CN102519864A - 一种建筑材料液体冲刷模拟试验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建筑材料液体冲刷模拟试验方法及装置，属建筑材料耐久性试验技术领域。将待测建筑材料制成圆柱体试件插入侵蚀性溶液中，通过旋转圆柱体试件，形成溶液与试件间的相对运动，模拟溶液对建筑材料的冲刷过程，代替流动的溶液对静止的建筑材料试件的冲刷，获得侵蚀性溶液对建筑材料的冲刷参数。试验装置包括盛液容器、支架、面板、活动透明板、试件夹头、电机、调速控制器，支架顶部为面板，面板中部开有电机轴孔、与盛液容器对应位置开有其中装有透明板的观察窗口，电机轴端头装有试件夹头，盛液容器置于支架面板和试件夹头下方，调速控制器装于支架侧面。具有液体可循环使用，冲刷速度可控制，液体总用量小，成本低，操作简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑材料液体冲刷模拟试验方法及装置，属于建筑材料耐久性试验技术领域。
背景技术
近年来，大量的混凝土结构遭受侵蚀性液体的腐蚀导致结构提前老化，为此，国内外开展了侵蚀性液体对混凝土材料腐蚀的研究。为探索侵蚀性液体腐蚀混凝土构筑物的机理，国内外学者通常经过现场调查研究后，采用室外试验和室内试验进行研究。其中，大多室内试验根据侵蚀性液体与混凝土材料相互作用方式采用了长期浸泡、周期浸泡、喷淋等加速方法。但是，现在的冲刷方法及冲刷试验设备存在所用溶液量大、试验周期长、速度难控制、管路系统易被腐蚀等缺点。
为解决以上现有冲刷设备的不足，本发明结合实际流动侵蚀性液体与混凝土的作用，提供了一种所用溶液量小、速度可调、成本消耗低、操作简单的试验方法及装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种建筑材料液体冲刷模拟试验方法及装置，结合实际流动侵蚀性液体与混凝土的作用，通过相应的装置将建筑材料试件置于侵蚀性液体中旋转，模拟侵蚀性液体对建筑材料的冲刷过程，减少侵蚀性溶液用量、缩短试验周期、简化实验方法。
本发明的技术方案是：建筑材料液体冲刷模拟试验方法，是将待测建筑材料制作成圆柱体试件放入容器中的侵蚀性溶液中，通过旋转圆柱体建筑材料试件，形成侵蚀性溶液与建筑材料试件之间的相对运动，模拟侵蚀性溶液对建筑材料试件的冲刷过程，代替流动的侵蚀性溶液对静止的建筑材料试件的冲刷，获得侵蚀性溶液对建筑材料试件的冲刷参数。具体步骤如下：
（1）将待测建筑材料制作成圆柱体试件，在试件两底面和上端涂上防腐蚀涂料（防止试件夹紧端和底端受侵蚀液腐蚀而影响试件实验区的腐蚀），然后装于旋转装置的夹头上；
（2）将与待测建筑材料实际所承受侵蚀性溶液相同组分的侵蚀性溶液装入敞口容器中，再将圆柱体建筑材料试件从敞口容器正上方伸入侵蚀性溶液中，控制试件插入（浸入）侵蚀性溶液中的深度为其长度的1/2～2/3，以保证有足够的冲刷面；
（3）启动旋转装置，使圆柱体试件在侵蚀性溶液中旋转，形成侵蚀性溶液对建筑材料试件的模拟冲刷；
（4）持续旋转圆柱体建筑材料试件一段时间后，停止旋转装置的工作，完成对圆柱体建筑材料试件的模拟冲刷过程；
（5）取下圆柱体建筑材料试件，经冲洗、干燥后，通过常规方法对试件受侵蚀情况进行检测，获得建筑材料冲刷试验数据（对砂浆试块质量、中性化深度、强度等进行综合分析处理）。
所述圆柱体建筑材料试件为防止与水有太大相对运动转速一般为300~1500转/min，为使试验有合理的腐蚀效果持续旋转时间一般为60～360天，具体根据建筑材料的不同和实际需要确定。
本建筑材料液体冲刷模拟试验装置，包括盛液容器4、支架5、面板6、活动透明板7、试件夹头12、电机13、调速控制器14，支架5顶部为面板6，面板6中部开有供电机轴穿过的孔洞、与盛液容器4对应位置开有一其中装有透明板7的观察窗口，电机13装于面板6中部，电机轴端头装有试件夹头12，盛液容器4置于支架面板6和试件夹头12下方位置，调速控制器14装于支架5侧面，电机13的电源线接调速控制器14。
所述支架5上装有由溶液浓度探测器17和信号处理与显示装置组成的溶液浓度监测设备16，溶液浓度探测器17的信号输出端接溶液浓度监测设备16的输入端；通过面板6上装有活动透明板7的观察窗口，可将溶液浓度探测器17伸入盛液容器4中，通过溶液浓度监测设备16监测侵蚀性溶液浓度。
所述试件夹头12正下方的盛液容器4中部位置设有消能网3，用于减小高转速下冲刷溶液和试件的相对运动；圆柱体建筑材料试件2夹固于试件夹头12上，圆柱体建筑材料试件2下部伸于盛液容器4中。
所述电机13通过固定壳8和螺钉9固定在面板6上，试件夹头12通过螺钉10固定在电机轴上，圆柱体建筑材料试件2通过螺钉11固定在试件夹头12中，调速控制器14通过托件15支撑固定在支架5侧面。
所述调速控制器14由电机调速电路和微处理器组成，电机调速电路为普通调速电路，微处理器为单片机、电脑等普通数据处理装置；电机13为普通市售调速电机，其工作转速为300～1500转/min，具体根据建筑材料和实际需要确定。
所述透明板7是透明塑料、有机玻璃等普通透明板材，面板6是木板、塑料板、不锈钢板等，支架为由铁合金、不锈钢等制成的框架结构；盛液容器4开口为矩形或圆形等敞口容器，可由塑料、铝合金等材料制成；消能网3为以建筑材料试件2为中心的圆环形或井字框形围网结构，可以是带小孔的塑料网、带防腐镀层钢网等；面板6通过胶粘或螺钉等普通方法固定在支架5上；通过观察窗口可以对试件2进行观察。
所述试件待测建筑材料为砂浆、混凝土、砖、石等；圆柱体建筑材料试件以及所用设备的尺寸应根据实际需要具体确定，并且总体上能够充分反应建筑材料的侵蚀情况。
本发明利用可以调节转速的圆柱体砂浆、混凝土等建筑材料试件在静止液体中旋转，代替流动液体对试件的冲刷过程，不需要经过泵送装置即可实现腐蚀性溶液的循环利用，可使进行冲刷试验用的溶液总用量大幅度减少。冲刷的速度可以控制电机转速而进行控制，可以做长周期的冲刷室内实验，所需的成本低，试验设备操作简单。通过冲刷液体和旋转试件的更换，可针对不同性质的溶液和试件方便地进行不同的实验。具有可室内模拟侵蚀性液体对建筑材料的冲刷过程，减少侵蚀性溶液用量、缩短试验周期、简化实验方法、适应面广等优点。
附图说明
图1是本发明剖视示意图；
图2是本发明支架斜视示意图；
图3是本发明盛有侵蚀性溶液的容器示意图。
图4是本发明消能网示意图；
图5是本发明调速控制器与电机连接示意图；
图6是本发明溶液浓度探测器与溶液浓度监测设备连接示意图。
图中：1-侵蚀性溶液（冲刷液体）；2-圆柱体建筑材料试件；3-消能网；4-敞口容器；5-支架；6-面板；7-可活动的透明板；8-电机固定壳；9-连接电动机和面板的螺钉；10-连接电动机和试件夹头的螺钉；11-试件夹头压紧螺钉；12-试件夹头；13-电机；14-调速控制器；15-支撑调速控制器的托件；16-溶液浓度监测设备；17-溶液浓度探测器；18-连接电机、调速控制器的导线和电源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于所述内容。
实施例1：本建筑材料液体冲刷模拟试验方法，用于模拟PH值为4.6的盐酸侵蚀性溶液对混凝土材料的冲刷试验。参照《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107—2010）拌制混凝土，并制作为混凝土圆柱体试件，将试件放入容器中的盐酸侵蚀性溶液中，通过旋转圆柱体混凝土试件，形成侵蚀性溶液与圆柱体混凝土试件之间的相对运动，模拟盐酸侵蚀性溶液对混凝土的冲刷过程，代替流动的盐酸侵蚀性溶液对静止的混凝土的冲刷，获得盐酸侵蚀性溶液对混凝土的冲刷参数。具体步骤如下：
（1）参照《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107—2010），将待测混凝土制作成直径100mm、长300mm的圆柱体混凝土试件，然后把圆柱体混凝土试件夹在旋转装置的夹头上；
（2）将与待测混凝土材料实际所承受侵蚀性溶液相同组分的盐酸侵蚀性溶液装入敞口容器中，再将圆柱体混凝土试件从敞口容器正上方伸入侵蚀性溶液中，浸入盐酸的试件长度为200mm；
（3）启动旋转装置，使圆柱体混凝土试件以1500转/min的转速在盐酸侵蚀性溶液中旋转，形成盐酸侵蚀性溶液对混凝土试件的模拟冲刷；
（4）持续旋转圆柱体混凝土试件60天，然后停止旋转装置的工作，完成对混凝土试件的模拟冲刷过程；
（5）取下圆柱体混凝土试件，经冲洗、干燥后，通过常规方法对试件受侵蚀情况进行检测，获得混凝土的冲刷试验数据。
如图1-6所示，本建筑材料液体冲刷模拟试验所使用的装置，包括盛液容器4、支架5、面板6、活动透明板7、试件夹头12、电机13、调速控制器14，支架5顶部为面板6，面板6中部开有供电机轴穿过的孔洞、与盛液容器4对应位置开有一其中装有透明板7的观察窗口，电机13装于面板6中部，电机轴端头装有试件夹头12，盛液容器4置于支架面板6和试件夹头12下方位置，调速控制器14装于支架5侧面，电机13的电源线接调速控制器14。试件夹头12、试件2和盛液容器4中液面的高度，保证试件2浸入侵蚀性溶液中长度为200mm。
支架5上装有由普通酸溶液浓度探测器17和普通信号处理与显示装置组成的溶液浓度监测设备16；溶液浓度探测器17伸入盛液容器4中，其信号输出端接溶液浓度监测设备16输入端。试件夹头12正下方的盛液容器4中部位置设有框形消能网3；圆柱体建筑材料试件2夹固于试件夹头12上，圆柱体建筑材料试件2下部伸于盛液容器4中。电机13通过固定壳8和螺钉9固定在面板6上，试件夹头12通过螺钉10固定在电机轴上，圆柱体建筑材料试件2通过螺钉11固定在试件夹头12中，调速控制器14通过托件15支撑固定在支架5侧面。
调速控制器14由电机调速电路和微处理器组成，电机调速电路为普通调速电路，微处理器为普通单片机，电机13为普通市售调速电机，电机工作转速控制在1500转/min。透明板7是活动的塑料板，面板6是涂有防腐涂料的木板并通过粘接胶固定在支架5上，支架5为铁合金框架结构。盛液容器4为开口是方形的塑料容器，消能网3为井字方框形塑料围网。
通过观察口每天用溶液浓度监测设备16、17测量冲刷溶液的PH变化值，并且用浓度为0.25mol/L的盐酸液滴定到设定的PH值4.6，记录下消耗的酸液体积和滴定时间，每次的滴定量除以两次滴定的时间间隔就得到该时间段特定速度稀酸冲刷混凝土试件的平均耗酸速率。经过60天持续试验后，用常规方法对混凝土试块质量、中性化深度、强度等进行综合分析处理。
实施例2：本建筑材料液体冲刷模拟试验方法，用于模拟硫酸侵蚀性溶液对混凝土材料的冲刷试验，具体方法和步骤与实施例1相同。按《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999），将待测水泥砂浆制作成直径为50mm、长为100mm的圆柱体水泥砂浆试件，通过成型、养护和烘干后，在试件两底面和上端涂上防腐蚀性能较好的乙烯基树脂，然后装于旋转装置的夹头上。试件插入稀硫酸溶液中的长度为50mm，试件转速为700转/min，续旋转时间为150天；稀硫酸溶液为PH 是3.4的侵蚀性溶液。
如图1-6所示，本建筑材料液体冲刷模拟试验所使用的装置结构与实施例1相同，调速控制器14的微处理器为普通电脑，电机13为普通市售调速电机，电机工作转速控制在700转/min。透明板7是活动的有机玻璃板，面板6是不锈钢板并通过螺钉连接固定在支架5上，支架5为钢架结构。盛液容器4是开口为矩形塑料容器，消能网3为带小孔的井字框形表面涂有防腐蚀涂料的铁皮围网。试件夹头12、试件2和盛液容器4中液面的高度，保证试件2的50mm浸入侵蚀性溶液中。
通过观察口每天用酸溶液浓度监测设备16、17测量冲刷溶液的PH变化值，并且用浓度为0.125mol/L的硫酸液滴定到设定的PH值3.4，记录下消耗的酸液体积和滴定时间，每次的滴定量除以两次滴定的时间间隔就得到该时间段特定速度稀酸冲刷砂浆试件的平均耗酸速率。经过150天持续试验后，用常规方法对砂浆试块质量、中性化深度、强度等进行综合分析处理。
实施例3：本建筑材料液体冲刷模拟试验方法，用于模拟硫酸侵蚀性溶液对混凝土材料的冲刷试验，具体方法和步骤与实施例1相同。参照《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50107—2010），将待测混凝土制作成直径为150mm、长150mm的圆柱体混凝土试件；试件浸入硫酸侵蚀性溶液中的长度为90mm，试件转速为,300转/min，持续旋转时间为360天；侵蚀性溶液为PH值是 4.0的稀硫酸溶液。
如图1-6所示，本建筑材料液体冲刷模拟试验所使用的装置结构与实施例1相同，调速控制器14的微处理器为普通电脑，电机13为普通市售调速电机，电机工作转速控制在300转/min。透明板7是活动的有机玻璃板，面板6是工程塑料板并通过螺钉连接固定在支架5上，支架5为钢架结构。盛液容器4是开口为圆形塑料容器，消能网3为带小孔的圆环形涂有防腐蚀涂料的不锈钢围网。试件夹头12、试件2和盛液容器4中液面的高度，保证试件2浸入侵蚀性溶液中长度为90mm。
通过观察口每天用酸溶液浓度监测设备16、17测量冲刷溶液的PH变化值，并且用浓度为0.3mol/L的硫酸滴定到设定的PH值4.0，记录下消耗的硫酸体积和滴定时间，每次的滴定量除以两次滴定的时间间隔就得到该时间段特定速度稀硫酸冲刷砂浆试件的平均耗酸速率。经过360天持续试验后，用常规方法对混凝土试块质量、中性化深度、强度等进行综合分析处理。
Claims (9)
1.一种建筑材料液体冲刷模拟试验方法，其特征在于：将待测建筑材料制作成圆柱体试件插入容器中的侵蚀性溶液中，通过旋转圆柱体建筑材料试件，形成侵蚀性溶液与建筑材料试件之间的相对运动，模拟侵蚀性溶液对建筑材料试件的冲刷过程，代替流动的侵蚀性溶液对静止的建筑材料试件的冲刷，获得侵蚀性溶液对建筑材料试件的冲刷参数。
2.根据权利要求5所述的建筑材料液体冲刷模拟试验方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）将待测建筑材料制作成圆柱体试件，在试件两底面和上端涂上防腐蚀涂料，然后装于旋转装置的夹头上；
（2）将与待测建筑材料实际所承受侵蚀性溶液相同组分的侵蚀性溶液装入敞口容器中，再将圆柱体建筑材料试件从敞口容器正上方插入侵蚀性溶液中；
（3）启动旋转装置，使圆柱体试件在侵蚀性溶液中旋转，形成侵蚀性溶液对建筑材料试件的模拟冲刷；
（4）持续旋转圆柱体建筑材料试件一段时间后，停止旋转装置的工作，完成对圆柱体建筑材料试件的模拟冲刷过程；
（5）取下圆柱体建筑材料试件，经冲洗、干燥后，通过常规方法对试件受侵蚀情况进行检测，获得建筑材料冲刷试验数据。
3.根据权利要求1或2所述的建筑材料液体冲刷模拟试验方法，其特征在于：试件插入侵蚀性溶液中的深度为其长度的1/2～2/3。
4.根据权利要求1或2所述的建筑材料液体冲刷模拟试验方法，其特征在于：圆柱体建筑材料试件的转速为300～1500转/min，持续旋转时间为60～360天。
5.一种建筑材料液体冲刷模拟试验装置，其特征在于：包括盛液容器（4）、支架（5）、面板（6）、活动透明板（7）、试件夹头（12）、电机（13）、调速控制器（14），支架（5）顶部为面板（6），面板（6）中部开有供电机轴穿过的孔洞、与盛液容器（4）对应位置开有一其中装有透明板（7）的观察窗口，电机（13）装于面板（6）中部，电机轴端头装有试件夹头（12），盛液容器（4）置于支架面板（6）和试件夹头（12）下方位置，调速控制器（14）装于支架（5）侧面，电机（13）的电源线接调速控制器（14）。
6.根据权利要求5所述的一种建筑材料液体冲刷模拟试验装置，其特征在于：支架（5）上装有由溶液浓度探测器（17）和信号处理与显示装置组成的溶液浓度监测设备（16）；溶液浓度探测器（17）伸入盛液容器（4）中，其信号输出端接溶液浓度监测设备（16）输入端。
7.根据权利要求5所述的一种建筑材料液体冲刷模拟试验装置，其特征在于：试件夹头（12）正下方的盛液容器（4）中部位置设有消能网（3），圆柱体建筑材料试件（2）夹固于试件夹头（12）上，圆柱体建筑材料试件（2）下部伸于盛液容器（4）中。
8.根据权利要求5所述的一种建筑材料液体冲刷模拟试验装置，其特征在于：电机（13）通过固定壳（8）和螺钉（9）固定在面板（6）上，试件夹头（12）通过螺钉（10）固定在电机轴上，圆柱体建筑材料试件（2）通过螺钉（11）固定在试件夹头（12）中，调速控制器（14）通过托件（15）支撑固定在支架（5）侧面。
9.根据权利要求5所述的建筑材料液体冲刷模拟试验方法，其特征在于：调速控制器（14）由电机调速电路和微处理器组成。
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