1范圍
本文件規(guī)定了混凝土氣體滲透性能測試方法的測試原理、設(shè)備及要求、試件制作及測試過程、結(jié)果計算及處理、測試報告。
本文件適用于混凝土氣體滲透性能的測試。
2規(guī)范性引用文件
下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(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)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)
3術(shù)語和定義
下列術(shù)語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)動壓力無窮大、不考慮氣體流動邊界滑移效應(yīng)條件下，可壓縮理想氣體在孔隙介質(zhì)中的滲透能力。
4測試原理
本文件中混凝土氣體滲透試驗方法的基本原理是Hagen-Poiseuille(HP)方程：
G=(a3π/64RT)[πum+(dPm/2μ)(ΔP/L)
式中：
G——氣體的摩爾流速，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——絕對溫度，單位為開爾文(K);
um——氣體分子平均速率，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——氣體的粘度系數(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)管長度，單位為米(m)。
Hagen-Poiseuille(HP)方程表示氣體分子整體流動和壓力對氣體滲透系數(shù)的貢獻，主要原理是在密封容器中，通過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)計透過混凝土試件的氣體流量，并計算得到混凝土滲透系數(shù)，以此來表征混凝土的抗氣體滲透性能?；炷翚怏w滲透性能等級劃分參見附錄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度限值為±1℃,最高工作溫度不應(yīng)小于150℃。
氣體滲透測試設(shè)備(圖1)包括氣路系統(tǒng)和氣體滲透單元：
a)高壓氮氣瓶工作壓力不應(yīng)低于2MPa;
b)壓力表最大量程不應(yīng)小于1 MPa,精度1 kPa;
c)氣體流量計量程宜為0.1mL/min～200 mL/min,精度±0.5%。
標(biāo)引序號說明：
1——供氣瓶；2——控制系統(tǒng)；3——壓力顯示表；4——圍壓進氣口；5——試件；6——流量計；7——試件夾具。
圖1氣體滲透測試設(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試件制作及測試過程
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塊用于測試，剩余3塊備測；
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)護室進行養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度及濕度符合GB/T 50081的規(guī)定；
c)試樣養(yǎng)護齡期宜為28d。達到齡期后應(yīng)先切除掉圓柱體試樣的兩個端面，切除面距離端面長度應(yīng)不小于10mm,再從切除端面的圓柱體上切取3個高度為(50±2)mm的圓柱體作為測試用試件；
d)現(xiàn)場取芯試件制備。現(xiàn)場取芯試樣長度不宜小于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)護室進行養(yǎng)護，待齡期滿足要求后再制備測試用試件；
e)測試試件的兩個端面應(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)℃、相對濕度(60±5)%環(huán)境中備測，并在(24±3)h內(nèi)完成測試。
6.2測試過程
氣體滲透性能測試應(yīng)在(20±2)℃、相對濕度(60±5)%且無氣流環(huán)境下進行。按下列步驟進行：
a)測試前應(yīng)測量并記錄測試環(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后開始測量，每隔5min用氣體流量計測量滲透單元出氣嘴的氣體流量，并以連續(xù)兩次測量之差小于測量值的3%時的氣體流量作為測量結(jié)果；
e)調(diào)節(jié)底板氣路壓力，并按照6.2d)的規(guī)定分別測量氣路壓力恒定為0.20MPa、0.30MPa、0.40MPa時滲透單元出氣嘴的氣體流量。
7結(jié)果計算及處理
7.1表觀氣體滲透系數(shù)
表觀氣體滲透系數(shù)按式(2)計算：
Ki=（8×μ×L×Qi×Patm）/〔π×D2×（Pi2-Patm2）
式中：
Ki——某個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——測試條件下的實測大氣壓力，單位為帕斯卡(Pa),精確至1000 Pa;
L——實測試件厚度，單位為米(m);
μ——氮氣動態(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——試件直徑實測值，單位為米(m);
Pi——滲透單元進氣嘴絕對壓力，單位為帕斯卡(Pa),分別應(yīng)為對應(yīng)氣路壓力下的實測氣壓值，精確至1000 Pa。
7.2本征氣體滲透系數(shù)
按照式(2)計算混凝土試件在四個壓力水平下的表觀氣體滲透系數(shù)，并按GB 36900.2的規(guī)定對不同壓力下的1/Pm與對應(yīng)的表觀氣體滲透系數(shù)K;按式(3)進行線性回歸：
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)以三個試件測試結(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)平均值作為試驗結(jié)果；當(dāng)最大值和最小值與中間值之差均超過中間值的15%時，結(jié)果無效，應(yīng)重新取樣實驗。
8測試報告
測試報告中包括以下內(nèi)容：
a)混凝土試件配合比、成型及試驗日期。
b)試件數(shù)量及編號。
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)。
