CN116930051A - 可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置及方法。属于土木工程技术领域；包括可拆卸的试验箱和底座、压力单元、校准组件、反力架、温控系统、海水浓度检测报警系统。底座内设排水通道与试验箱相连，试验箱内放置试件及试验溶液，试件经封蜡及环氧树脂涂层分别处理后按序放入试验箱再处理从而达到控制氯离子单面侵蚀的目的。压力单元与加载部分通过反力架连接，温控系统置于各试件连接部分，外接温度控制器模拟实际工况中海水温度变化，海水浓度检测报警系统置于加载板之上监测海水浓度变化。本发明可进行多种荷载、温湿度耦合作用下氯离子单面侵蚀情况的联合试验，有助于研究实际工况中钢筋混凝土的锈蚀问题。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及了一种可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置及方法，具体的，是涉及了一种可实现多种荷载、温湿度耦合作用下单面氯离子侵蚀的试验装置及方法。
背景技术
我国海岸线漫长，海洋资源丰富，近年来，随着沿海地区经济的发展、海洋自然资源的开发，南海岛礁建设，跨海湾大桥、石油钻井平台、岛礁基础设施等海上混凝土结构广泛出现。而海洋开发建设中混凝土是不可或缺的主体材料，但受环境影响，海水对混凝土结构的侵蚀是一个复杂的过程。在水分和氧气的共同作用下，氯离子传输渗透至钢筋表面，达到阈值时，会引起钢筋电化学腐蚀，导致结构失效破坏。同时荷载作用会导致混凝土裂缝的产生不可避免，而裂缝的出现也会加快内部钢筋的锈蚀。据统计，海洋工程混凝土结构投入使用5-10年，内部钢筋就会产生锈蚀。钢筋锈蚀不仅会给工程带来安全隐患，而且还大大增加了维护成本，严重阻碍了混凝土的长期使用和推广应用。因此，研究多种荷载、温湿度耦合作用下钢筋混凝土的锈蚀状况具有重要意义。
现有技术中，模拟海洋环境的自动化装置很多，有的考虑了荷载情况，有的考虑温度，有的考虑湿度等，但是没有考虑多种影响因素耦合作用，试验的变量因素过少，可能导致试验结果与实际工况差异过大，不符合预期要求。同时，在采用压力设备对试样施加恒定的压力模拟持续荷载情况时，试件表面或有粗糙颗粒，导致无法均匀受力，难以保证试验结果的准确性。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提出了一种可实现多种荷载、温湿度耦合作用下单面氯离子侵蚀的试验装置，该试验装置能够根据试验要求分别组装；本发明的第二目的是提出一种控制钢筋混凝土试块保证单面侵蚀及均匀受力的试验方法。
本发明的技术方案是：本发明所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置及，包括可拆卸的试验箱(2)和底座(1)，所述试验箱(2)安置在底座(1)的上壁处；
在所述底座(1)的上壁上、所述试验箱(2)的两侧分别安置有两个反力架(3)；
在两个所述反力架(3)上均布开设有若干个螺栓孔，在相互靠近的两排螺栓孔之间均安置有钢板(8)；
在两个所述反力架(3)之间、所述试验箱(2)的上侧安置有压力单元，
所述压力单元的上端与两个反力架(3)可拆卸式连接，所述压力单元的下端与试验箱(2)活动连接。
进一步的，所述压力单元包括上端的连接装置，在所述连接装置的上下端相适配的安置有两块可拆卸的连接板(5)，在所述连接板(5)的四角上贯穿开设有连接杆孔，在所述连接杆孔中穿设有四根用于固定连接板(5)与连接装置的连接杆(4)；
在所述连接装置的两端开设有若干个与螺栓孔相适配的螺孔，在所述螺栓孔相适配的螺孔中安置有用于连接两个反力架(3)与连接装置的螺栓(9)，且上排安置的至少两个螺栓(9)与下排安置的至少两个螺栓(9)分隔在所述钢板(8)的上下端。
进一步的，在所述连接装置的下端安置有作动器(6)，在所述作动器(6)的下端从上往下安置有加载板一(7)、加载垫块(16)及加载板二(17)；
在所述作动器(6)与加载板(7)之间安置有压力传感器(10)；
所述压力传感器(10)通过有线线路连接在安置的加载智能控制系统(15)上，在所述加载智能控制系统(15)的另一端通过有线线路连接在监控总机上。
进一步的，所述作动器(6)通过安置的两根有线线路连接在加载智能控制系统(15)上。
进一步的，在所述试验箱(2)的内部、所述加载板二(17)的下端安置有试件；
在所述加载板二(17)两端的上壁上分别安置有U型钢筋(11)，在其中一侧U型钢筋(11)的外侧安置有海水浓度检测报警器(12)，所述海水浓度检测报警器(12)通过安置的导线一(18)连接在试验箱(2)的底壁上。
进一步的，在所述底座(1)的上壁上、所述试验箱(2)的外侧安置有温度显示器(13)，
所述温度显示器(13)安置于底座(1)的上方，在其内部连接有温控智能膜(22)；
所述试件分为上中下三层，所述试件的上层上、所述上层与中层之间为水泥砂浆找平层(20)，
其中层与下层之间为水泥浆结合层(21)，
在所述水泥砂浆找平层(20)及水泥浆结合层(21)与三层试件之间均安置有温控智能膜(22)；
三层所述温控智能膜(22)分别通过连接的导线二(19)共同连接在温度显示器(13)上；
在所述试验箱(2)的底壁上还安置有深水式水泵(14)。
进一步的，在三层所述试件的内部均贯穿有两根钢筋(23)，两根钢筋(23)的两端均穿出三层试件的两端；
所述试件的前后两壁面均为受侵蚀面(24)，其上下两壁面均为环氧树脂涂层面(25)，其左右两壁面均为封蜡面(26)。
进一步的，在所述底座(1)的内部安置有两条排水通道(31)，两条所述排水通道(31)的一端均与试验箱(2)的内腔相连，在其中一条排水通道(31)的另一端开设有进水口(29)，在另一条排水通道(31)的另一端开设有出水口(30)，
所述进水口(29)与出水口(30)通过安置在两条排水通道(31)内部的导管(28)分别与安置的水箱(27)相连；
在两条所述排水通道(31)上均安置有若干个安全扣(32)。
进一步的，所述试验箱(2)材质为不锈钢材质；
所述反力架(3)为工字钢组焊而成；
所述反力架(3)之间连接的螺栓(9)采用M24，开设的螺孔的孔径均大于螺栓2mm，且根据试验要求插入螺栓(9)调整高度；
所述加载板一(7)、加载垫块(16)及加载板二(17)均为30厚钢板，加载垫块(16)可根据试件数量及位置放置。
进一步的，一种可实现多种荷载、温湿度耦合作用下单面氯离子侵蚀的试验装置的试验方法，其具体操作步骤如下：
(1)、将底座(1)、试验箱(2)和反力架(3)固定完成后，安装压力单元，利用校准组件对中校平；
(2)、处理所用试件，以钢筋混凝土试块为例；针对氯离子单面侵蚀试验条件，先选定受侵蚀面(24)，再根据其他面所处位置分别处理；两侧面采用封蜡面(26)，贴合试块，其余两面为环氧树脂涂层面(25)；
(3)、根据试验需求，将所需试件依次分层放入试验箱(2)，第一层试块放置完毕后，平铺温控智能膜(22)，外接温度显示器(13)，根据实际工况温度规律或研究的需要，通过温控智能膜(22)设定升温时间参数和降温时间参数；
(4)、温控智能膜(22)铺设完成后，按照1：0.5的比例配制水泥浆涂刷在膜上形成结合层，；涂刷完水泥浆后，铺水泥砂浆，水泥砂浆配合比为水泥：砂＝1：2，搅拌均匀；满铺水泥砂浆后用长木杠拍实搓平；
(5)、第一层找平后，再次覆盖温控智能膜(22)，再次砂浆找平，重复此步骤，直至最后一层找平后，用30厚不锈钢板覆盖，利用校准组件校平；
(6)、根据试件数量及位置放置加载垫块，放置完成后再次用30厚不锈钢板覆盖；同时组装海水浓度检测报警器(12)，海水浓度检测报警器(12)置于不锈钢板上方，相应导线置于试验箱(2)内，并利用深水式水泵(14)均匀试验箱(2)内溶液浓度，及时分层监测；
(7)、安装作动器(6)，调整合适试验高度及位置并校准，利用智能显示系统控制荷载变化；
(8)、注入试验溶液至所需位置，打开上述控制器开关，实时记录试验条件变化，并根据试验情况循环控制系统自动实现工作时间间隔并及时更正，最大程度模拟实际工况。
本发明的有益效果是：本发明在测试氯离子单面侵蚀情况时，有效避免试件无法均匀受力，同时可以采用多种荷载，改变温度等试验条件，并及时检测海水浓度，最大程度模拟实际工况，进一步保证试验结果的准确性，有助于解决海洋环境中钢筋混凝土的长期使用和推广应用问题。
附图说明：
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的正面剖视图；
图3是本发明的试验箱内放置试件的方法示意图；
图4是本发明的底座的内部构造示意图；
图5是本发明的试件的侧面示意图；
图6是本发明的加载前试块处理示意图；
图中，1是底座，2是试验箱，3是反力架，4是连接杆；5，连接板，6是作动器，7是加载板一，8是钢板，9是螺栓，10是压力传感器，11是U型钢筋，12是海水浓度检测报警器，13是温度显示器，14是深水式水泵，15是加载智能控制系统，16是加载垫块；17是加载板二，18是导线一，19是导线二，20是水泥砂浆找平层，21是水泥浆结合层，22是温控智能膜，23是钢筋，24是受侵蚀面，25是环氧树脂涂层面，26是封蜡面，27是水箱，28是导管，29是进水口，30是出水口，31是排水通道，32是安全扣。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1-6所示，本发明所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，包括可拆卸的试验箱2和底座1、压力单元、校准组件、反力架3、温控系统及海水浓度检测报警系统等设备，以及控制氯离子单面侵蚀的方法；
所述压力单元的上端与反力架3连接，所述压力单元的下端与试验箱2连接；
其中：所述压力单元的上端与反力架3之间利用螺栓9连接；所述压力单元的下端连接试件，所述压力单元随试件上加载点位置的改变而移动；在所述压力单元及试验箱2之间设置有用于读取实时作用力的数据采集单元，所述数据采集单元为压力传感器10；
在所述压力单元及试验箱2之间还设置用于保证试件均匀受力的加载板和加载垫块16。
进一步的，所述可拆卸的底座1和试验箱2通过反力架3连接，在所述底座1内安设2条排水通道31，所述排水通道31的一端均与试验箱2的内腔相连，其另一端分别为进水口29及出水口30，其通过导管28分别与水箱27相连；达到及时更换试验箱内溶液的目的，且两条通道，保证溶液成分不受影响；
具体的，所述底座1内设排水通道31，底座1上放置试验箱2及所需试验仪器，试验箱2内放置试件及人工海水，所述压力单元与加载部分通过反力架3连接，所述压力单元用于对钢筋混凝土试块施加多种荷载，所述校准组件用于对试件及加载装置进行校准，所述温控系统置于各试件连接部分，外接温度显示器13，用于模拟实际工况中海水温度变化，所述海水浓度检测报警系统，用于监测海水浓度变化并及时报警，包括内置深水式水泵14、排水通道31，避免上下层海水浓度不均，所述控制氯离子单面侵蚀的方法包括试件前期封蜡及环氧树脂涂层处理，后期放入试验箱2的试验方法。
进一步地，所述压力单元包括作动器6，连接板5，连接杆4，压力传感器10，与加载装置通过反力架3连接，外接智能控制系统，可实现水平和竖向位移加载或力的加载。
进一步的，所述试验箱2材质为不锈钢，避免试验箱2自身锈蚀造成试验结构误差，同时试验箱2成正方体构造，增加稳定性。
进一步的，所述反力架3为工字钢组焊而成，中间间隔增加钢板8提高稳定性，侧面均匀打孔，利用螺栓连接调节试验所需加载高度及位置；
所述反力架3之间连接螺栓9采用M24，螺孔孔径均大于螺栓2mm；
侧面两工字钢均匀预留螺栓孔，根据试验要求插入螺栓9调整高度。
进一步地，所述校准组件用于对所述压力单元以及试件进行对中校平，避免受力不均。
进一步地，所述温控系统置于第一层和第二层试件连接部分，外接温度显示器随时显示海水温度变化并控制海水温度。
进一步地，所述海水浓度检测报警系统，包括内置深水式水泵14，用于监测海水浓度变化并及时报警，同时避免海水中各种离子成分上下分层，不均匀分布；此外，所述海水浓度报警系统与底座1内置排水通道31相连，监测报警后，及时补充相应元素或更换溶液，同时排水通道31另一端出水口可另接容器，可满足干湿循环试验条件。
进一步的，所述底座1、试验箱2和反力架3固定完成后，利用连接杆4、连接板5通过螺栓9连接安装作动器6(包含压力传感器10)，实现水平和竖向位移加载或力的加载。
进一步的，利用加载板一7、加载板二17和加载垫块16保证试件均匀受力，加载板和加载垫块16均为30厚钢板，加载垫块16可根据试件数量及位置放置，加载板上表面均焊有U型钢筋11，便于取卸。
进一步的，所述海水浓度检测报警器12置于加载板二17的上方，铺设导线一18完全浸没在试验箱2的溶液中，随时监测试验箱2中海水浓度变化，如有问题及时报警，报警后利用底座1内置的排水通道31更换试验溶液。
进一步的，所述温度显示器13置于底座1的上方，内接有温控智能膜22，控制试验箱2内溶液温度；所述深水式水泵14置于试验箱2中，避免试验箱2中溶液各种离子成分上下分层，不均匀分布。
进一步的，一种可进行多种荷载、温湿度耦合作用，控制氯离子单面侵蚀的试验方法，包括如下步骤：
(1)、将底座1、试验箱2和反力架3固定完成后，安装压力单元，利用校准组件对中校平；即：使用定制钢筋混凝土模具浇筑试块，养护28d后，置于通风环境自然晾干；
(2)、处理所用试件，以钢筋混凝土试块为例；针对氯离子单面侵蚀试验条件，先选定受侵蚀面24，再根据其他面所处位置分别处理；两侧面及受侵蚀面背面采用封蜡面26，贴合试块，解决钢筋混凝土浇筑过程中出现表面不完全平整的问题，其余两面采用环氧树脂涂层预处理成环氧树脂涂层面；
(3)、根据试验需求，将所需试件依次分层放入试验箱2，第一层试块放置完毕后，平铺温控智能膜22，外接温度显示器13；根据实际工况温度规律或研究的需要，通过温控智能膜22设定升温时间参数和降温时间参数；
(4)、温控智能膜22铺设完成后，按照1：0.5的比例配制水泥浆涂刷在膜上形成结合层，使得水泥沙浆和地面的衔接更紧密；涂刷完水泥浆后，铺水泥砂浆，水泥砂浆配合比为水泥：砂＝1：2，搅拌均匀；满铺水泥砂浆后用长木杠拍实搓平，使结合密实；
(5)、第一层找平后，再次覆盖温控智能膜22，再次砂浆找平，重复此步骤，直至最后一层找平后，用30厚不锈钢板覆盖，利用校准组件校平；
(6)、根据试件数量及位置放置加载垫块16，放置完成后再次用30厚不锈钢板覆盖；
同时组装海水浓度检测报警系统(海水浓度检测报警器12)，海水浓度报警器12置于不锈钢板上方，相应导线置于试验箱2内，并利用深水式水泵14均匀试验箱2内溶液浓度，及时分层监测；
(7)、安装作动器6，调整合适试验高度及位置并校准，利用智能显示系统控制荷载变化；
(8)、注入试验溶液至所需位置，打开上述控制器开关，实时记录试验条件变化，并根据试验情况循环控制系统自动实现工作时间间隔并及时更正，最大程度模拟实际工况；在具体试验时，可根据试验情况随时调整荷载大小改变试件受压状况，可随时调整试验溶液温度模拟实际工况中温度变化，也可根据试验要求利用底座1中排水通道31达到干湿循环或持续浸泡的试验条件；此外，上述可控制单面氯离子侵蚀的方法也可根据试验条件改为两面侵蚀。
最后，应当理解的是，本发明中所述实施例仅用以说明本发明实施例的原则；其他的变形也可能属于本发明的范围；因此，作为示例而非限制，本发明实施例的替代配置可视为与本发明的教导一致；相应地，本发明的实施例不限于本发明明确介绍和描述的实施例。
Claims (10)
1.可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：包括可拆卸的试验箱(2)和底座(1)，所述试验箱(2)安置在底座(1)的上壁处；
在所述底座(1)的上壁上、所述试验箱(2)的两侧分别安置有两个反力架(3)；
在两个所述反力架(3)上均布开设有若干个螺栓孔，在相互靠近的两排螺栓孔之间均安置有钢板(8)；
在两个所述反力架(3)之间、所述试验箱(2)的上侧安置有压力单元，
所述压力单元的上端与两个反力架(3)可拆卸式连接，所述压力单元的下端与试验箱(2)活动连接。
2.根据权利要求1所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：
所述压力单元包括上端的连接装置，在所述连接装置的上下端相适配的安置有两块可拆卸的连接板(5)，在所述连接板(5)的四角上贯穿开设有连接杆孔，在所述连接杆孔中穿设有四根用于固定连接板(5)与连接装置的连接杆(4)；
在所述连接装置的两端开设有若干个与螺栓孔相适配的螺孔，在所述螺栓孔相适配的螺孔中安置有用于连接两个反力架(3)与连接装置的螺栓(9)，且上排安置的至少两个螺栓(9)与下排安置的至少两个螺栓(9)分隔在所述钢板(8)的上下端。
3.根据权利要求2所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：
在所述连接装置的下端安置有作动器(6)，在所述作动器(6)的下端从上往下安置有加载板一(7)、加载垫块(16)及加载板二(17)；
在所述作动器(6)与加载板(7)之间安置有压力传感器(10)；
所述压力传感器(10)通过有线线路连接在安置的加载智能控制系统(15)上，在所述加载智能控制系统(15)的另一端通过有线线路连接在监控总机上。
4.根据权利要求3所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：
所述作动器(6)通过安置的两根有线线路连接在加载智能控制系统(15)上。
5.根据权利要求3所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：
在所述试验箱(2)的内部、所述加载板二(17)的下端安置有试件；
在所述加载板二(17)两端的上壁上分别安置有U型钢筋(11)，在其中一侧U型钢筋(11)的外侧安置有海水浓度检测报警器(12)，所述海水浓度检测报警器(12)通过安置的导线一(18)连接在试验箱(2)的底壁上。
6.根据权利要求5所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：
在所述底座(1)的上壁上、所述试验箱(2)的外侧安置有温度显示器(13)，
所述温度显示器(13)安置于底座(1)的上方，在其内部连接有温控智能膜(22)；
所述试件分为上中下三层，所述试件的上层上、所述上层与中层之间为水泥砂浆找平层(20)，
其中层与下层之间为水泥浆结合层(21)，
在所述水泥砂浆找平层(20)及水泥浆结合层(21)与三层试件之间均安置有温控智能膜(22)；
三层所述温控智能膜(22)分别通过连接的导线二(19)共同连接在温度显示器(13)上；
在所述试验箱(2)的底壁上还安置有深水式水泵(14)。
7.根据权利要求1所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：
在三层所述试件的内部均贯穿有两根钢筋(23)，两根钢筋(23)的两端均穿出三层试件的两端；
所述试件的前后两壁面均为受侵蚀面(24)，其上下两壁面均为环氧树脂涂层面(25)，其左右两壁面均为封蜡面(26)。
8.根据权利要求1所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：
在所述底座(1)的内部安置有两条排水通道(31)，两条所述排水通道(31)的一端均与试验箱(2)的内腔相连，在其中一条排水通道(31)的另一端开设有进水口(29)，在另一条排水通道(31)的另一端开设有出水口(30)，
所述进水口(29)与出水口(30)通过安置在两条排水通道(31)内部的导管(28)分别与安置的水箱(27)相连；
在两条所述排水通道(31)上均安置有若干个安全扣(32)。
9.根据权利要求3所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置，其特征在于：
所述试验箱(2)材质为不锈钢材质；
所述反力架(3)为工字钢组焊而成；
所述反力架(3)之间连接的螺栓(9)采用M24，开设的螺孔的孔径均大于螺栓2mm，且根据试验要求插入螺栓(9)调整高度；
所述加载板一(7)、加载垫块(16)及加载板二(17)均为30厚钢板，加载垫块(16)可根据试件数量及位置放置。
10.如权利要求1-9任意一项所述的可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置的试验方法，其特征在于：其具体操作步骤如下：
(1)、将底座(1)、试验箱(2)和反力架(3)固定完成后，安装压力单元，利用校准组件对中校平；
(2)、处理所用试件，以钢筋混凝土试块为例；针对氯离子单面侵蚀试验条件，先选定受侵蚀面(24)，再根据其他面所处位置分别处理；两侧面采用封蜡面(26)，贴合试块，其余两面为环氧树脂涂层面(25)；
(3)、根据试验需求，将所需试件依次分层放入试验箱(2)，第一层试块放置完毕后，平铺温控智能膜(22)，外接温度显示器(13)，根据实际工况温度规律或研究的需要，通过温控智能膜(22)设定升温时间参数和降温时间参数；
(4)、温控智能膜(22)铺设完成后，按照1：0.5的比例配制水泥浆涂刷在膜上形成结合层，；涂刷完水泥浆后，铺水泥砂浆，水泥砂浆配合比为水泥：砂＝1：2，搅拌均匀；满铺水泥砂浆后用长木杠拍实搓平；
(5)、第一层找平后，再次覆盖温控智能膜(22)，再次砂浆找平，重复此步骤，直至最后一层找平后，用30厚不锈钢板覆盖，利用校准组件校平；
(6)、根据试件数量及位置放置加载垫块，放置完成后再次用30厚不锈钢板覆盖；同时组装海水浓度检测报警器(12)，海水浓度检测报警器(12)置于不锈钢板上方，相应导线置于试验箱(2)内，并利用深水式水泵(14)均匀试验箱(2)内溶液浓度，及时分层监测；
(7)、安装作动器(6)，调整合适试验高度及位置并校准，利用智能显示系统控制荷载变化；
(8)、注入试验溶液至所需位置，打开上述控制器开关，实时记录试验条件变化，并根据试验情况循环控制系统自动实现工作时间间隔并及时更正，最大程度模拟实际工况。
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| CN202310916608.8A CN116930051A (zh) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | 可实现多荷载、温湿度耦合的氯离子侵蚀试验装置及方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN118549262A (zh) * | 2024-05-27 | 2024-08-27 | 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 | 海底隧道混凝土结构劣化试验装置及方法 |
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