[发明专利]一种混凝土及其表面覆膜涂层材料的气体渗透率测量方法

权利要求书

1.一种混凝土及其表面覆膜涂层材料的气体渗透率测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：试块夹持安装：在夹持装置外壳内放入工字型密封橡胶套筒，将上端头压紧工字型密封胶套上端唇边，上端头与唇边接触处内嵌压环，进行二次密封；用上锁紧螺纹套筒将上端头与外套管上端旋紧，保证加持装置上端密封；岩芯室内放入混凝土表面覆膜涂层标准试块；将密封套橡胶筒带有内嵌橡胶压环部分压紧工字型密封橡胶套筒唇边，旋紧下锁紧螺纹筒，最后将下端头下旋，至试块，即顶紧试块时，加持装置下端密封完成；

S2：测量系统工作流程：将真空泵连接夹持装置围压进气口，使夹持装置外壳与密封橡皮胶套筒之间变成负压，轻松将标准试块送入夹持装置，按照上述步骤S1，将试块安装完毕；卸下真空泵后直接连接围压氮气罐，再将测试压氦气罐接口与夹持装置进气口连接；打开数据采集仪，查看流量计、流量控制器及压力传感器等初始状态；

S3：调整进口压力：首先打开围压氮气罐减压阀加围压，围压压力范围为：0.2MPa～2.0MPa；打开测试压氦气罐减压阀，调整测试压力大小，要求围压是测试压的1.2～2.5倍；

S4：稳定出口流量：系统正常工作后，观察测试压进气口与测试压出气口处流量计的值，当二者显示值稳定后，其值在不确定度范围内，保持一致，则系统达到平衡，记录下测试压进气口处的压力传感器值，即为试块上表面受到的稳定的压力值P₁(Pa)；操作过程中，可调整测试压进气口气压与围压的比例关系，以缩短平衡时间，减小标准试块测量周期，提高工作效率；

S5：重复调整压差：通过改变进气口压力目标值大小，重复步骤S3、步骤S4，获取多组不同压差条件下的稳定状态的出口气体流量；分别记录每一组压差条件对应的出口气体流量，当测试记录组数不小于三组后，可停止压差调整完成渗透率测试；

S6：最佳估值计算：根据不小于三组的渗透率测试结果，按照公式(2-4)、公式(2-5)代入多组压力、流量测量值，采用最小二乘法对k'_m进行最佳估值计算，当公式(2-5)取最小值时k'_m有最佳估值，再按照关系式(2-3)和公式(2-4)可以计算出混凝土材料渗透率k_c和覆膜涂层材料渗透率k_m：所述混凝土材料是一种典型的孔隙介质材料，其气体渗透性主要表现为多孔材料的达西渗流作用，根据达西定律可以推导出试块混凝土材料部分的气体渗透率k_c(m²)为：

表面覆膜材料是一种典型的薄膜材料，其气体渗透性主要表现为气相物质相对致密薄膜的扩散作用，根据菲克定律可以推导出试块表面覆膜材料部分的气体渗透率k_m(m²/Pa·s)为：

综合公式(2-1)(2-1)，计A＝πr²，可以得到k_c和k'_m＝1/k_m的关系式(2-3)：

根据关系式(2-3)在上表面压力P₁分别为P₁₍₁₎、P₁₍₂₎条件下,对混凝土表面覆膜试块进行气体渗透率测量，气体流量Q分别为Q₍₁₎、Q₍₂₎，有关于k'_m的一元三次方程f_(1),(2)(k'_m)＝0：

通过多次测量获取多组f_(i),(j)(k'_m)，采用最小二乘法计算k'_m的最佳估值，使k'_m满足公式(2-5)取最小值：

min∑f_(i)，(j)(k′_m)² (2-5)

根据k'_m的最佳估计值，由关系式(2-3)和公式(2-4)可以计算出混凝土材料渗透率k_c和覆膜涂层材料渗透率k_m。