[发明专利]用于测定水泥基材料中氧气扩散系数的方法及试验装置

权利要求书

1.一种用于测定水泥基材料中氧气扩散系数的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)水泥基材料待测试件的准备

浇筑成型待测水泥基材料试件，将所测水泥基材料切割成设定厚度的圆柱体后，置于一系列不同的饱和盐溶液密闭容器中，待其达到内部湿度平衡；并在试件侧面用环氧树脂涂覆以隔绝外界大气的影响；

2)整体装置的连接

将步骤1)所获水泥基材料试件的端面分别与两气体腔室连接成一个密封整体；在两腔室底部溶液池中注入与步骤1)相同的饱和盐溶液，保证腔室内部湿度与试件湿度保持平衡；将气体腔室的进气阀门分别与两供气瓶相连；移动活塞可移动地套装在腔室管壁内，所述移动活塞与腔室管壁的内壁之间设置活塞密封圈，移动活塞分别与两氧气传感器相连；两氧气传感器与氧气数据解调仪相连；两氧气数据解调仪与数据记录仪相连；数据记录仪与计算机相连；整个装置连接好后保证连接的气密性良好并将整体装置放在恒温室内；

3)不同湿度下水泥基材料氧气扩散系数D_f的测定

打开供气瓶，分别往两气体腔室中充入一定量的氧气与氮气，利用氧气数据解调仪与数据记录仪监测到的不同时刻下两气体腔室中的氧气浓度变化，结合理想气体状态方程、Fick第一定律可得到该湿度下氧气扩散系数的计算公式：

式中：D_f为氧气扩散系数，单位m²/s；为左右两腔室的氧气浓度梯度，单位mol/m⁴，根据所记录的不同时刻下两腔室的氧气浓度值得到其与时间之间的函数关系；t为试验时间，单位s；N为低氧腔室从t＝0至结束试验时增加的总氧气的物质的量，单位mol；S为氧气的有效扩散面积，单位m²。

2.如权利要求1所述的用于测定水泥基材料中氧气扩散系数的方法，其特征在于：所述水泥基材料试件，按照预定配合比浇筑成型并标准养护28d后，将其切割成设定厚度的圆柱体，并置于一系列不同的饱和盐溶液密闭容器，待其达到内部湿度平衡。

3.一种如权利要求1所述的用于测定水泥基材料中氧气扩散系数的方法的试验装置，其特征在于：包括供气系统、试件、左右气体腔室和传感测试系统，所述试件为水泥基材料试件，将左右气体腔室连接至水泥基材料试件的两个端面，所述左右气体腔室分别包括进气阀门、腔室管壁、移动活塞、活塞密封圈和溶液池，所述进气阀门设置在腔室管壁上，所述移动活塞可移动地套装在腔室管壁内，所述移动活塞与腔室管壁的内壁之间设置活塞密封圈，在腔室底部设有用于保证腔室内部湿度与试件湿度保持平衡的溶液池；

所述进气阀门与供气系统相连，所述供气系统由供气瓶、出气阀门与输气导管组成，所述供气瓶有氧气瓶和氮气瓶，所述输气导管有两根，分别与供气瓶的出气阀门相连，所述两根输气导管另一端与进气阀门相连；

所述传感测试系统包括氧气传感器和氧气数据解调仪，用于测量水泥基材料左右两腔室中的氧气浓度，所述氧气传感器安装在所述移动活塞靠近所述试件侧；所述氧气传感器与所述氧气数据解调仪连接。

4.如权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括数据采集系统，所述的数据采集系统包括数据记录仪和计算机，用于水泥基材料左右两腔室中的氧气浓度数据的记录以及后续处理，所述氧气数据解调仪与所述数据记录仪连接。

5.如权利要求3或4所述的试验装置，其特征在于：所述供气系统、试件、左右气体腔室和传感测试系统均位于恒温室内。

6.如权利要求3或4所述的试验装置，其特征在于：所述移动活塞中部预留小孔，所述小孔内安装所述氧气传感器。

7.如权利要求3或4所述的试验装置，其特征在于：所述腔室腔壁均刻有刻度，用以计算两腔室的体积。

8.如权利要求3或4所述的试验装置，其特征在于：所述两腔室的移动活塞主体采用透明有机玻璃制作，活塞密封圈采用丁晴橡胶，且各开有一20mm的小孔，用以和传感测试系统相连。

9.如权利要求3或4所述的试验装置，其特征在于：所述左右气体腔室气压时刻与外界气压相等。