[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

说明书

一种用于测定不同湿度下水泥基材料中氧气扩散系数的方法，包括以下步骤：1)水泥基材料待测试件的准备；2)整体装置的连接；3)不同湿度下水泥基材料氧气扩散系数Dsubgt;f/subgt;的测定。以及提供一种用于测定不同湿度下水泥基材料中氧气扩散系数的方法的试验装置，包括供气系统、试件、左右气体腔室和传感测试系统。本发明的整个过程中氧气扩散的动力仅为浓度梯度，且装置两腔室中设有溶液池以保证整个试验过程在恒定的湿度下进行且湿度可通过改变不同的盐溶液进行改变，测量简单，数据准确可靠。通过氧气在不同湿度下水泥基材料中的传输规律可为进一步研究不同湿度下氧气对水泥基材料中钢筋的锈蚀过程提供数据基础。

技术领域

本发明涉及一种测定不同湿度下水泥基材料中氧气扩散系数的方法和试验装置，属于土木工程材料性能测定技术领域。

背景技术

混凝土结构中钢筋的锈蚀是引起结构服役性能下降的最主要因素。在钢筋表面脱钝后，空气中的氧气通过混凝土向钢筋表面扩散，在不同湿度下混凝土中的氧气扩散系数直接决定了钢筋的锈蚀速率。因此，作为混凝土中钢筋锈蚀的必要条件之一，氧气在不同湿度下的混凝土中的扩散系数测定有着较为明确的科学和工程应用价值。然而，由于混凝土的孔隙率低，气体扩散系数小，国内外至今尚无有效测定混凝土中氧气扩散系数的试验装置。

目前，已有试验方法主要是针对混凝土水、气的渗透性的测定，亦即试验是在压力水或气体作用下进行的。如中国专利授权公告号CN1111737C，授权公告日是2003年6月18日，名称为“混凝土渗透性快速评价方法”，公开了一种利用氯离子扩散系数和混凝土电导率的值对混凝土的渗透性进行评价的方法；中国专利授权公告号CN102735592B，授权公告日是2014年4月2日，名称为“一种测量二氧化碳在岩石中扩散系数的装置”，通过测定二氧化碳压力的变化来测量二氧化碳在岩石中的扩散系数；中国专利授权公告号CN204924869U，授权公告日是2015年12月30日，名称为“水泥基材料渗透系数测定装置”，提供了一种在恒定水压力作用下对不同孔隙率的水泥基材料进行渗透性测试的装置介绍。但该试验方法所测定的结果是混凝土的水、气渗透系数，而非扩散系数。自然条件下在不同湿度下氧气由钢筋混凝土表面向钢筋表面的传输，其机理为氧气的扩散作用。因此，研发一种针对不同湿度下水泥基多孔材料的氧气扩散系数测定方法和试验装置对科学研究和工程应用都具有很重要的意义。

发明内容

为了克服现有水泥基结构中氧气扩散系数测定装置的不足，本发明以水泥基材料为试验对象，设计了一套可测量不同湿度下氧气在其中的扩散系数的方法及试验装置。

为了解决上述技术问题本发明提供如下的技术方案：

一种用于测定不同湿度下水泥基材料中氧气扩散系数的方法，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：