1范圍

本文件規(guī)定了混凝土氣體滲透性能測(cè)試方法的測(cè)試原理、設(shè)備及要求、試件制作及測(cè)試過(guò)程、結(jié)果計(jì)算及處理、測(cè)試報(bào)告。

本文件適用于混凝土氣體滲透性能的測(cè)試。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

GB 36900.2低、中水平放射性廢物高完整性容器—混凝土容器

GB/T 50081混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1表觀氣體滲透系數(shù)coefficient of apparent gas permeability

在特定外加壓力驅(qū)動(dòng)下，可壓縮理想氣體在孔隙介質(zhì)中的滲透能力。

3.2本征氣體滲透系數(shù)coefficient of intrinsic gas permeability

在外加驅(qū)動(dòng)壓力無(wú)窮大、不考慮氣體流動(dòng)邊界滑移效應(yīng)條件下，可壓縮理想氣體在孔隙介質(zhì)中的滲透能力。

4測(cè)試原理

本文件中混凝土氣體滲透試驗(yàn)方法的基本原理是Hagen-Poiseuille(HP)方程：

G=(a3π/64RT)[πum+(dPm/2μ)(ΔP/L)

式中：

G——?dú)怏w的摩爾流速，單位為摩爾每秒(mol/s);

d——毛細(xì)孔直徑，單位為米(m);

R——理想氣體常數(shù)，單位為焦耳每摩爾開爾文[J/(mol·K)];

T——絕對(duì)溫度，單位為開爾文(K);

um——?dú)怏w分子平均速率，單位為米每秒(m/s);

Pm——毛細(xì)管兩端的平均壓力，單位為帕斯卡(Pa);

μ——?dú)怏w的粘度系數(shù)，單位為帕斯卡秒(Pa·s);

ΔP——毛細(xì)管兩端的壓力差，單位為帕斯卡(Pa);

L——毛細(xì)管長(zhǎng)度，單位為米(m)。

Hagen-Poiseuille(HP)方程表示氣體分子整體流動(dòng)和壓力對(duì)氣體滲透系數(shù)的貢獻(xiàn)，主要原理是在密封容器中，通過(guò)恒定壓力梯度的作用使氣體在混凝土試件中形成穩(wěn)定氣流，統(tǒng)計(jì)透過(guò)混凝土試件的氣體流量，并計(jì)算得到混凝土滲透系數(shù)，以此來(lái)表征混凝土的抗氣體滲透性能?；炷翚怏w滲透性能等級(jí)劃分參見附錄A。

5設(shè)備及要求

5.1真空干燥器

真空干燥器由真空干燥箱及真空泵組成，真空干燥箱應(yīng)至少能夠容納3個(gè)試件。

a)真空干燥箱真空度不應(yīng)大于133 Pa。

b)真空干燥箱溫度波動(dòng)度限值為±1℃,最高工作溫度不應(yīng)小于150℃。

5.2TDJC2758-3型全自動(dòng)混凝土氣體滲透性能測(cè)試儀

氣體滲透測(cè)試設(shè)備(圖1)包括氣路系統(tǒng)和氣體滲透單元：

a)高壓氮?dú)馄抗ぷ鲏毫Σ粦?yīng)低于2MPa;

b)壓力表最大量程不應(yīng)小于1 MPa,精度1 kPa;

c)氣體流量計(jì)量程宜為0.1mL/min～200 mL/min,精度±0.5%。

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1——供氣瓶；2——控制系統(tǒng)；3——壓力顯示表；4——圍壓進(jìn)氣口；5——試件；6——流量計(jì)；7——試件夾具。

圖1氣體滲透測(cè)試設(shè)備

5.3天平

量程不應(yīng)小于3000g,感量0.01g。

5.4游標(biāo)卡尺

分度值0.1mm。

5.5鋼板尺

量程不小于20 cm,精度1mm。

6試件制作及測(cè)試過(guò)程

6.1試件制作

試件制作應(yīng)符合下列規(guī)定：

a)氣體滲透測(cè)試試件采用直徑為(150±1)mm、高度為(50±2)mm的圓柱體，每組試件數(shù)量為6塊，其中3塊用于測(cè)試，剩余3塊備測(cè)；

b)宜使用φ150mm×200mm的試模制作試樣。試樣成型后應(yīng)立即用塑料薄膜覆蓋并移至標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，并在(24±2)h內(nèi)拆模，拆模后應(yīng)立即將試樣送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度及濕度符合GB/T 50081的規(guī)定；

c)試樣養(yǎng)護(hù)齡期宜為28d。達(dá)到齡期后應(yīng)先切除掉圓柱體試樣的兩個(gè)端面，切除面距離端面長(zhǎng)度應(yīng)不小于10mm,再?gòu)那谐嗣娴膱A柱體上切取3個(gè)高度為(50±2)mm的圓柱體作為測(cè)試用試件；

d)現(xiàn)場(chǎng)取芯試件制備?，F(xiàn)場(chǎng)取芯試樣長(zhǎng)度不宜小于200mm,并按照6.1c)的規(guī)定制作試件。齡期不足的取芯試樣應(yīng)送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待齡期滿足要求后再制備測(cè)試用試件；

e)測(cè)試試件的兩個(gè)端面應(yīng)保證平整光滑，側(cè)面宜采用環(huán)氧樹脂密封。將加工密封好的試件水平放入真空干燥箱中，并在(5000±500)Pa恒壓和(60±5)℃條件下烘干至恒重(連續(xù)兩次12h間隔質(zhì)量變化率不大于0.001%,精確至0.01g)。烘干結(jié)束后，將試件移入(20±2)℃、相對(duì)濕度(60±5)%環(huán)境中備測(cè)，并在(24±3)h內(nèi)完成測(cè)試。

6.2測(cè)試過(guò)程

氣體滲透性能測(cè)試應(yīng)在(20±2)℃、相對(duì)濕度(60±5)%且無(wú)氣流環(huán)境下進(jìn)行。按下列步驟進(jìn)行：

a)測(cè)試前應(yīng)測(cè)量并記錄測(cè)試環(huán)境下大氣壓力值Pam(精確至1000Pa)、試件厚度L(精確至0.1mm)和直徑D(精確至1mm);

b)測(cè)試設(shè)備連接準(zhǔn)備好以后，將處理好的試件裝入橡膠囊及兩片PVC圓墊板之間。然后蓋好頂板，并擰緊頂板螺栓，使氣體滲透單元處于密閉狀態(tài)；

c)打開橡膠囊氣路開關(guān)，并調(diào)節(jié)橡膠囊氣壓恒定為(0.80±0.02)MPa;

d)打開底板氣路開關(guān)，確保測(cè)試裝置的氣密性，并調(diào)節(jié)底板氣路壓力恒定為(0.15±0.02)MPa。在壓力恒定30min后開始測(cè)量，每隔5min用氣體流量計(jì)測(cè)量滲透單元出氣嘴的氣體流量，并以連續(xù)兩次測(cè)量之差小于測(cè)量值的3%時(shí)的氣體流量作為測(cè)量結(jié)果；

e)調(diào)節(jié)底板氣路壓力，并按照6.2d)的規(guī)定分別測(cè)量氣路壓力恒定為0.20MPa、0.30MPa、0.40MPa時(shí)滲透單元出氣嘴的氣體流量。

7結(jié)果計(jì)算及處理

7.1表觀氣體滲透系數(shù)

表觀氣體滲透系數(shù)按式(2)計(jì)算：

Ki=（8×μ×L×Qi×Patm）/〔π×D2×（Pi2-Patm2）

式中：

Ki——某個(gè)氣路壓力水平下的混凝土表觀氣體滲透系數(shù)，單位為平方米(m2),精確至0.1×10-18m2;

Patm——測(cè)試條件下的實(shí)測(cè)大氣壓力，單位為帕斯卡(Pa),精確至1000 Pa;

L——實(shí)測(cè)試件厚度，單位為米(m);

μ——氮?dú)鈩?dòng)態(tài)粘度系數(shù)，單位為帕斯卡秒(Pa·s),取1.76×10?Pa·s;

Qi——在某個(gè)氣路壓力水平下滲透單元出氣嘴的穩(wěn)定氣體體積流量，單位為立方米每秒(m3/s);

D——試件直徑實(shí)測(cè)值，單位為米(m);

Pi——滲透單元進(jìn)氣嘴絕對(duì)壓力，單位為帕斯卡(Pa),分別應(yīng)為對(duì)應(yīng)氣路壓力下的實(shí)測(cè)氣壓值，精確至1000 Pa。

7.2本征氣體滲透系數(shù)

按照式(2)計(jì)算混凝土試件在四個(gè)壓力水平下的表觀氣體滲透系數(shù)，并按GB 36900.2的規(guī)定對(duì)不同壓力下的1/Pm與對(duì)應(yīng)的表觀氣體滲透系數(shù)K;按式(3)進(jìn)行線性回歸：

Kv=Ki-b/Pm

式中：

Kv——混凝土試件的本征氣體滲透系數(shù)，單位為平方米(m2),精確至0.1×101?m;

Pm——滲透單元進(jìn)氣嘴和出氣嘴的平均壓力，單位為帕斯卡(Pa),等于(Patm+P)/2。

7.3測(cè)試結(jié)果處理

每組混凝土試件的本征氣體滲透系數(shù)應(yīng)以三個(gè)試件測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值表示。當(dāng)最大值或最小值與中間值之差超過(guò)中間值的15%,應(yīng)剔除此值，并取其余兩值的算術(shù)平均值作為試驗(yàn)結(jié)果；當(dāng)最大值和最小值與中間值之差均超過(guò)中間值的15%時(shí)，結(jié)果無(wú)效，應(yīng)重新取樣實(shí)驗(yàn)。

8測(cè)試報(bào)告

測(cè)試報(bào)告中包括以下內(nèi)容：

a)混凝土試件配合比、成型及試驗(yàn)日期。

b)試件數(shù)量及編號(hào)。

c)環(huán)境條件。

d)試件厚度、直徑及試件干燥前后的質(zhì)量。

e)試件的本征氣體滲透系數(shù)及不同壓力水平下的表觀氣體滲透系數(shù)。