專(zhuān)利名稱(chēng)：水工混凝土在荷載作用下的滲透性能測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量水工混凝土滲透性能的測(cè)試裝置，具體地說(shuō)是涉及一種在持續(xù)穩(wěn)定荷載作用下水工混凝土滲透性能的測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
水工混凝土的一些耐久性問(wèn)題，包括氯離子侵蝕、水的滲透溶蝕、堿集料反應(yīng)、碳化和鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)破壞等都與滲透性密切相關(guān)。良好的抗?jié)B性是保證許多重要工程安全、耐久的必要條件。多年來(lái)人們對(duì)水工混凝土滲透性以及由于氣液介質(zhì)的滲透引起的耐久性問(wèn)題已進(jìn)行了研究，但大都圍繞單一影響因素展開(kāi)。然而，工程實(shí)際中的水工混凝土并不是在單一因素下工作的，一般都承受兩種或兩種以上的因素共同作用。多種因素共同作用時(shí)，對(duì)水工混凝土的損傷作用并不是各單一因素作用的簡(jiǎn)單疊加，各因素產(chǎn)生的交互作用使得實(shí)際服役過(guò)程中水工混凝土的破壞過(guò)程復(fù)雜化。在實(shí)際工程中，幾乎所有水工混凝土都會(huì)承受不同類(lèi)型的荷載作用，荷載往往引起水工混凝土中微裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而影響水工混凝土的滲透性。目前我國(guó)水工混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)采用的滲水高度法，即將上口徑為175mm、下口徑為185mm、高150mm的截頭實(shí)心圓錐體混凝土試件放入滲透儀內(nèi)，通過(guò)滲透儀在試件下表面加壓力水，直至上表面出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。這種方法只能評(píng)價(jià)水工混凝土在受水壓力單一因素作用下的滲透性，而實(shí)際服役中的水工混凝土結(jié)構(gòu)常同時(shí)承受著荷載的作用，而常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(截頭圓錐形金屬筒)，且不能給試件加載，因此，受實(shí)驗(yàn)裝置的制約，對(duì)在荷載作用下水工混凝土水滲透性的研究幾乎為空白。另外，用常規(guī)方法及實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量水工混凝土滲透系數(shù)時(shí)，由于水工混凝土滲透性很小，要使足量的水透過(guò)水工混凝土以保證測(cè)量精度，實(shí)驗(yàn)常需持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)于無(wú)荷載作用下的滲透實(shí)驗(yàn)，對(duì)時(shí)間是沒(méi)有限制的，但對(duì)于有荷載作用的滲透實(shí)驗(yàn)，如果采用常用的液壓式壓力機(jī)作為加載裝置，過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間不僅不能保證荷載的持續(xù)穩(wěn)定，還會(huì)導(dǎo)致液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)故障，縮短其使用壽命，對(duì)其損害較大。因此，采用液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)給試件加載是不可取的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)常規(guī)試驗(yàn)裝置不能給試件加載以及采用液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)加載不能保證荷載持續(xù)穩(wěn)定等問(wèn)題，而提供了一種水工混凝土在荷載作用下的滲透性能測(cè)試裝置，該裝置不僅能給試件加載，而且試件所加荷載不再由常用的液壓式壓力機(jī)長(zhǎng)期提供，新的加載裝置能夠保證荷載的長(zhǎng)期持續(xù)穩(wěn)定，避免荷載的不穩(wěn)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用該測(cè)試裝置對(duì)水工混凝土在荷載作用下滲透性能的測(cè)試方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的將該裝置設(shè)計(jì)如下如圖1和圖2所示一種水工混凝土在荷載作用下滲透性能測(cè)試裝置，其特征在于它是由加壓裝置及混凝土試件室兩部分組成，其中加壓裝置由鋼底盤(pán)(1)、鋼立柱(2)、鋼板(3)、鋼板(4)、彈簧(5)、螺栓帽(6)構(gòu)成，鋼底盤(pán)(1)、鋼板(3)和鋼板(4)的四周各鉆有對(duì)稱(chēng)的四個(gè)圓孔，將四根圓形鋼立柱(2)分別穿過(guò)鋼底盤(pán)(1)、鋼板(3)、鋼板(4)上的四個(gè)圓孔中，在鋼底盤(pán)(1)與鋼板(4)之間放置混凝土試件室(17)，鋼板(3)與鋼板(4)之間的四根鋼主柱(2)上分別套上一根彈簧(5)，然后分別用螺栓帽(6)固定；混凝土試件室(17)中的圓形套筒(7)固定在鋼底盤(pán)(1)上，圓筒形混凝土試件(12)放置在套筒(7)內(nèi)，混凝土試件(12)的底部墊上一塊下壓鋼墊板(9)，其頂部蓋上一塊上壓鋼墊板(8)，在上壓鋼墊板(8)與鋼板(4)之間放置一個(gè)球座(10)。
上述的測(cè)試裝置，其特征在于所述的圓形鋼立柱(2)的基部是座子，上部帶有螺紋。
上述的測(cè)試裝置，其特征在于所述的圓形套筒(7)是用有機(jī)玻璃制成，并用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘固定在鋼底盤(pán)(1)上，套筒(7)的一側(cè)開(kāi)有一個(gè)溢流孔(11)。
上述的測(cè)試裝置，其特征在于所述的混凝土試件(12)與套筒(7)兩側(cè)之間均留有充水空隙，并在兩側(cè)的空隙上用橡皮圈(14)蓋住。
上述的測(cè)試裝置，其特征在于所述的上壓鋼墊板(8)內(nèi)開(kāi)有一個(gè)小孔(15)與進(jìn)水管(16)相連后再連接至抗?jié)B儀上。
該裝置的工作原理及測(cè)試方法為工作時(shí)由液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)彈簧加壓，壓力值大小則由讀取壓力機(jī)表盤(pán)數(shù)值來(lái)控制，到達(dá)規(guī)定壓力值時(shí)立即將螺栓擰緊并撤掉壓力機(jī)，此時(shí)試件所受的外部壓荷載就由彈簧(5)提供。由于彈簧彈力受混凝土變形等因素的影響很小、保壓性能良好并且應(yīng)力損失小、不受外部斷電等干擾因素的影響，故可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)穩(wěn)定荷載作用狀態(tài)下混凝土滲透溶蝕等性能的研究。彈簧(5)產(chǎn)生的壓力通過(guò)鋼板(4)、球座(10)、上壓鋼墊板(8)傳遞作用到試件(12)上。上壓鋼墊板(8)上的進(jìn)水管(16)接至抗?jié)B儀，壓力水由經(jīng)抗?jié)B儀提供并流經(jīng)進(jìn)水管(16)和上壓鋼墊板內(nèi)部的小孔(15)作用于圓筒形試件(12)的內(nèi)表面，水壓由抗?jié)B儀上的壓力表調(diào)節(jié)控制。試件外表面浸在注滿水的有機(jī)玻璃套筒(7)中，套筒上方用橡皮圈(14)蓋住以避免水蒸發(fā)。套筒上的溢流孔(11)控制水位，用一個(gè)塑料管連接溢流孔(11)至放于低處的量筒，這樣透過(guò)環(huán)型試件壁的滲透水量可以通過(guò)量筒收集。試驗(yàn)測(cè)試步驟如下步驟1液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)通過(guò)鋼板(3)對(duì)彈簧(5)加壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定壓力值時(shí)立即將螺栓(6)擰緊并撤掉壓力機(jī)，此時(shí)外部壓荷載就由彈簧(5)提供了；步驟2彈簧(5)產(chǎn)生的壓力通過(guò)鋼板(4)、球座(10)、上壓鋼墊板(8)傳遞作用到圓筒形混凝土試件(12)上；步驟3抗?jié)B儀產(chǎn)生壓力水，將壓力水通過(guò)進(jìn)水管(16)及小孔(15)注入混凝土試件(12)的內(nèi)表面；步驟4給混凝土試件(12)外表面及有機(jī)玻璃套筒(7)之間空隙注水，使水面與溢流孔(11)齊平，然后用橡皮圈(14)蓋住套筒(7)以避免水蒸發(fā)；步驟5收集經(jīng)套筒(7)上的溢流孔(11)流至外接的量筒中的滲透水；步驟6利用量筒中的滲透水，用以下的推導(dǎo)公式換算求得混凝土的滲透系數(shù)。
圓環(huán)型混凝土試件滲透系數(shù)計(jì)算公式k=-μq·lnr1r22π·h·Δh]]>式中k-滲透系數(shù)(cm/s)；q-單位時(shí)間內(nèi)收集的水流量(cm3/s)；r2-環(huán)狀試件的外半徑(cm)；r1-環(huán)狀試件的內(nèi)半徑(cm)；h-環(huán)狀試件的高度(cm)；Δh-水流入面和流出面間的水頭差，μ-水的粘度。
本發(fā)明解決了常規(guī)試驗(yàn)裝置不能給試件加載，以及采用液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)加載不能保證荷載持續(xù)穩(wěn)定等問(wèn)題，而本發(fā)明是以受壓彈簧為荷載的壓力滲透實(shí)驗(yàn)裝置，研究持續(xù)壓荷載作用對(duì)水工混凝土的水滲透性的影響，從而揭示多因素組合條件下的水工混凝土老化和病變的機(jī)理以及組合機(jī)理，其研究成果如果推廣應(yīng)用于實(shí)際工程，為病險(xiǎn)水工混凝土結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固以及高混凝土壩的設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行提供源頭技術(shù)支持。
四

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明裝置作進(jìn)一步說(shuō)明圖1是受荷載作用混凝土試件水滲透試驗(yàn)加載裝置的結(jié)構(gòu)示意2是混凝土試件室的結(jié)構(gòu)示意圖附圖標(biāo)記1.鋼底盤(pán)，2.鋼立柱，3.鋼板①，4.鋼板②，5.彈簧，6.螺栓帽，7.套筒，8.上壓鋼墊板，9.下壓鋼墊板，10.球座，11.溢流孔，12.混凝土試件，13.水，14.橡皮圈，15.小孔，16.進(jìn)水管，17試件室。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 水工混凝土在荷載作用下的滲透性能測(cè)試裝置該測(cè)試裝置由加壓裝置和試件室(17)兩部分組成，其中加壓裝置中的鋼底盤(pán)(1)、鋼板(3)和鋼板(4)，分別為長(zhǎng)340mm，寬170mm，高28mm，在其四周各鉆有4個(gè)對(duì)稱(chēng)的直徑為18mm的圓孔，將四根長(zhǎng)650mm，直徑為16mm下端有直徑為25mm的座子，上端帶有螺紋的鋼立柱(2)，穿入鋼底盤(pán)(1)上的四個(gè)圓孔中，鋼底盤(pán)(1)上放置試件室(17)，它是由直徑為130mm，高120mm，厚8mm的有機(jī)玻璃套筒(7)放置在鋼底盤(pán)(1)上，把內(nèi)外直徑分別為30mm和110mm，高110mm的混凝土試件(12)放入套筒(7)中，試件(12)得底部有一塊直徑110mm，高10mm的下壓鋼墊板(9)，試件(12)的上部放置一塊直徑為120mm，高18mm的上壓鋼墊板(8)，在鋼墊板(8)上面再放置一個(gè)直徑為35mm的球座(10)；再將鋼板(4)通過(guò)四個(gè)圓孔套入鋼立柱(2)上，使鋼板(4)與球座(10)緊密相接，并在四根鋼立柱(2)上分別套上直徑為3mm，高450mm的彈簧(5)，然后將鋼板(3)從四個(gè)圓孔中套在四根鋼立柱(2)上，最后用螺栓帽(6)擰緊固定鋼板(3)，上壓鋼墊板(8)內(nèi)鉆有一個(gè)小圓孔(15)，并與進(jìn)水管(16)相連接后再接置抗?jié)B儀上，在混凝土試件(12)與套筒(7)之間充水(13)，并使水面與溢流孔(11)齊平，充水后套筒(7)上方用橡皮圈(14)蓋住，溢流孔(11)通過(guò)橡皮管連接量筒，積留從溢流孔(11)流出的滲漏水，根據(jù)滲漏水量用滲透系數(shù)計(jì)算公式(3)求出滲漏系數(shù)值。
實(shí)施例2 對(duì)水工混凝土荷載滲透系數(shù)的測(cè)試方法。
1、原材料與試件用P·O32.5級(jí)水泥(物理性能見(jiàn)表1)，II級(jí)粉煤灰，細(xì)度模數(shù)為2.5的河砂，最大粒徑10mm的石灰?guī)r人工碎石及自來(lái)水按表2所示配合比配制混凝土，成型成內(nèi)、外直徑分別為30mm和110mm的圓筒形試件，每組試樣6個(gè)。試件在混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d后，用金剛石鋸片將試件兩頭截去，得到高度為110mm的試件。每組試件中取3個(gè)測(cè)定抗壓強(qiáng)度，作為其余試件進(jìn)行抗?jié)B實(shí)驗(yàn)時(shí)加荷大小的參考。各組試件的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2。
表1 水泥的基本物理性能

表2 混凝土試件配合比和抗壓強(qiáng)度

2、試驗(yàn)步驟每組試件取2個(gè)分別進(jìn)行試驗(yàn)。
步驟1試驗(yàn)時(shí)將內(nèi)、外直徑分別為30mm和110mm、高110mm的圓筒形混凝土試件(12)先用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿粘貼在直徑為120mm、高18mm上壓鋼墊板(8)和直徑為110mm、高10mm下壓鋼墊板(9)上，待環(huán)氧樹(shù)脂硬化后放入真空吸水儀抽真空3h，隨后吸入自來(lái)水并保持真空1h，關(guān)閉真空吸水儀讓試件吸水18h，以便在試驗(yàn)時(shí)盡快達(dá)到滲流穩(wěn)定。
步驟2將預(yù)處理過(guò)的試件在0.8MPa的水壓下滲流至出水流量基本穩(wěn)定。
步驟3確定初次施加荷載的大小f。初次施加荷載f為試件的抗壓強(qiáng)度f(wàn)c的0.1倍，即應(yīng)力比η(η＝f/fc)為0.1。
步驟4液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)通過(guò)長(zhǎng)340mm、寬170mm、高28mm的鋼板(3)對(duì)直徑為3mm、高450mm的彈簧(5)加壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定壓力值f時(shí)立即將螺栓(6)擰緊并撤掉壓力機(jī)，此時(shí)外部壓荷載就由彈簧(5)提供。彈簧(5)產(chǎn)生的壓力通過(guò)長(zhǎng)340mm、寬170mm、高20mm的鋼板(4)、高35mm的球座(10)、上壓鋼墊板(8)傳遞作用到試件(12)上。
步驟5抗?jié)B儀產(chǎn)生0.8MPa的壓力水，將壓力水通過(guò)內(nèi)徑為5mm的進(jìn)水管(16)及直徑為5mm的小孔(15)注入試件(12)的內(nèi)表面。
步驟6給試件(12)外表面與外徑為138mm、厚4mm的有機(jī)玻璃套筒(7)之間注水，并用橡皮圈(14)蓋住套筒(7)以避免水蒸發(fā)。
步驟7當(dāng)滲流持續(xù)時(shí)間為7～10h后，收集經(jīng)套筒(7)上的內(nèi)徑為4mm溢流孔(11)流至外接的量筒中的滲透水，并用精度為0.1g的電子秤計(jì)量。記錄滲透水的重量、壓力f的大小、滲流持續(xù)時(shí)間。
步驟8增加荷載f，重復(fù)步驟4～步驟7。荷載增量由η控制，每次η增大0.1，直至η達(dá)到0.8為止(η＝0.1，0.2，...，0.8)，因此，每個(gè)試件可得到8組試驗(yàn)結(jié)果。
步驟9對(duì)其它試件重復(fù)步驟1～步驟8，直至完成全部的6個(gè)試件的試驗(yàn)工作。
3、試驗(yàn)結(jié)果(1)滲透系數(shù)計(jì)算公式的推導(dǎo)混凝土的滲透系數(shù)根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算，即q=kμSΔhL---(1)]]>式中q-單位時(shí)間內(nèi)的流量(cm3/s)；k-滲透系數(shù)(cm/s)；S-過(guò)水面積(cm2)；Δh-水的流入面和流出面間的水頭差(cm)；L-滲透距離(cm)；μ-水的粘度。
達(dá)西公式要求孔隙平行不發(fā)生橫向滲透，對(duì)混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不斷變化的材料是難以做到的，但目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為達(dá)西定律對(duì)于水泥混凝土還是適用的。對(duì)圓環(huán)形試件假設(shè)僅發(fā)生徑向滲透，當(dāng)流量q一定時(shí)，在半徑為r，厚度為Δr的薄壁兩邊的水壓差Δhr為Δhr=qΔrkμ·2πr·h---(2)]]>對(duì)式(2)兩邊作積分q·∫r1r2drr=kμ·2π·h·∫h1h2dh]]>可得圓環(huán)型試件滲透系數(shù)計(jì)算公式k=-μq·lnr1r22π·h·Δh---(3)]]>
式中k-滲透系數(shù)(cm/s)；q-單位時(shí)間內(nèi)收集的水流量(cm3/s)；r2-環(huán)狀試件的外半徑(cm)；r1-環(huán)狀試件的內(nèi)半徑(cm)；h-環(huán)狀試件的高度(cm)；Δh-水流入面和流出面間的水頭差，本實(shí)驗(yàn)中即為砂漿滲透儀壓力表讀數(shù)；μ-水的粘度。
(2)荷載對(duì)混凝土滲透性的影響表3 不同應(yīng)力比下混凝土試件的滲透系數(shù)k/10-10cm.s-1

表3分別為不同配合比、不同強(qiáng)度混凝土試件的滲透系數(shù)k隨應(yīng)力比η的變化。由表3看出①混凝土試件的滲透性與抗壓強(qiáng)度密切相關(guān)，強(qiáng)度越高，滲透系數(shù)越小。強(qiáng)度高的混凝土試件，不僅由于成型水灰比較低，水泥漿體結(jié)構(gòu)較致密，而且由于單位體積集料用量較少，因此集料-水泥漿體界面較少。然而，集料-水泥漿體界面處的過(guò)渡區(qū)是混凝土中的薄弱部位，容易成為水滲透的通道，在受應(yīng)力作用時(shí)也容易引發(fā)裂縫的生成和擴(kuò)展。
②各試件的滲透系數(shù)隨應(yīng)力比的變化規(guī)律基本相同。當(dāng)應(yīng)力比小于0.3時(shí)，各試件的滲透系數(shù)隨應(yīng)力比增大而逐漸減小，除個(gè)別試件外，大約在應(yīng)力比為0.6左右滲透系數(shù)達(dá)到最小。當(dāng)應(yīng)力比超過(guò)0.6后，滲透系數(shù)突然增大。
究其原因，應(yīng)力引起的混凝土滲透性的變化顯然與結(jié)構(gòu)變化、尤其是水泥漿體—集料界面和裂縫狀態(tài)的變化有關(guān)。在試件所受到的是軸向壓力，荷載方向與水的滲流方向垂直。壓力對(duì)混凝土中裂縫狀態(tài)和滲透性有相反的兩個(gè)作用在一定范圍內(nèi)，壓力將引起混凝土中與荷載方向平行、或者說(shuō)與荷載方向偏差較小的原生裂縫的擴(kuò)展及新生裂縫的形成，導(dǎo)致混凝土滲透性的增大；而另一方面，壓力方向垂直于原生裂縫則在一定程度上被“壓合”，使得混凝土滲透性的降低。因此，壓力對(duì)混凝土滲透性的影響是這兩種作用的綜合效應(yīng)。值得注意的是，本實(shí)驗(yàn)中所用混凝土試件是圓筒狀試件，受壓荷載作用時(shí)，試件軸向變形導(dǎo)致被“壓合”裂縫(嚴(yán)格講應(yīng)該為“裂面”)是與水的滲流方向平行，而徑向變形產(chǎn)生的裂縫(裂面)則多數(shù)與水的滲流方向垂直，這兩類(lèi)裂縫對(duì)混凝土滲透系數(shù)的影響程度是有較大差異。
③由于以上兩種效應(yīng)，混凝土在所受壓應(yīng)力f低于30％極限應(yīng)力fc時(shí)，其中的集料—水泥漿體界面縫是穩(wěn)定的，不會(huì)擴(kuò)展。當(dāng)f達(dá)到30～50％fc時(shí)，界面縫將在過(guò)渡區(qū)內(nèi)緩慢擴(kuò)展。當(dāng)f超過(guò)fc的50％時(shí)，裂縫擴(kuò)展就可以延伸到水泥基材中。而當(dāng)f超過(guò)fc的75％時(shí)，水泥基材中的裂縫也會(huì)不停擴(kuò)展，最終導(dǎo)致混凝土破壞。本實(shí)驗(yàn)中混凝土試件在應(yīng)力比為0.1～0.2時(shí)，滲透系數(shù)略有降低但變化較小。而當(dāng)應(yīng)力比0.3時(shí)候，滲透系數(shù)會(huì)突然變小，這是壓應(yīng)力使得混凝土內(nèi)部的一些原始微裂縫閉合所致，而此時(shí)應(yīng)力還不能使骨料與水泥漿體界面產(chǎn)生裂縫。當(dāng)應(yīng)力比增加到0.3～0.6時(shí)，滲透系數(shù)繼續(xù)減小，從理論上講，此時(shí)荷載已足以引起裂縫的擴(kuò)展，因此滲透系數(shù)的繼續(xù)減小說(shuō)明此時(shí)裂縫的擴(kuò)展和形成對(duì)混凝土滲透性的增大效應(yīng)仍小于與于水滲流方向平行的裂縫“壓合”對(duì)滲透性的降低效應(yīng)。應(yīng)力比進(jìn)一步增加到0.6時(shí)，滲透系數(shù)轉(zhuǎn)為增大，這是因?yàn)楣橇吓c水泥漿體界面裂縫不斷產(chǎn)生新裂縫并開(kāi)始擴(kuò)展。當(dāng)應(yīng)力達(dá)0.7和0.8時(shí)候滲透系數(shù)呈顯著增加。按照混凝土中裂縫產(chǎn)生擴(kuò)展規(guī)律，這時(shí)試件中的砂漿部分也開(kāi)始產(chǎn)生裂縫，并不斷發(fā)展與毛細(xì)孔等滲水通道相互聯(lián)結(jié)，裂縫擴(kuò)展對(duì)滲透性的影響已大大超過(guò)了裂縫“壓合”的影響。
(3)滲透系數(shù)與應(yīng)力比及混凝土強(qiáng)度的關(guān)系根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)應(yīng)力比小于0.6時(shí)，滲透系數(shù)隨著應(yīng)力比的增加而減小，滲透系數(shù)隨著應(yīng)力比的變化趨勢(shì)看，兩者近似呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系。因此，對(duì)表3中各組試件(每組2個(gè))實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按下式進(jìn)行擬合k＝k0e-aη(4)式中k-不同應(yīng)力比η(η≤0.6)時(shí)混凝土的滲透系數(shù)(10-10cm/s)；k0和a-回歸系數(shù)，其中k0的物理意義也就是無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的滲透系數(shù)(10-10cm/s)。
由式(4)擬合的結(jié)果(k0、a)見(jiàn)表4。
表4 表3中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按式(4)擬合結(jié)果

從表4看出①滲透系數(shù)與應(yīng)力比密切相關(guān)。這樣利用式(4)只需試驗(yàn)得出沒(méi)有外部應(yīng)力作用下試件的平均滲透系數(shù)，便能估算在一定應(yīng)力比(小于0.6)下該組試件的滲透系數(shù)了。
②混凝土試件的滲透性與抗壓強(qiáng)度密切相關(guān)，強(qiáng)度越高，滲透系數(shù)越小。從表4的擬合結(jié)果也可以看，抗壓強(qiáng)度不同的各組試件的擬合參數(shù)中，a的值相差不大，即壓力對(duì)不同強(qiáng)度混凝土的滲透性的影響基本相同。不同抗壓強(qiáng)度試件k0值相差較大，說(shuō)明無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的滲透系數(shù)與抗壓強(qiáng)度密切相關(guān)。
根據(jù)表4中結(jié)果，用下式對(duì)kfc4～η關(guān)系進(jìn)行擬合kfc4=k1e-a1η---(5)]]>其中k的單位為10-10cm/s，fc的單位為MPa。擬合結(jié)果為k1＝8.694×106，a1＝1.4425，復(fù)相關(guān)系數(shù)R＝0.865。
從擬合結(jié)果可以看出，各組試件按式(5)和式(4)擬合結(jié)果無(wú)明顯差別。比較式(5)和式(4)，實(shí)際上可以看作k0=kfc-4,]]>即無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的滲透系數(shù)與抗壓強(qiáng)度4次方得倒數(shù)成正比。根據(jù)式(5)可以在相似條件下，制備的不同強(qiáng)度混凝土在不同壓荷載的條件下的滲透系數(shù)，估算某一強(qiáng)度混凝土在相應(yīng)壓荷載下的滲透系數(shù)。
綜上分析，壓荷載的存在會(huì)影響混凝土的滲透性。當(dāng)壓應(yīng)力低于60％極限應(yīng)力時(shí)，壓力使得混凝土與荷載方向垂直的原生裂縫則在一定程度上被“壓合”，使得混凝土的滲透系數(shù)隨應(yīng)力比的增大而近似呈負(fù)指數(shù)函數(shù)減小。壓應(yīng)力達(dá)到70％極限應(yīng)力后，荷載引起的裂縫擴(kuò)展對(duì)滲透性的影響已超過(guò)了裂縫“壓合”的影響，混凝土的滲透性隨應(yīng)力比的增大而顯著增大。混凝土的滲透系數(shù)與其抗壓強(qiáng)度4次方的倒數(shù)存在密切的相關(guān)性。
權(quán)利要求
1.一種水工混凝土在荷載滲作用下透性能測(cè)試裝置，其特征在于它是由加壓裝置及混凝土試件室兩部分組成，其中加壓裝置由鋼底盤(pán)(1)、鋼立柱(2)、鋼板(3)、鋼板(4)、彈簧(5)、螺栓帽(6)構(gòu)成，鋼底盤(pán)(1)、鋼板(3)和鋼板(4)的四周各鉆有對(duì)稱(chēng)的四個(gè)圓孔，將四根圓形鋼立柱(2)分別穿過(guò)鋼底盤(pán)(1)、鋼板(3)、鋼板(4)上的四個(gè)圓孔中，在鋼底盤(pán)(1)與鋼板(4)之間放置混凝土試件室(17)，鋼板(3)與鋼板(4)之間的四根鋼主柱(2)上分別套上一根彈簧(5)，然后分別用螺栓帽(6)固定；混凝土試件室(17)中的圓形套筒(7)固定在鋼底盤(pán)(1)上，圓筒形混凝土試件(12)放置在套筒(7)內(nèi)，混凝土試件(12)的底部墊上一塊下壓鋼墊板(9)，其頂部蓋上一塊上壓鋼墊板(8)，在上壓鋼墊板(8)與鋼板(4)之間放置一個(gè)球座(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于所述的圓形鋼立柱(2)的基部是座子，上部帶有螺紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于所述的圓形套筒(7)是用有機(jī)玻璃制成，并用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘固定在鋼底盤(pán)(1)上，套筒(7)的一側(cè)開(kāi)有一個(gè)溢流孔(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于所述的混凝土試件(12)與套筒(7)兩側(cè)之間均留有充水空隙，并在兩側(cè)的空隙上用橡皮圈(14)蓋住。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于所述的上壓鋼墊板(8)內(nèi)開(kāi)有一個(gè)小孔(15)與進(jìn)水管(16)相連后再連接至抗?jié)B儀上。
6.一種用權(quán)利要求1的測(cè)試裝置對(duì)水工混凝土在荷載作用下滲透性能的測(cè)試方法，其特征在于測(cè)試步驟如下(1)液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)通過(guò)鋼板(3)對(duì)彈簧(5)加壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定壓力值時(shí)立即將螺栓帽(6)擰緊并撤掉壓力機(jī)，此時(shí)外部壓荷載就由彈簧(5)提供了；(2)彈簧(5)產(chǎn)生的壓力通過(guò)鋼板(4)、球座(10)、上壓鋼墊板(8)傳遞作用到圓筒形混凝土試件(12)上；(3)抗?jié)B儀產(chǎn)生壓力水，將壓力水通過(guò)進(jìn)水管(16)及小孔(15)注入混凝土試件(12)的內(nèi)表面；(4)給混凝土試件(12)外表面及有機(jī)玻璃套筒(7)之間空隙注水，使水面與溢流孔(11)齊平，然后用橡皮圈(14)蓋住套筒(7)以避免水蒸發(fā)；(5)收集經(jīng)套筒(7)上的溢流孔(11)流入外接的量筒中的滲透水；(6)利用量筒中的滲透水，用以下的推導(dǎo)公式換算求得混凝土的滲透系數(shù)；圓環(huán)型混凝土試件滲透系數(shù)計(jì)算公式k=μq·lnr1r22π·h·Δh]]>式中k-滲透系數(shù)(cm/s)；q-單位時(shí)間內(nèi)收集的水流量(cm3/s)；r2-環(huán)狀試件的外半徑(cm)；r1-環(huán)狀試件的內(nèi)半徑(cm)；h-環(huán)狀試件的高度(cm)；Δh-水流入面和流出面間的水頭差，μ-水的粘度。
全文摘要
一種水工混凝土荷載滲透性能測(cè)試裝置，包括加壓裝置和試件室兩部分，其中的加壓裝置是由鋼底盤(pán)、鋼板、鋼立柱、彈簧和螺栓帽等部件組成；試件室由套筒、上壓鋼墊板、下壓鋼墊板、球座、混凝土試件等組成；其測(cè)試步驟為，將壓力試驗(yàn)機(jī)通過(guò)鋼板對(duì)彈簧加壓，達(dá)到規(guī)定壓力后立即用螺栓擰緊，并撤掉壓力機(jī)，此時(shí)外部壓荷載就由彈簧提供；彈簧產(chǎn)生的壓力通過(guò)鋼板、球座、上壓鋼墊板傳遞到混凝土試件上；由抗?jié)B儀產(chǎn)生的壓力水通過(guò)進(jìn)水管及小孔注入試件的內(nèi)表面；給試件外表面與套筒之間的空隙中注水，使水面與溢流孔齊平后用橡皮圈蓋住；收集溢流孔流入量筒中的滲透水，用推導(dǎo)的公式計(jì)算出混凝土試件的滲透系數(shù)，本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能保證荷載長(zhǎng)期穩(wěn)定，測(cè)試數(shù)據(jù)可靠。
文檔編號(hào)G01N13/04GK101074912SQ200710023139
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者顧沖時(shí), 方永浩, 吳中如, 鄭東健, 包騰飛, 蘇懷智, 王建 申請(qǐng)人:河海大學(xué)