CN102042949A - 混凝土氯离子渗透性测试拉伸加载装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量混凝土氯离子渗透性的测试装置及其应用；混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸加载装置，其特征在于钢底板与拉伸钢板之间的螺杆上还设有压缩弹簧，拉伸钢板上部的螺杆上套有拉伸钢板定位螺栓帽，在加压钢板下部螺杆上套有加压钢板定位螺栓帽，在顶板上部和下部的螺杆上分别套有顶板下固定螺栓帽和顶板上固定螺栓帽；钢底板的四边中点处设有螺孔；与螺孔对应在拉伸钢板上设置有通孔，在通孔中设有拉伸螺杆，所述拉伸螺杆在拉伸钢板上部套有带上下通孔的球座和固定螺栓帽，拉伸螺杆下端连接有拉伸测力器。解决了常规混凝土氯离子渗透性测试装置不能对被测试件施加持续拉伸荷载的难题。

Description

混凝土氯离子渗透性测试拉伸加载装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种测量混凝土氯离子渗透性的测试装置及其应用，具体地说是涉及一种在持续拉伸荷载下条件下混凝土氯离子渗透性的电量法测试加载装置及试验方法。

背景技术

对于海港码头、地下工程、水利水电工程构筑物等钢筋混凝土结构，混凝土的抗水渗透性和氯离子渗透性是最为重要的性能指标之一。氯离子渗透性既是钢筋混凝土中混凝土抵御氯离子侵蚀、保护钢筋免受侵蚀的能力的重要标志，在一定程度上也可表征混凝土的抗水渗透性。目前采用的混凝土氯离子渗透性的测定方法主要有电量法和快速氯离子迁移法，但两种方法中受测试件都不涉及荷载的作用。然而实际服役中的钢筋混凝土结构，不仅经受水压和氯离子浓度差等影响氯离子渗透的外界因素的作用，通常同时承受各种形式的荷载和海水及氯离子的渗透作用。荷载、尤其是拉伸荷载往往会影响混凝土中微裂缝的产生和扩展，影响混凝土的渗透性，包括氯离子渗透性。目前许多国家采用的由美国材料标准与试验协会所制定的用于评价混凝土抵抗氯离子渗透能力的标准（ASTM C1202），是在Φ95×50 mm的混凝土试样两端施加60 V 的直流电压，通过检测 6 h 内流过的电量大小来评价混凝土的渗透性，所用装置和方法未考虑、也无法实现对受测试件同时施加各类荷载。公告中专利CN 101699267 A（申请号200910212680.2）公开了一种弯曲荷载下混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置及测试方法；公告中专利CN 101718671 A（申请号200910212680.2）公开了一种双轴压荷载下混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置及测试方法；专利200720079338.3和专利CN 101074912 A（申请号2007100213139.6）公开了单轴压荷载下混凝土水渗透性测试加载装置及测试方法；目前尚未见持续拉伸荷载下混凝土氯离子渗透性电量法测试加载装置及测试方法的相关报道，由于受常规试验装置的制约，对持续拉伸荷载条件下混凝土氯离子渗透性的测试方法仍是空白。

发明内容

本发明的目的在与针对现有技术的不足，提供一种能够对混凝土施加拉伸荷载，用于电量法测试混凝土氯离子渗透性的加载装置。

本发明的另一个目的是提供一种利用这种加载装置进行进行混凝土氯离子渗透性电量法测试方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸加载装置，包括钢底板、螺杆、压缩弹簧、拉伸钢板、拉伸钢板定位螺栓帽、加压钢板定位螺栓帽、加压钢板、顶板下固定螺栓帽、顶板、顶板上固定螺栓帽、千斤顶、压力测力器、拉伸螺杆、拉伸螺杆固定螺栓帽、通孔球座、 拉伸传感器；钢底板四个顶角上设有螺杆，螺杆上依次套有拉伸钢板、加压钢板和顶板；顶板与螺杆的末端固定连接，拉伸钢板与加压钢板分别通过螺杆活动连接；顶板与加压钢板之间设置有千斤顶；加压钢板与拉伸钢板之间设置有压力测力器；其特征在于钢底板与拉伸钢板之间的螺杆上还设有压缩弹簧，拉伸钢板上部的螺杆上套有拉伸钢板定位螺栓帽，在加压钢板下部螺杆上套有加压钢板定位螺栓帽，在顶板上部和下部的螺杆上分别套有顶板下固定螺栓帽和顶板上固定螺栓帽；钢底板的四个周边正中各设置有螺孔；与螺孔对应在拉伸钢板上设置有通孔，在通孔中插有拉伸螺杆，所述拉伸螺杆在拉伸钢板上部套有带上下通孔的球座和固定螺栓帽，拉伸螺杆下端连接有拉伸测力器；所述拉伸测力器包括拉力传感器和显示仪表。

本发明加载装置的工作原理为：松开加压钢板定位螺栓帽，用千斤顶对加压钢板施加压力，压力大小由压力测力器测定；千斤顶产生的压力通过加压钢板、压力测力器和拉伸钢板施加到四根压缩弹簧上；当测力器显示设定压力值时，拧紧拉伸钢板定位螺栓帽，使弹簧处于压缩状态；混凝土试件下端的下拉伸连接件螺杆拧入钢底板周边上的螺孔，混凝土试件上端的上拉伸连接与拉伸螺杆下端的拉伸测力器的传感器连接；松开拉伸钢板定位螺栓帽，原被压缩弹簧的回弹力就通过拉伸钢板、拉伸螺杆、拉伸测力器和上拉伸连接件对混凝土试件施加了稳定的拉伸荷载；各个试件实际承受的荷载大小由其连接的拉伸测力器测定；调节各拉伸螺杆的固定螺栓帽，按试验设定使相对的一对混凝土试件承受相同拉伸荷载，或两两相对的两对混凝土试件承受相同或不同的拉伸荷载；设置于拉伸螺杆上部的通孔球座可保证混凝土试件单纯经受轴向拉力。

本发明的另一目的是这样实现的：利用上述加载装置进行混凝土氯离子渗透性电量法测试的方法，按如下步骤进行：

步骤一、用千斤顶对加压钢板施加压力，压力通过加压钢板、压力测力器和拉伸钢板施加到四根压缩弹簧上，当测力器显示设定压力值时，拧紧拉伸钢板定位螺栓帽；将混凝土试件下端的下拉伸连接件螺杆拧入钢底板周边上的螺孔，混凝土试件上端的上拉伸连接件与拉伸螺杆下端的拉伸测力器连接，松开拉伸钢板定位螺栓帽；原被压缩弹簧的回弹力通过拉伸钢板、拉伸螺杆、拉伸测力器和上拉伸连接件对混凝土试件施加了稳定的拉伸荷载；调节各拉伸螺杆的固定螺栓帽，按试验设定使相对的一对混凝土试件承受相同拉伸荷载，或两两相对的两对混凝土试件承受相同或不同的拉伸荷载。

其中所述的混凝土试件两端用结构胶粘结有上拉伸连接件和下拉伸连接件；两个拉伸连接件由与试件断面同尺寸的钢板和垂直焊接于钢板正中心的螺杆构成。

每个试件的拉伸荷载F _i 按下式计算：

式中：F _i ——第i个试件拉伸荷载（N）；f _t——混凝土试件抗拉强度（MPa）; h _i ——第i个试件设定应力水平（%）；b——试件宽度（mm）；h——试件高度（mm）。

千斤顶对压缩弹簧施加压荷载的大小可略大于所有试件拉伸荷载之和，以便对单个试件荷载进行调整。

步骤二、将一对混凝土氯离子渗透性电测仪的带电极的试验槽安装于混凝土试件两相对的侧面。在正极试验槽中注满NaOH溶液，在负极试验槽中注满NaCl溶液，采用50~120 V直流电压，测试不同拉伸荷载作用时规定试件内通过混凝土试件的电量。

步骤三：根据试件厚度、所加电压和通电量，计算表征混凝土氯离子渗透性的当量通电量。

测定记录电流初始读数I₀，以后每隔15 min测定记录电流读数I_i一次，直至 6 h，按下式计算6 h内通过混凝土试件的总电量Q：

式中：Q—6 h内通过混凝土试件的总电量（C）；

I_i—第i次测得的电流读数（A）；

I_i-1—第i-1次测得的电流读数（A）。

按下式将总电量折算成试件厚度为50 mm, 直流电压为60 V时的当量通电量：

式中

Q—6 h内通过混凝土试件的总电量（C）；

b——棱柱体混凝土试件厚度（mm）；

V——直流电压（V）。

取同组的3个试件通过当量电量的平均值，作为该组试件的当量通电量，按表1评价混凝土在该受载状态下的氯离子渗透性。

表1 基于当量通电量的氯离子渗透性

本发明具有如下有益效果：

（1）解决了常规混凝土氯离子渗透性测试装置不能对被测试件施加持续拉伸荷载、因此不能模拟在役混凝土构件实际载荷状态、无法测定拉伸荷载条件下混凝土氯离子渗透性的问题。

（2）采用拉伸荷载加载装置对混凝土试件施加不同大小的拉伸荷载，可研究拉伸荷载条件对混凝土氯离子渗透性的影响，从而揭示多因素组合条件下混凝土渗透性演变规律、损伤机理及组合机理，若推广应用于实际工程，可为混凝土结构的设计、健康诊断和补强加固提供依据。

（3）装置结构简单，操作方便，测试过程中荷载稳定、可实时显示，并可按需要随时调整、逐级加载，测试结果稳定、可靠。

（4）可以同时对两个或四个试件进行氯离子渗透性测试， 同时测试四个试件时可以对两对试件分别施加不同拉伸荷载，可以大大节省试验时间。

附图说明

图1是本发明混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸加载装置的结构示意图；

图2是安装有直四棱柱体混凝土试件和混凝土氯离子渗透性电测仪试验槽的混凝土氯离子渗透性的电量法测试装置装配示意图；

图3是图2（a）的A-A剖面视图；

图4是图2（a）的B-B剖面视图；

图5含有试件的混凝土氯离子渗透性电测仪试验槽示意图。

图中：1. 钢底板；2. 螺杆；3. 压缩弹簧；4. 拉伸钢板；5. 拉伸钢板定位螺栓帽；6. 加压钢板定位螺栓帽；7. 加压钢板；8. 顶板下固定螺栓帽；9. 顶板；10. 顶板上固定螺栓帽；11. 千斤顶；12.压力测力器；13. 拉伸螺杆; 14. 拉伸螺杆固定螺栓帽；15. 通孔球座；16. 拉伸测力器；17. 上拉伸连接件；18. 混凝土试件；19. 混凝土氯离子渗透性电测仪试验槽；20.下拉伸连接件。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例的方式，对本发明技术方案进行详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1  混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸荷载加载装置

混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸加载装置，它是由钢底板1、螺杆2、压缩弹簧3、拉伸钢板4、拉伸钢板定位螺栓帽5、加压钢板定位螺栓帽6、加压钢板7、顶板下固定螺栓帽8、顶板9、顶板上固定螺栓帽10、千斤顶11、压力测力器12、拉伸螺杆13、拉伸螺杆固定螺栓帽14、通孔球座15、 拉伸传感器16构成；

钢底板1、拉伸钢板4、加压钢板7和顶板9均为边长为500 mm的正方形，钢底板1的厚度为30 mm，拉伸钢板4、加压钢板7和顶板9的厚度均为 20 mm；

钢底板1的四个顶角附近离两边均为70mm处各有一个M30螺孔，拉伸钢板4、加压钢板7和顶板9的四个顶角附件离两边均为70mm处各有一个φ34 mm圆孔，钢底板1四周边正中离边沿20 mm处各有一个M20的螺孔，拉伸钢板4的四周边正中离边沿20 mm处各有一个φ26 mm的圆通孔；

将四根长1200 mm，M 30的螺杆2拧入钢地板1的四个螺孔，将螺杆2分别穿过高550mm、弹性系数200 N/mm的压缩弹簧3、拉伸钢板4、拉伸钢板定位螺栓帽5、加压钢板定位螺栓帽6、加压钢板7、顶板下定位螺栓帽8、顶板9、顶板上定位螺栓帽10，在加压钢板7正中间放置50 kN的千斤顶11，在拉伸钢板4正中间放置最大量程为50 kN的测力计的传感器12；将四根M 20拉伸螺杆13穿入拉伸钢板3周边的四个圆孔，上端套入直径60 mm，高40mm，中间有一φ26 mm通孔的球座15和拉伸螺杆固定螺栓帽14，下端拧上最大量程为20 kN的拉伸测力器的传感器16。

实施例2  混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸荷载加载方法——四个试件等荷载

松开加压钢板定位螺栓帽6，用千斤顶11对加压钢板7加压，压力大小由压力测力器12显示，当达到44 kN时，拧紧拉伸钢板定位螺栓帽5，此时四根压缩弹簧3总共承受44 kN的压力；将四个两端粘结有上拉伸连接件17和下拉伸连接件20的长100 mm、厚55 mm、高200mm的混凝土试件18的下拉伸连接件螺杆20拧入钢底板1周边的四个螺孔，上拉伸连接件17与对应的拉伸测力器16连接；

缓慢松开拉伸钢板定位螺栓帽5，并调节四个拉伸螺杆固定螺栓帽14，观测四个拉伸测力器14显示的拉力值，维持四个混凝土试件18所受拉力均等增长，使得四个拉伸钢板定位螺栓帽5完全松开时，每个混凝土试件18受拉力均为11kN，拉应力为2 MPa，

实施例3 混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸荷载加载方法——四个试件，两两相对的两对试件荷载不等

松开加压钢板定位螺栓帽6，用千斤顶11对加压钢板7加压，压力大小由压力测力器12显示，当达到33 kN时，拧紧拉伸钢板定位螺栓帽5，此时四根压缩弹簧总共承受33 kN的压力；将四个两端粘结有上拉伸连接件17和下拉伸连接件20的边长100 mm、厚55 mm、高200mm的混凝土试件18的下拉伸连接件螺杆20拧入钢底板1周边的四个螺孔，上拉伸连接件17与对应的拉伸测力器16连接；

缓慢松开拉伸钢板定位螺栓帽5，并调节四个拉伸螺杆固定螺栓帽14，观测四个拉伸测力器14显示的拉力值，维持两两相对的两对试件所受拉力以1:2增长，使得四个拉伸钢板定位螺栓帽5完全松开时，两对混凝土试件18所受拉力大小为1:2，此时有一对试件每个试件受拉力11 kN，拉应力为2 MPa，另一对试件每个试件受拉力5.5 kN，拉应力为1 MPa，

实施例4  混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸荷载加载方法——两个试件，荷载相等

松开加压钢板定位螺栓帽6，用千斤顶11对加压钢板7加压，压力大小由压力测力器12显示，当达到44 kN时，拧紧拉伸钢板定位螺栓帽5，此时四根压缩弹簧3总共承受44 kN的压力；将两个两端粘结有上拉伸连接件17和下拉伸连接件20的长100 mm、厚55 mm、高200mm的混凝土试件的下拉伸连接件螺杆20拧入钢底板两相对周边的两个螺孔，上拉伸连接件17与对应的拉伸测力器16连接；

缓慢松开拉伸钢板定位螺栓帽5，并调节连接有试件的两个拉伸螺杆固定螺栓帽14，观测两个拉伸测力器16显示的拉力值，维持两个混凝土试件18所受拉力均等增长，使得两个拉伸钢板定位螺栓帽5完全松开时，每个试件受拉力均为22 kN，拉应力为4 MPa，

实施例5 拉伸荷载条件下水工混凝土氯离子渗透性的电量法测试方法

用P·Ⅱ 42.5级水泥，细度模数为2.32的河砂、最大粒径为16 mm的玄武岩人工碎石及自来水按表2所示配合比配制混凝土，成型成100 mm×55 mm×200 mm的直四棱柱体混凝土试件，每个配比21个试件。试件在混凝土标准养护室水中养护24 d后取出，待表面干燥后用粘钢胶将拉伸连接件粘结与试件两端，在25^oC的室温下固化48 h后，再进入水中养护48 h。每个配比的试件中取3个测定拉伸强度作为其余试件进行氯离子渗透性试验时加荷大小的参考。

表2 混凝土配合比和试件抗拉强度

每个配比分成5组，按拉伸荷载水平分别为0，20%，40%，50%，60%五种加载方式测定，每组测定3个试件。

步骤1：按实施例1至实施例4所述方法将棱柱体混凝土试件17安装于加载装置并按试验设定要求拉伸荷载水平施加荷载，每个试件每次施加压荷载值按下式计算：

 

步骤2：将一对混凝土渗透性电测仪的带电极的试验槽（11）安装于各试件两相对的自由面。在正极试验槽中注满0.3 mol/L NaOH溶液，在负极试验槽中注满3%NaCl溶液，将试验槽的正负极与混凝土渗透性电测仪连接，接通电源，对上述两试验槽正负电极施加60 V直流恒电压，测定记录电流初始读数I₀，以后每隔10 min测定记录电流读数I_i一次，直至 6 h。按下式计算6 h内通过混凝土试件的总电量Q：

式中：Q——6 h内通过混凝土试件的总电量（C）；I_i——第i次测得的电流读数（A）。

按下式把总通电量Q折算为当量通电量Q_e：

取同组的3个试件通过电量的平均值，作为该组试件的通电量来评价混凝土在该受载状态下的抗氯离子渗透性。结果见如表3所示。

表3 不同拉伸荷载条件下水工混凝土氯离子渗透性的电量法测定结果

从试验结果可以看出：

（1）    用实施例1所述装置，采用实施例2、3和4的加载方法，可有效进行拉伸荷载条件下混凝土氯离子渗透性的电量法测试。

（2）三种强度不同的混凝土在拉伸荷载下的电通量（即氯离子渗透性）均显示出了相同的变化规律。随着加载水平的增大，混凝土的氯离子渗透性逐渐提高。这是由于在拉伸荷载作用下，混凝土中的原始微裂纹扩展，新的微裂纹产生，从而提高了混凝土的渗透性。当在加载水平达到60%时，试件的氯离子渗透性迅速增大，这是由于在持续高荷载水平下，各种裂纹扩展程度迅速增大甚至断裂所致。

Claims (3)

1.混凝土氯离子渗透性的电量法测试拉伸加载装置，包括钢底板、螺杆、压缩弹簧、拉伸钢板、拉伸钢板定位螺栓帽、加压钢板定位螺栓帽、加压钢板、顶板下固定螺栓帽、顶板、顶板上固定螺栓帽、千斤顶、压力测力器、拉伸螺杆、拉伸螺杆固定螺栓帽、通孔球座、 拉伸传感器；钢底板四个顶角上设有螺杆，螺杆上依次套有拉伸钢板、加压钢板和顶板；顶板与螺杆的末端固定连接，拉伸钢板与加压钢板分别通过螺杆活动连接；顶板与加压钢板之间设置有千斤顶；加压钢板与拉伸钢板之间设置有压力测力器；其特征在于钢底板与拉伸钢板之间的螺杆上还设有压缩弹簧，拉伸钢板上部的螺杆上套有拉伸钢板定位螺栓帽，在加压钢板下部螺杆上套有加压钢板定位螺栓帽，在顶板上部和下部的螺杆上分别套有顶板下固定螺栓帽和顶板上固定螺栓帽；钢底板的四边中点处设有螺孔；与螺孔对应在拉伸钢板上设置有通孔，在通孔中设有拉伸螺杆，所述拉伸螺杆在拉伸钢板上部套有带上下通孔的球座和固定螺栓帽，拉伸螺杆下端连接有拉伸测力器。

2.混凝土氯离子渗透性电量法测试加拉伸荷载装置的应用，其特征在于：

步骤一、松开加压钢板定位螺栓帽，用千斤顶对加压钢板施加压力，压力通过加压钢板、压力测力器和拉伸钢板施加到压缩弹簧上；当测力器显示设定压力值时，拧紧拉伸钢板定位螺栓帽；将混凝土试件下端与下拉伸连接件一端连接，将下拉伸连接件另一端拧入钢底板周边上的螺孔；混凝土试件上端与上拉伸连接件的一端连接，上拉伸连接件的另一端与拉伸测力器连接，松开拉伸钢板定位螺栓帽；调节各拉伸螺杆的固定螺栓帽，按试验设定使相对的一对混凝土试件承受相同拉伸荷载，或两两相对的两对混凝土试件承受相同或不同的拉伸荷载；

步骤二、将一对混凝土氯离子渗透性电测仪的带电极的试验槽安装于各混凝土试件两相对的侧面；在正极试验槽中注满NaOH溶液，在负极试验槽中注满NaCl溶液，采用50~120 V直流电压，测试不同拉伸荷载作用时规定试件内通过混凝土试件的电量；

步骤三、根据试件厚度、所加电压和通电量，计算表征混凝土氯离子渗透性的当量通电量。

3. 根据权利要求2所述的混凝土氯离子渗透性电量法测试加拉伸荷载载装置的应用，其特征在于步骤一混凝土试件两端通过结构胶粘结上拉伸连接件和下拉伸连接件。

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