混凝土渗透性模型试验相似条件探讨.pdf

6 低温建筑技术 2 0 1 3年第 8 期( 总第 1 8 2 期) 混凝 土渗透性模 型试 验相似条件探讨 杨光 ( 黑龙江八一农垦大学工程学院 ， 黑龙江大庆1 6 3 3 1 9 ) 【 摘要】 结合当前混凝土渗透性试验方法中的不足， 基于达西定律及混凝土模型试件孔隙中的固 一 液界 面双电层， 在压力作用下产生的动电效应 ， 提出了方案中所采用的混凝土模型试件的物理参数， 并用量纲分析法 确定了模型制作的相似条件， 并给出主要相似系数。 【 关键词l 混凝土渗透性； 动电效应； 物理参数； 相似条件 【 中图分类号】 T U 5 0 3 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 0 6 0 3 DI S S CUS S oN S I M AI UTY CoNDmONS oF MoDE L TE S T oN P ERN AB I Y oF CoNCRET E YANG Gu a ng ( C o l l e g e o f E n g i n e e ri n g ，H e i l o n g j i a n g B a y i A g r i c u l t u r a l U n i v ， He i l o n g j a n g D a q i n g 1 6 3 3 1 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ，s h o r t c o mi n g i n me a s u ri n g me t h o d o f p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e wa s c o n s i d - e r e d P h y s i c a l p a r a me t e r s o n t h e s a mp l e we r e p r e s e n t e d b a s e d o n the Da r c y S l a w a n d e l e c t r o k i n e t i c e f f e c t wh i c h i S p r o d u c e d b y o f t h e p r e s s e d e l e c t ri c d o u b l e l a y e r o n t h e i n t e r f a c e b e t we e n t h e s o l i d i n the p o r e s o f c o n c r e t e s a mp l e ，a n d s i mi l a r i t y c o n d i t i o n s a n d i mp o r t a n t s i mi l a ri t y c o e f fi c i e n t s o f s a mp l e ma c h i ni ng we r e p r o v i d e d b y di me n s i o n a l a n a l y s i s Ke y wo r d s ： p e rm e a b i l i t y o f c o n c r e t e ； e l e c t r o k i n e t i c e ff e c t ； p h y s i c a l p a r a me t e r s ； s i mi l a rit y c o n d i t i o n s 混凝土材料是一种复杂的多孔材料， 是一种渗透 体， 混凝土的许多性能都与其孔隙体积、 孔隙结构和渗 透性有关。而导致结构抗力下降甚至破坏的耐久性 问题有表面磨蚀、 化学侵蚀、 钢筋锈蚀、 混凝土钝化等， 而这些问题都与混凝土的渗透性有着密切的关系 。 混凝土的渗透性是混凝土最根本的性质之一， 并且与 耐久性直接相关， 所以成为混凝土试验和研究中的一 项重要内容 。G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9我国， 普通混凝土 长期性能和耐久性能试验方法标准 采用的混凝土渗透 试验方法包括水压力试验法及抗氯化物渗透试验法， 其 中水压力法包括渗水高度法和逐级加压法 ； 抗氯化物渗 透试验法包括快速氯离子迁移系数法和电通量法。其 中渗水高度法计算渗透系数由于孑 L 隙率常采用估算值 而引入误差， 逐级加压法不适用于低渗透性混凝土， 而 且试验周期长， 效率低 ， 而快速氯离子迁移系数法和 电通量法试验所用电压为 6 0 V， 试验过程中会使混凝土 试件内部产生热量， 影响试验结果 J 。 文中结合现有试验方法中的不足， 拟采用缩尺模 型试件试验测量混凝土流动电势， 进而通过模型试件 的流动 电势推演原 型混凝 土流动 电势 ， 根据微 孑 L 道 的 流动电势对模型混凝土试件的渗透性做出评价。限于 试验方法还处于起步阶段， 所以文中着重探讨混凝土 渗透性模型试件的相似条件及相似常数。 1 相似三定理 f 。 一 1 1 相似第一定理 “ 对相似的现象， 其相似指标等于 1 0 ” 或“ 彼此相 似的现象， 单值条件相同， 其相似准则的数值相同。 ” 单值条件包括： 系统的几何特性、 物理参数、 系统的初 始状态 、 边界条件 等。 1 2 相似第二定理 某一现象各物理量之间的关 系方程式， 都可表示 为相似准数之间的函数关系。如“ 设一物理系统有 n 个物理量， 其中有 k个物理量的量纲是相互独立的， 那 么这 n 个物理量可表示成是相似准则 7 r 。 ， 7 r ， ， 仃 一 之间的函数关系。 ” 按此定理 ， 亦即： 咖( 仃 。 ， 丌 2 ， 仃 一 k )=0 ( I ) 此式称作准则关系式或 仃关系式 ， 把式中的相似 准则称作 仃项， 第二相似定理也称 仃定理。 7 r 定理是模 型设计理论基础。 基于 仃定理的量纲分析法应用非常 广泛。 1 3 相似第三定理 “ 对于两个 同一类物理现象 ， 如果它们 的定解 ( 单 杨光 ： 混凝 土渗透性模型试验相似条件探 讨 7 值) 条件相似， 而且由定解条件物理量所组成的相似 准数相等 ， 则 现象 必定相 似 。 ” 而定 解条 件包 括几何条 件( 或空间条件) 、 介质条件( 或物理条件 ) 、 边界条件 和起始条件( 或时间条件) 。 2相似条件探讨 考虑到水压力法试验周期长 ， 效率低； 电测方法电 压过大影响精度， 文中探索利用缩尺模型试件做实验。 2 1 模 型物理参数 合理选择模型物理参数有助于通过量纲分析法 确定模型的相似准数 ， 进而确定相似条件。试验拟采 用水压力加载， 电解液通过模型试件稳定流出时符合 D a r c y 定律的规定， 因此和 D a r c y 定律相关的物理参数 作为模型物理参数。孔隙中固 一液界面存在双电层， 双 电层 中的扩 散层 中存 在 净胜 电荷 会 随着 电解 液 移 动 在模 型试 件 两端 产生 电势差 ， 即发 生动 电效 应 产生 流动电势 。在室温条件下 ， 对 于一价离子的溶液 ， 一 般的溶液的离子浓度都大于 1 0 m o l L ， 这样用 D e - b y e长度计 算 双 电层 的厚 度最 大 为 l O n m 。对 于微 米级 的孔隙来说 ， 在模型缩尺 比例范 围内 ， 双 电层 的厚 度变化 是可 以忽 略不计 的 ， 这 样 D e b y e长度 公式 中的 温度及电解液的离子浓度可以不作为模型参数考虑， 即相当于温度和溶液浓度的相似常数为 1 。模型的孔 隙度会对渗透性产生一定影响， 一般来说孔隙度大， 渗 透率会 有所提高 ， 但是二者没有 明确关 系 ， 因为孔 隙中 的杂质含量对渗透率影响很大， 因此考虑孔隙度对模 型渗透性的适当影响及模型制作因素， 将粗、 细骨料的 粒径及 混凝土密度作为模 型物理参 数。 2 2量纲分析法 量 纲分析法的原理 指 的是 ： 根 据描 述 的物理过 程 物理量纲和谐原理 ， 寻求物理工程中各物理量之问的 关系而建立相似准数的方法 。这就是说应用量纲 分析法时， 弄清物理现象所包含的物理量所具有的量 纲就可以确定相似条件。 将模 型物理参数写成 一般形 式 ： D ， D f ， l ， A ， k ， P， Q， A P， 叩 )=0 ( 2 ) 式 中 ， D 为粗 骨料 粒 径 ； D 为 细骨 料粒 径 ； f 为长 度； A为混凝土模型斌件截面积； 为渗透率 p 为密度； Q为流量 ； A P为压强 ； 叼为粘性系数 。 用量纲分析法， 丌函数的一般形式为 ： 7 r=D D Z A k Q P 叼 ( 3 ) 根据各物理量的量纲写出量纲矩阵： 口 I 口 2 0 3 0 4口 5 6口 7口 8 0 9 D t D ( t A k P Q P q L ( 4 ) 模型参量个数 r b ：9 ， 基本量纲个数 k=3 ， 按仃定 理列 出 仃矩 阵 ： 1 0 0 0 0 0 ： 1 0 0 j O 1 O O 0 0 ： 1 0 0 l 0 0 1 0 0 0 ： 2 0 0 l 0 0 0 1 0 0 ： - 2 0 0 1 0 0 0 0 1 0 ： 4 1 2 1 0 0 0 0 0 1： l 一 1 1 ( 5 ) 所 得 相 似 准 致 力 ： D A k APl 仃 l 丁 2 亍 3 4 5 竹 丌6 。 相似准数构成的方程为： 咖 ( 竽 ，孚 ，争 ，寺 ， ， 。 根据相似第三定理 ， 由单值条件的物理量所组成 的相似准数相等， 故模型中的现象与原型中的现象相 似。 相似条件为 ： ，一 Df ro ： _ Dt p ， ( 7 )l l l m m Z p p 譬 ，譬： 冬 ， k p ( 8 ) z 一 l； z ； ： ( 9 ) p Q ：P p Q ： 丛：监 ( 1 0 ) P Q P Q 、 根据式( 7 )一( 1 0 ) 相似条件确定相似系数 l DI ，l 。 D l瑚 一 f P DL p Df p s = = 鲁 s = P m = S m S s 。 = s 糍 2 4 一 s 2 4 - 5 Js ) S =p , Q 1 p = s ( S fi ) 式 中， S 。 为长度相 似系数 ； JS 为质 量相 似 系数 ； s 为时间相似系数； s 为渗透率相似系数； s 。 为密度相 似 系数 ； s Q为 流量 相似 系数 ； S 为压 差相 似 系数 ； S 粘 忡 秦 舯 相 似 秦 舯 8 低温建筑技术 2 0 1 3年第 8 期( 总第 1 8 2 期) 拌合工艺对浇注式沥青混凝土 MA性能的影响 奚强 ， 张海威 ( 华南理工大学交通学院 广州 5 1 0 6 4 1 ) 【 摘要】 浇注式沥青混凝土 M A是在高温状态下进行拌合 ， 在拌合工程中受温度影响较大， 不同的工艺对 于 MA的成型也有着较大的影响。文中则从 G A拌合楼工艺生产 MA和 MA工艺生产 M A沥青混合料两种方法进 行研究 ， 并通过室内小梁试验和车辙试验， 进一步探求工艺对 MA性能的影响。 【 关键词】 浇注式沥青混凝土； G A拌合楼工艺； M A工艺 ； 小梁试验 【 中图分类号】 T U 5 2 8 4 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 0 8 0 3 浇注式沥青混凝土 MA是在高温状态下 ( 约 2 2 0 2 6 0 C) 进行拌合 ， 混合料摊铺时流动性大， 依靠 自 身的流动性摊铺成型， 无须碾压， 沥青、 矿粉含量较大， 空隙率小于 1 的一种特殊的沥青混合物。这种材料 基本上无空隙， 不透水， 耐侵蚀性好， 耐冻融循环能力 强 ， 是最为耐久的一种沥青混合物。但是由于拌合工 艺和拌合温度对 MA的性能影响较大。因此 ， 文中主 要是从拌合工艺及温度并利用常用的室内小梁弯曲 实验对浇注式沥青混凝土的性能进行研究。 1 试验材料 1 1 沥青 按照英国规范， 沥青选用普通沥青 A 7 O号与天然 湖沥青掺配而成的硬质沥青， 湖沥青掺量较高 ， 把 T L A 湖沥青和基质沥青按 7 ： 3混合后作为沥青胶结料。 表 1 A一 7 0基质沥青试验结果 试 验 项 目 A一 7 O沥青 试验方法( 邢 试验结果施工规范 E 2 0 2 0 1 1 ) 3结语 文中结合， G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性 能和耐久性能试验方法标准 采用的混凝土渗透性试验 方法的不足， 分析了模型物理参数的选择依据， 结果表 明， 在缩尺 比例范围 内， 孔隙尺寸 的变化对扩散层 厚度 的影响可以忽略不计 ， 因此， 与衡量扩散层厚度的D e b y e 长度有关的溶液浓度和温度的相似常数可以设为 1 ， 这 样使模型物理参数的个数确定为 9 个， 并用量纲分析法 确定了缩尺模型制作的相似条件及相似系数。 参考文献 1 盂振全， 吴振琏表面渗透性对混凝土耐久性的影响 J 防 渗技术， 1 9 9 7 ， 3 ( 4 )： 6 1 0 5 2 李晓东， 李固华混凝土渗透性和耐久性关系研究 J 四川 建筑科学研究 ， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 6 ) ： 2 2 0 2 2 2 3 赵铁军， 朱金铨， 冯乃谦高性能混凝土的强度与渗透性的关 系 J 工业建筑 ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 4 1 8 4 苏安双， 巴恒静， 叶金蕊， 等 混凝土渗透性测定方法比较与 选择 J 工业建筑。 2 0 0 6 ， 3 6 ( 9 ) ： 5 7 6 1 5 3 董必钦， 徐建芝 混凝土渗透性试验方法进展研究【 j 混凝 土 ， 2 O O 8 ， ( 1 ) ： 4 0 4 4 6 杨俊杰 相似理论与结构模型试验 M 武汉： 武汉理工大学 出版社 ， 2 0 0 5 7 湖南大学 太原工业大学， 等 建筑结构试验 M 北京： 中 国建筑工业 出版社 。 2 0 0 4 8 F D M o r g a n ， E R Wi l l i a m s 。 T R M a d d e n S t r e a m i n g p o t e n t i a l p m p e a t i e s W e s t e r l y g r a n i t e w i t h a p p l i c a t i o n s J 】 J I G e o p h y R e s ，1 9 8 9 ， 9 4 ( 1 2 ) ： 4 4 91 2 4 6 1 9 s R P r i d e G o v e rn i n g e q u a t i o n s f o r t h e c o u p l e d e | e c t r o m a g n e t i c s a n d a c o u s t i c s o f p o r o u s m e d i a J P h y s i c a l R e v i e w B ， 1 9 9 4 ， 5 0 ( 2 1 ) ： 1 5 6 7 81 5 6 9 6 1 O 单福凯 复杂流体中液 一 固界面的双电层 D 上海： 复旦大 学 ， 2 O 0 0 1 1 郭月哲， 童申家 钢管混凝土拱桥试验模型相似理论研究 J 工程抗震与加固改造， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 3 ) ： 3 4 3 9 收稿 日 期】 2 0 1 3 0 6 1 4 【 作者简介 杨光( 1 9 7 8 一) ， 男， 黑龙江五常人， 讲师， 硕士 研究生 ， 从事混凝土结构教学与研究工作 。