上端，平衡進(jìn)氣管6在恒壓給水密封瓶I內(nèi)部的一端設(shè)置在靠近恒壓給水密封瓶I的下端；氣體連通管5上部設(shè)置有一個(gè)氣體閥門14 ;平衡進(jìn)氣管6上部設(shè)置有一個(gè)氣體閥門15 ;平衡進(jìn)氣管6底部設(shè)置有一個(gè)針管；帶閥門16的出水管7 —端與恒壓給水密封瓶I底部側(cè)端連通，另一端通過硅膠軟管8與進(jìn)水管9連通，所述的進(jìn)水管9與試樣密封室3底部側(cè)面連通；
[0044]所述的試件吸水單元由試樣密封室3、進(jìn)水管9、排水閥10、調(diào)節(jié)閥11、L型水位計(jì)12和試樣支撐件13構(gòu)成；其中，試樣密封室3上部設(shè)置有一個(gè)水平儀18，在下端設(shè)置有進(jìn)水管9，在密封室3右側(cè)下端設(shè)置有L型水位計(jì)12，L型水位計(jì)12另一端朝上設(shè)置；試樣密封室3右側(cè)上端設(shè)置有調(diào)節(jié)閥11 ;排水閥10設(shè)置在試樣密封室3的底部；試樣密封室3底部內(nèi)側(cè)設(shè)置有三個(gè)等高的試樣支撐件13。
[0045]混凝土試件4常用的制作方法為:將在實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)好(養(yǎng)護(hù)一定齡期)的混凝土試件或現(xiàn)場取芯所得的混凝土試件在60°C溫度下烘干至恒重，然后在混凝土試件的所有側(cè)面上涂刷上環(huán)氧樹脂或石蠟材料作防水密封處理，最后將干燥好的試件置于干燥環(huán)境中冷卻
至室溫。
[0046]混凝土試件4的形狀可以為圓柱體或棱柱體。
[0047]本實(shí)施實(shí)例中，電子天平2用來實(shí)時(shí)測量恒壓給水單元的質(zhì)量隨時(shí)間的變化過程；平衡進(jìn)氣管6底部設(shè)置有一個(gè)針管以控制進(jìn)氣量；混凝土試件4采用直徑為100_、高度為50mm的圓柱體(高度不限，但須采用高度與試件長度相匹配的試樣密封室3)，4個(gè)側(cè)面采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行防水密封；氣體連通管5、平衡進(jìn)氣管6、出水管7、進(jìn)水管9和L形水位計(jì)12均采用外徑為6mm、壁厚Imm的有機(jī)玻璃管；平衡進(jìn)氣管6底端連接的針管(其內(nèi)徑為
0.5?1.5_，針管內(nèi)徑可以調(diào)整以適應(yīng)不同材料的測量)本實(shí)施例中為內(nèi)徑1_的注射用針管；試樣支撐件13的高度為10mm。
[0048]本實(shí)施例一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)的測試方法如下:
[0049]一、關(guān)閉出水管7上的閥門16，往恒壓給水密封瓶I裝水至恰不淹沒氣體連通管5的下端；打開氣體連通管5上的氣體閥門14和平衡進(jìn)氣管6上的氣體閥門15并密封好恒壓給水密封瓶1，之后關(guān)閉氣體連通管5上部的氣體閥門14;打開出水管7上的閥門16，恒壓給水密封瓶I內(nèi)部的水通過出水管7流出，恒壓給水密封瓶I內(nèi)的水位微降、內(nèi)部空腔氣壓稍降且平衡進(jìn)氣管6內(nèi)的水位較快下降，待其水位下降到平衡進(jìn)氣管6的下端且氣體開始通過平衡進(jìn)氣管6進(jìn)入恒壓給水密封瓶I時(shí)，關(guān)閉出水管7上的閥門16，排空平衡進(jìn)氣管內(nèi)液體完成，恒壓給水密封瓶I內(nèi)部液體處于平衡狀態(tài)；
[0050]二、用硅膠軟管8將出水管7與進(jìn)水管9相連通，關(guān)閉排水閥10，打開調(diào)節(jié)閥11，往試樣密封室3內(nèi)加水至淹沒進(jìn)水管9和L形水位計(jì)12與試樣密封室3的聯(lián)通孔，同時(shí)要求水位淹沒試樣支撐件13的頂端3mm，蓋好試樣密封室3的頂蓋并密封好；調(diào)整高度調(diào)節(jié)腳17使試件密封瓶3的高度變化至使內(nèi)部液面低于平衡進(jìn)氣管6的針尖水平高度15mm，打開出水管7上的閥門16，恒壓給水密封瓶I內(nèi)的水開始向試樣密封室3內(nèi)補(bǔ)充并排空硅膠軟管8內(nèi)可能存在的氣體，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥11，試樣密封室3內(nèi)水位保持不變，L形水位計(jì)12內(nèi)的水位繼續(xù)上升并可能發(fā)生溢出；調(diào)整高度調(diào)節(jié)腳17使氣體不再通過平衡進(jìn)氣管6進(jìn)入恒壓給水密封瓶I內(nèi)并且L形水位計(jì)12內(nèi)的相應(yīng)平衡水位低于L形水位計(jì)的頂端1mm，同時(shí)通過水平儀18控制試件吸水單元水平；試件吸水單元高度及水位調(diào)整完畢，整個(gè)系統(tǒng)處于水位平衡狀態(tài)；此時(shí)若從L形水位計(jì)頂端吸走微量水分，氣體將通過平衡進(jìn)氣管6進(jìn)入恒壓給水密封瓶I，并使整個(gè)系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)；
[0051]三、關(guān)閉出水管7上的閥門16，打開調(diào)節(jié)閥11，打開試樣密封室3的上蓋，通過排水閥10降低試樣密封室3的水位并使試樣支撐件13的尖端露出水面；將所有側(cè)面密封的混凝土試件4置于試件支撐件13上部且暫時(shí)不與水接觸，蓋上試樣密封室3的上蓋并密封好；打開出水管7上的閥門16，水開始從恒壓給水密封瓶I內(nèi)向試樣密封室3內(nèi)補(bǔ)充，氣體通過平衡進(jìn)氣管6進(jìn)入恒壓給水密封瓶I內(nèi)且試樣密封室3內(nèi)的水位逐漸升高，待其內(nèi)部水位淹沒試件4的高度為3mm時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥11，試樣密封室3內(nèi)水位不變而L形水位計(jì)12內(nèi)水位繼續(xù)上升至離頂端1_時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)，讓計(jì)算機(jī)開始按事先設(shè)置好的時(shí)間間隔采集恒壓給水單元的質(zhì)量數(shù)據(jù)。隨著混凝土試件4吸水，試樣密封室3內(nèi)的氣壓微降，水繼續(xù)從恒壓給水密封瓶I向試樣密封室3內(nèi)補(bǔ)充，恒壓給水密封瓶I上部氣體空腔壓力下降，外部大氣通過平衡進(jìn)氣管6向恒壓給水密封瓶I內(nèi)部補(bǔ)充并達(dá)到新的平衡狀態(tài)。平衡后，L形水位計(jì)12內(nèi)的液位不變，對應(yīng)試件底面淹沒于水中的有效深度恒定，試件吸入水的質(zhì)量等于恒壓給水單元質(zhì)量的減少量并能夠被電子天平2測出，計(jì)算機(jī)按時(shí)間間隔2min采集電子天平2的質(zhì)量減少量即等于混凝土試件4質(zhì)量的增加量，通過質(zhì)量變化量可計(jì)算混凝土試件的表面毛細(xì)吸水率。
[0052]通過數(shù)據(jù)線將電子天平連接到計(jì)算機(jī)上，通過計(jì)算機(jī)按一定時(shí)間間隔自動(dòng)采集質(zhì)量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測給水單元的質(zhì)量變化量，即恒壓給水密封瓶I內(nèi)水的質(zhì)量變化量。
[0053]采集數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間在測試前期可以短一些，后期質(zhì)量變化趨慢之后可以將采集數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔設(shè)置相對較長一些。
[0054]對上述的混凝土試件計(jì)算其表面毛細(xì)吸水率，步驟如下:
[0055]—、計(jì)電子天平2的初始質(zhì)量測試數(shù)據(jù)為Mci (kg),之后& (min)時(shí)間的第i次質(zhì)量測量數(shù)據(jù)為Mi，則\時(shí)間內(nèi)混凝土試件的實(shí)際吸水質(zhì)量為Mtl-Mi,此時(shí)可依據(jù)下式計(jì)算\時(shí)間內(nèi)單位面積的吸水體積Vi Cm)為:
[0056]Vi= (M0-Mi)/PA ①
[0057]其中A Cm2)為混凝土試件與水接觸的底面面積，P為水的密度(kg/m3)；
[0058]二、將不同時(shí)刻\與對應(yīng)單位面積吸水體積Vi Cm)按下式進(jìn)行線性擬合:
[0059]V = Syfi + /)②
[0060]所得斜率S (m/min°_5)即為所測試件的表面毛細(xì)吸水率。
[0061]三、當(dāng)混凝土試件測試完成時(shí)，依次關(guān)閉出水管7的閥門16、打開調(diào)節(jié)閥11，打開試樣密封室3的頂蓋并將試件取出(重復(fù)上述步驟即可繼續(xù)測試下一個(gè)混凝土試件的表面毛細(xì)吸水率)。
[0062]采用直徑為100mm、高度為50mm的圓柱體試件,在對試件進(jìn)行側(cè)面密封并干燥預(yù)處理之后，按照上述步驟每隔2min采集電子天平2的質(zhì)量數(shù)據(jù)，按公式①計(jì)算單位面積的吸水質(zhì)量11^之后按公式②進(jìn)行線性回歸，求得`回歸之后的斜率即為混凝土試件的毛細(xì)吸水率S，測試結(jié)果如圖2所示，其中.表示實(shí)測數(shù)據(jù)，——表示擬合曲線。
[0063]最小二乘法所得擬合曲線的函數(shù)表達(dá)式為:
[0064]r = ο.ο39λ/7-ο.ιοι ③
[0065]擬合函數(shù)與實(shí)測數(shù)據(jù)的相關(guān)度R達(dá)0.9948，由上式③可知，該試件的表面毛細(xì)吸水率 S 為 0.039m/min°-5o
[0066]上述各實(shí)施實(shí)例中，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，對個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同代換，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于所述的混凝土表面毛細(xì)吸水率測試系統(tǒng)由恒壓給水單元、電子天平(2)和試件吸水單元構(gòu)成，恒壓給水單元與試件吸水單元通過出水管(7)、硅膠軟管(8)和進(jìn)水管(9)連通； 所述的恒壓給水單元由恒壓給水密封瓶(I)、氣體連通管(5)、平衡進(jìn)氣管(6)和出水管(7)構(gòu)成；所述的電子天平(2)設(shè)置在恒壓給水密封瓶(I)底端并用來測量恒壓給水單元的重量；其中，氣體連通管(5)與平衡進(jìn)氣管(6)均設(shè)置在恒壓給水密封瓶(I)的上端，氣體連通管(5 )在恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)部的一端設(shè)置在靠近恒壓給水密封瓶(I)的上端，平衡進(jìn)氣管(6)在恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)部的一端設(shè)置在靠近恒壓給水密封瓶(I)的下端；氣體連通管(5)上部設(shè)置有一個(gè)氣體閥門(14);平衡進(jìn)氣管(6)上部設(shè)置有一個(gè)氣體閥門(15);平衡進(jìn)氣管(6)底部設(shè)置有一個(gè)針管；帶閥門(16)的出水管(7)—端與恒壓給水密封瓶(I)底部側(cè)端連通，另一端通過硅膠軟管(8)與進(jìn)水管(9)連通，所述的進(jìn)水管(9)與試樣密封室(3)底部側(cè)面連通； 所述的試件吸水單元由試樣密封室(3)、進(jìn)水管(9)、排水閥(10)、調(diào)節(jié)閥(11)、L型水位計(jì)(12)和試樣支撐件(13)構(gòu)成；其中，試樣密封室(3)上部設(shè)置有一個(gè)水平儀(18)，在下端設(shè)置有進(jìn)水管(9)，在密封室(3)右側(cè)下端設(shè)置有L型水位計(jì)(12)，L型水位計(jì)(12)另一端朝上設(shè)置；試樣密封室(3)右側(cè)上端設(shè)置有調(diào)節(jié)閥(11);排水閥(10)設(shè)置在試樣密封室(3)的底部；試樣密封室(3)底部內(nèi)側(cè)設(shè)置有三個(gè)等高的試樣支撐件(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于所述的試件吸水單元還包括高度調(diào)節(jié)腳(17)和水平儀(18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于所述的試樣密封室(3)外側(cè)設(shè)置有三個(gè)等高的高度調(diào)節(jié)腳(17)，并坐落于水平操作臺(tái)(19)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于所述的電子天平(2)的量程為lOOOg，精度為0.0Olg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于所述的氣體連通管(5)、平衡進(jìn)氣管(6)、出水管(7)、進(jìn)水管(9)和L形水位計(jì)(12)材質(zhì)為有機(jī)玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于所述的L形水位計(jì)(12)的頂端高于試樣支撐件(13)的頂端的鉛垂方向距離為5mm。
7.使用權(quán)利要求1所述的一種混凝土表面毛細(xì)吸水率自動(dòng)測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于所述的測試方法包括如下步驟: 一、關(guān)閉出水管(7)上的閥門(16)，往恒壓給水密封瓶(I)裝水至恰不淹沒氣體連通管(5)的下端；打開氣體連通管(5)上的氣體閥門(14)和平衡進(jìn)氣管(6)上的氣體閥門(15)并密封好恒壓給水密封瓶(1)，之后關(guān)閉氣體連通管(5)上部的氣體閥門(14);打開出水管(7)上的閥門(16)，恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)部的水通過出水管(7)流出，恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)的水位微降、內(nèi)部空腔氣壓稍降且平衡進(jìn)氣管(6)內(nèi)的水位較快下降，待其水位下降到平衡進(jìn)氣管(6)的下端且氣體開始通過平衡進(jìn)氣管(6)進(jìn)入恒壓給水密封瓶(I)時(shí)，關(guān)閉出水管(7 )上的閥門(16 )，排空平衡進(jìn)氣管內(nèi)液體完成，恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)部液體處于平衡狀態(tài)； 二、用硅膠軟管(8)將出水管(7)與進(jìn)水管(9)相連通，關(guān)閉排水閥(10)，打開調(diào)節(jié)閥(11)，往試樣密封室(3)內(nèi)加水至淹沒進(jìn)水管(9)和L形水位計(jì)(12)與試樣密封室(3)的聯(lián)通孔，同時(shí)要求水位淹沒試樣支撐件(13)的頂端3_，蓋好試樣密封室(3)的頂蓋并密封好；調(diào)整高度調(diào)節(jié)腳(17)使試件密封瓶(3)的高度變化至使內(nèi)部液面低于平衡進(jìn)氣管(6)的針尖水平高度10~15mm，打開出水管(7)上的閥門(16)，恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)的水開始向試樣密封室(3)內(nèi)補(bǔ)充并排空硅膠軟管(8)內(nèi)可能存在的氣體，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥(11)，試樣密封室(3)內(nèi)水位保持不變，L形水位計(jì)(12)內(nèi)的水位繼續(xù)上升并可能發(fā)生溢出；調(diào)整高度調(diào)節(jié)腳(17 )使氣體不再通過平衡進(jìn)氣管(6 )進(jìn)入恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)并且L形水位計(jì)(12)內(nèi)的相應(yīng)平衡水位低于L形水位計(jì)的頂端1mm，同時(shí)通過水平儀(18)控制試件吸水單元水平；試件吸水單元高度及水位調(diào)整完畢，整個(gè)系統(tǒng)處于水位平衡狀態(tài)；此時(shí)若從L形水位計(jì)頂端吸走微量水分，氣體將通過平衡進(jìn)氣管(6)進(jìn)入恒壓給水密封瓶(I )，并使整個(gè)系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)； 三、 關(guān)閉出水管(7)上的閥門(16)，打開調(diào)節(jié)閥(11)，打開試樣密封室(3)的上蓋，通過排水閥(10)降低試樣密封室(3)的水位并使試樣支撐件(13)的尖端露出水面；將所有側(cè)面密封的混凝土試件(4)置于試件支撐件(13)上部且暫時(shí)不與水接觸，蓋上試樣密封室(3)的上蓋并密封好；打開出水管(7)上的閥門(16)，水開始從恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)向試樣密封室(3)內(nèi)補(bǔ)充，氣體通過平衡進(jìn)氣管(6)進(jìn)入恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)且試樣密封室(3)內(nèi)的水位逐漸升高,待其內(nèi)部水位淹沒試件(4)的高度為3mm時(shí)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥(11 )，試樣密封室(3)內(nèi)水位不變而L形水位計(jì)(12)內(nèi)水位繼續(xù)上升至離頂端Imm時(shí)達(dá)平衡狀態(tài)，讓計(jì)算機(jī)開始按事先設(shè)置好的時(shí)間間隔采集恒壓給水單元的質(zhì)量數(shù)據(jù)。隨著混凝土試件(4)吸水，試樣密封室(3)內(nèi)的氣壓微降，水繼續(xù)從恒壓給水密封瓶(I)向試樣密封室(3)內(nèi)補(bǔ)充，恒壓給水密封瓶(I)上部氣體空腔壓力下降，外部大氣通過平衡進(jìn)氣管(6)向恒壓給水密封瓶(I)內(nèi)部補(bǔ)充并達(dá)到新的平衡狀態(tài)。平衡后，L形水位計(jì)(12)內(nèi)的液位不變，對應(yīng)試件底面淹沒于水中的有效深度恒定，試件吸入水的質(zhì)量等于恒壓給水單元質(zhì)量的減少量并能夠被電子天平(2)測出，計(jì)算機(jī)采集電子天平(2)的質(zhì)量減少量即等于混凝土試件(4)質(zhì)量的增加量，通過質(zhì)量變化量可計(jì)算混凝土試件的表面毛細(xì)吸水率。
【文檔編號(hào)】G01N5/02GK103471953SQ201310441396
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】周春圣, 曲海濤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)