1范围
本文件规定了混凝土气体渗透性能测试方法的测试原理、设备及要求、试件制作及测试过程、结果计算及处理、测试报告。
本文件适用于混凝土气体渗透性能的测试。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 36900.2低、中水平放射性废物高完整性容器—混凝土容器
GB/T 50081混凝土物理力学性能试验方法标准
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1表观气体渗透系数coefficient of apparent gas permeability
在特定外加压力驱动下，可压缩理想气体在孔隙介质中的渗透能力。
3.2本征气体渗透系数coefficient of intrinsic gas permeability
在外加驱动压力无穷大、不考虑气体流动边界滑移效应条件下，可压缩理想气体在孔隙介质中的渗透能力。
4测试原理
本文件中混凝土气体渗透试验方法的基本原理是Hagen-Poiseuille(HP)方程：
G=(a³π/64RT)[πum+(dPm/2μ)(ΔP/L)
式中：
G——气体的摩尔流速，单位为摩尔每秒(mol/s);
d——毛细孔直径，单位为米(m);
R——理想气体常数，单位为焦耳每摩尔开尔文[J/(mol·K)];
T——绝对温度，单位为开尔文(K);
um——气体分子平均速率，单位为米每秒(m/s);
Pm——毛细管两端的平均压力，单位为帕斯卡(Pa);
μ——气体的粘度系数，单位为帕斯卡秒(Pa·s);
ΔP——毛细管两端的压力差，单位为帕斯卡(Pa);
L——毛细管长度，单位为米(m)。
Hagen-Poiseuille(HP)方程表示气体分子整体流动和压力对气体渗透系数的贡献，主要原理是在密封容器中，通过恒定压力梯度的作用使气体在混凝土试件中形成稳定气流，统计透过混凝土试件的气体流量，并计算得到混凝土渗透系数，以此来表征混凝土的抗气体渗透性能。混凝土气体渗透性能等级划分参见附录A。
5设备及要求
5.1真空干燥器
真空干燥器由真空干燥箱及真空泵组成，真空干燥箱应至少能够容纳3个试件。
a)真空干燥箱真空度不应大于133 Pa。
b)真空干燥箱温度波动度限值为±1℃,最高工作温度不应小于150℃。
气体渗透测试设备(图1)包括气路系统和气体渗透单元：
a)高压氮气瓶工作压力不应低于2MPa;
b)压力表最大量程不应小于1 MPa,精度1 kPa;
c)气体流量计量程宜为0.1mL/min～200 mL/min,精度±0.5%。
标引序号说明：
1——供气瓶；2——控制系统；3——压力显示表；4——围压进气口；5——试件；6——流量计；7——试件夹具。
图1气体渗透测试设备
5.3天平
量程不应小于3000g,感量0.01g。
5.4游标卡尺
分度值0.1mm。
5.5钢板尺
量程不小于20 cm,精度1mm。
6试件制作及测试过程
6.1试件制作
试件制作应符合下列规定：
a)气体渗透测试试件采用直径为(150±1)mm、高度为(50±2)mm的圆柱体，每组试件数量为6块，其中3块用于测试，剩余3块备测；
b)宜使用φ150mm×200mm的试模制作试样。试样成型后应立即用塑料薄膜覆盖并移至标准养护室，并在(24±2)h内拆模，拆模后应立即将试样送入标准养护室进行养护，养护温度及湿度符合GB/T 50081的规定；
c)试样养护龄期宜为28d。达到龄期后应先切除掉圆柱体试样的两个端面，切除面距离端面长度应不小于10mm,再从切除端面的圆柱体上切取3个高度为(50±2)mm的圆柱体作为测试用试件；
d)现场取芯试件制备。现场取芯试样长度不宜小于200mm,并按照6.1c)的规定制作试件。龄期不足的取芯试样应送入标准养护室进行养护，待龄期满足要求后再制备测试用试件；
e)测试试件的两个端面应保证平整光滑，侧面宜采用环氧树脂密封。将加工密封好的试件水平放入真空干燥箱中，并在(5000±500)Pa恒压和(60±5)℃条件下烘干至恒重(连续两次12h间隔质量变化率不大于0.001%,精确至0.01g)。烘干结束后，将试件移入(20±2)℃、相对湿度(60±5)%环境中备测，并在(24±3)h内完成测试。
6.2测试过程
气体渗透性能测试应在(20±2)℃、相对湿度(60±5)%且无气流环境下进行。按下列步骤进行：
a)测试前应测量并记录测试环境下大气压力值Pam(精确至1000Pa)、试件厚度L(精确至0.1mm)和直径D(精确至1mm);
b)测试设备连接准备好以后，将处理好的试件装入橡胶囊及两片PVC圆垫板之间。然后盖好顶板，并拧紧顶板螺栓，使气体渗透单元处于密闭状态；
c)打开橡胶囊气路开关，并调节橡胶囊气压恒定为(0.80±0.02)MPa;
d)打开底板气路开关，确保测试装置的气密性，并调节底板气路压力恒定为(0.15±0.02)MPa。在压力恒定30min后开始测量，每隔5min用气体流量计测量渗透单元出气嘴的气体流量，并以连续两次测量之差小于测量值的3%时的气体流量作为测量结果；
e)调节底板气路压力，并按照6.2d)的规定分别测量气路压力恒定为0.20MPa、0.30MPa、0.40MPa时渗透单元出气嘴的气体流量。
7结果计算及处理
7.1表观气体渗透系数
表观气体渗透系数按式(2)计算：
Ki=（8×μ×L×Qi×Patm）/〔π×D²×（Pi²-Patm²）
式中：
Ki——某个气路压力水平下的混凝土表观气体渗透系数，单位为平方米(m²),精确至0.1×10-18m²;
Patm——测试条件下的实测大气压力，单位为帕斯卡(Pa),精确至1000 Pa;
L——实测试件厚度，单位为米(m);
μ——氮气动态粘度系数，单位为帕斯卡秒(Pa·s),取1.76×10⁵Pa·s;
Qi——在某个气路压力水平下渗透单元出气嘴的稳定气体体积流量，单位为立方米每秒(m³/s);
D——试件直径实测值，单位为米(m);
Pi——渗透单元进气嘴绝对压力，单位为帕斯卡(Pa),分别应为对应气路压力下的实测气压值，精确至1000 Pa。
7.2本征气体渗透系数
按照式(2)计算混凝土试件在四个压力水平下的表观气体渗透系数，并按GB 36900.2的规定对不同压力下的1/Pm与对应的表观气体渗透系数K;按式(3)进行线性回归：
Kv=Ki-b/Pm
式中：
Kv——混凝土试件的本征气体渗透系数，单位为平方米(m²),精确至0.1×10¹⁸m;
Pm——渗透单元进气嘴和出气嘴的平均压力，单位为帕斯卡(Pa),等于(Patm+P)/2。
7.3测试结果处理
每组混凝土试件的本征气体渗透系数应以三个试件测试结果的算术平均值表示。当最大值或最小值与中间值之差超过中间值的15%,应剔除此值，并取其余两值的算术平均值作为试验结果；当最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的15%时，结果无效，应重新取样实验。
8测试报告
测试报告中包括以下内容：
a)混凝土试件配合比、成型及试验日期。
b)试件数量及编号。
c)环境条件。
d)试件厚度、直径及试件干燥前后的质量。
e)试件的本征气体渗透系数及不同压力水平下的表观气体渗透系数。
