CN103484919B - 电化学沉积修复混凝土试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电化学沉积修复混凝土试验装置，包括内部盛放有试验用溶液的反应容器，其顶部设有进液口，底部设有排液口；设置于反应容器的外部的电源，其阴极连接于钢筋混凝土试件中的钢筋；用于装夹钢筋混凝土试件并对其端部施加压力荷载的加载单元；包括支撑台和支撑座的升降支架，支撑台上放置有加载单元，支撑座装设于一称重器上，支撑台与支撑座之间通过一长度可调的升降杆连接；固定装设于反应容器的内壁上且与电源的阳极连接的阳极板。本发明提供的试验装置可对试件模拟施加压力荷载，试验得到的修复结果对实际工程更具参考价值，同时也提高了电化学沉积修复混凝土试验的准确率，减少了试验工作量，提高了试验效率。

Description

电化学沉积修复混凝土试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别是涉及一种电化学沉积修复混凝土试验装置。

背景技术

电化学沉积修复混凝土技术利用阴极（钢筋）产生的沉积产物填补混凝土结构中的裂缝，适用于有水环境下既有结构的裂缝修复。针对当前地下混凝土结构（如隧道）修复难的特点，探索电化学沉积修复技术在既有地下结构裂缝修复中的应用具有重大意义。

国际上，日本自20世纪80年代后期就开始进行利用电化学沉积方法修复海工混凝土结构的研究，以带裂缝的海工混凝土结构中的钢筋为阴极，同时在海水中放置难溶性阳极，两者之间施加弱电流，在电位差的作用下正负离子分别向两极移动，并发生一系列的反应，最后在海工混凝土结构的表面和裂缝里生成沉积物，覆盖混凝土表面，愈合混凝土裂缝。这些沉积物不仅为混凝土提供了物理保护层，而且也可在一定程度上阻止有害物质侵蚀混凝土。

根据这一原理，日本、美国近年来对电化学沉积法修复混凝土的可行性进行了初步试验研究。Ryou（美国）和Otsuki（日本）等分别采用干缩混凝土试件、盐水侵蚀18个月的钢筋混凝土试件、由荷载产生裂缝的圆柱形钢筋混凝土试件、受载产生裂缝的钢筋混凝土梁等为对象，对电化学沉积方法修复混凝土的可行性和有效性进行了研究。

在国内，同济大学蒋正武教授等也进行了电化学沉积方法修复混凝土裂缝的可行性和机理研究，并且还设计了电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的试验装置，采用多孔混凝土模拟带裂缝的混凝土，以质量增加量、透水系数及声速等作为评价指标，研究了电流密度、电解质浓度等因素对不同空隙率的多孔钢筋混凝土的修复效果。

既有地下结构（如隧道）一般都要承受荷载，如土压力、水压力等。但是，无论是在国外还是在国内，当前电化学沉积修复混凝土的试验装置都没有考虑荷载因素对修复效果的影响，这与实际情况不尽相同。因此，在修复试验过程中，如果能考虑荷载因素对修复效果的影响，其试验结果将对实际工程更具参考价值。另外，当前的电化学沉积修复混凝土的试验装置均无法随时监测修复过程中试件的质量变化，较难判断停止修复的时间；无法随时调节电极（阳极）与待修复试件（阴极）之间的距离，无法随时对溶液进行更换，影响了试验结果的准确性，并增加了试验工作量。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种可对混凝土试件施加不同等级的压力荷载、测量试件质量变化、调节阴阳电极之间的距离、更换试验反应溶液的多功能电化学沉积修复混凝土试验装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电化学沉积修复混凝土试验装置，包括：反应容器，内部盛放有反应溶液，顶部设有进液口，底部设有排液口；电源，设置于所述反应容器的外部，所述电源的阴极连接于钢筋混凝土试件中的钢筋；加载单元，用于装夹所述钢筋混凝土试件并对所述钢筋混凝土试件的端部施加压力荷载；升降支架，包括位于所述反应容器内部的支撑台和外部的支撑座，所述加载单元放置于所述支撑台上，所述支撑座装设于一称重器上；所述支撑台与所述支撑座之间通过一升降杆连接，所述升降杆长度可调；阳极板，固定装设于所述反应容器的内壁上且与所述电源的阳极连接。

优选地，所述反应容器的底部为向外凸出的弧形曲面，所述排液口设置于所述弧形曲面的最低处。

优选地，所述电源为可调节直流电源。

优选地，所述加载单元包括第一装夹板、第二装夹板、加载板和多根传力杆；所述传力杆贯穿所述第一装夹板、第二装夹板和加载板；所述传力杆的两端设有螺纹并装设有锁紧螺母；所述第一装夹板和加载板之间连接有多根压簧。

进一步优选地，所述第一装夹板上装设有在所述第一装夹板和加载板之间延伸的标尺。

优选地，所述升降杆包括与所述支撑台固定连接的支撑杆和与所述支撑座固定连接的套筒；所述支撑杆的下端插入所述套筒内，并由锁紧螺钉锁紧。

优选地，所述支撑杆的外表面沿长度方向设有刻度线。

优选地，所述支撑杆与所述反应容器的底部之间设置有密封结构。

优选地，所述阳极板与所述支撑台平行设置。

优选地，所述阳极板为钛板或石墨板。

如上所述，本发明提供的电化学沉积修复混凝土试验装置，具有以下有益效果：

1.通过调整压簧的压缩量或刚度系数模拟不同的压力荷载对试件修复效果的影响。

2.通过调整升降支架的高度，可调节钢筋混凝土试件与阳极板（阴阳两电极）间的距离，便于分析电极间距离变化对修复效果的影响。

3.钢筋混凝土试件放置于升降支架上，升降支架放置于称重器上，可方便地监测钢筋混凝土试件在修复过程中的质量变化，便于对修复效果进行评估。

4.通过反应容器的进液口和排液口可以方便地更换反应溶液，与需要取出试件再更换反应溶液的常规方法相比，减小了反应溶液更换对修复效果的影响，提高了试验准确率，同时也减少了试验工作量，提高了试验效率。

附图说明

图1显示为本发明的电化学沉积修复混凝土试验装置的示意图。

图2显示为本发明的电化学沉积修复混凝土试验装置中加载单元的示意图。

元件标号说明

1反应容器

11进液口

12排液口

2电源

3加载单元

31第一装夹板

32第二装夹板

33加载板

34压簧

35传力杆

36锁紧螺母

37标尺

4升降支架

41支撑台

42支撑座

43升降杆

431支撑杆

432套筒

5阳极板

6钢筋混凝土试件

61钢筋

7称重器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1和图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供的电化学沉积修复混凝土试验装置主要包括：加载单元3、反应容器1、升降支架4、阳极板5和电源2。

考虑到荷载因素对混凝土修复效果的影响，本发明采用加载单元3对钢筋混凝土试件6的端部施加压力荷载，以模拟外部荷载对修复效果的影响。如图2所示，加载单元3包括第一装夹板31、第二装夹板32、加载板33和多根传力杆35。传力杆35贯穿第一装夹板31、第二装夹板32和加载板33。传力杆35的两端设有螺纹并装设有锁紧螺母36。第一装夹板31和加载板33之间连接有多根压簧34。钢筋混凝土试件6装夹在第一装夹板31和第二装夹板32之间，加载单元3对钢筋混凝土试件6的端部施加压力荷载。为使钢筋混凝土试件6的端部受力均匀，压簧34可相对于第一装夹板31的中心对称设置。于实施例中，压簧34套设在第一装夹板31和加载板33之间的传力杆35上。第一装夹板31、第二装夹板32和加载板33均为不锈钢板。

要对钢筋混凝土试件6施加不同等级的压力荷载，可以通过更换不同刚度的压簧34，以及旋紧锁紧螺母36使压簧34产生不同的压缩变形量来实现。第一装夹板31上装设有在第一装夹板31和加载板33之间延伸的标尺37，用来测量压簧34的压缩变形量。于实施例中，还可以在第一装夹板31和加载板33之间设置位移计来测量压簧34的压缩变形量。

反应容器1用于盛放反应溶液，尺寸可以根据混凝土试件6和加载单元3的大小具体确定。反应溶液用于产生电解沉积反应所需要的离子，溶液的浓度和种类可根据试验需要调节。反应容器1的顶部设有进液口11，反应溶液从进液口处被注入反应容器1。为便于在试验结束后将反应溶液从反应容器1中排出，其底部设置为向外凸出的弧形曲面，排液口12则设置于弧形曲面的最低处。排液口12还设置有开关阀门。试验过程中，不用取出钢筋混凝土试件6即可完成反应溶液的更换，减少了反应溶液更换对修复效果的影响，提高了试验准确率，同时也减少了试验工作量，提高了试验效率。

升降支架4包括位于反应容器1内部的支撑台41和外部的支撑座42。加载单元3装夹好钢筋混凝土试件6后放置于支撑台41上。支撑座42装设于一称重器7上，可在试验过程中方便地测量钢筋混凝土试件6的重量变化，对修复结果进行评估。支撑台41与支撑座42之间通过一升降杆43连接。升降杆43从反应容器1的底部穿出，为防止反应溶液渗漏，在升降杆43与反应容器1的底部之间设置有密封结构。

阳极板5固定装设于反应容器1的内壁上，可以为钛板或石墨板。电源2设置于反应容器1的外部，用于产生弱电流，可采用可调节直流电源，也可采用脉冲电源等。电源2的阴极通过导线连接于钢筋混凝土试件6中的钢筋61，阳极则与阳极板5连接。试验反应过程中，反应溶液中的钢筋61做为阴极，阳极板5做为阳极。

要分析电极间距离变化对修复效果的影响，需要调节钢筋61与阳极板5（阴阳两电极）间的距离。阳极板5与支撑台41平行设置，电极间的距离可以通过调整升降支架4的高度，即支撑台41与阳极板5之间的距离实现。升降支架4的升降杆43是长度可调的，升降杆43包括支撑杆431和套筒432。套筒432与支撑座42固定连接，支撑杆431上端与支撑台41固定连接，下端插入套筒432内，并可由锁紧螺钉锁紧。为方便测量支撑杆431的长度变化，支撑杆431的外表面沿其移动方向设有刻度线。套筒432的上边沿与刻度线配合即可读出支撑杆431的长度变化。

使用本发明提供的电化学沉积修复混凝土试验装置开展试验时，可按下述步骤进行：

S1：压簧34的压缩变形会产生荷载压力，压缩量与荷载的关系式为：Δl=P/nK，其中，Δl为压簧34的压缩量，P为压力荷载，K为压簧34的刚度，n为压簧34的根数。先确定压簧34根数n，将钢筋混凝土试件6装入加载单元3，旋紧传力杆35两端的锁紧螺母36，使压簧34产生压缩变形，压缩量Δl可通过标尺37或者位移计进行测量。通过调整压缩量Δl或者更换具有不同刚度K的压簧34，可以在钢筋混凝土试件6上施加试验所需的压力荷载P。

S2：将装夹有钢筋混凝土试件6的加载单元3放置在升降支架4的支撑台41上。调节支撑杆431相对于套筒432的长度，使支撑台41与阳极板5之间的距离达到试验设定值。支撑杆431的长度变化可通过刻度线读出。

S3：将钢筋混凝土试件6的钢筋61用导线与电源2的阴极连接，将阳极板5用导线与电源2的阳极连接。

S4：关闭排液口12，打开进液口11，向反应容器1内添加反应溶液，直至达到试验设定的液面位置。打开电源2，开始进行电化学沉积修复混凝土试验。

S5：达到设定的修复时间后，打开排液口12排出已进行过试验的反应溶液。反应溶液排尽后，通过称重器7测量经过修复的钢筋混凝土试件6的质量变化，以质量增加值作为停止修复的判断标准。

S6：如果根据判断需要继续进行修复，重复上述步骤S4—S5直至钢筋混凝土试件6的质量达到设定值。

在整个修复试验过程中，通过标尺37监测压簧34压缩量的变化，以确保钢筋混凝土试件6承受的荷载始终不变。

综上所述，本发明提供的电化学沉积修复混凝土试验装置可对钢筋混凝土试件模拟施加不同的压力荷载，试验修复结果对实际工程更具参考价值。钢筋混凝土试件与阳极板（阴阳两电极）间的距离可调，便于分析电极间距离变化对修复效果的影响。通过称重器监测钢筋混凝土试件在修复过程中的质量变化，便于进行修复效果评估。通过反应容器的进液口和排液口可方便地进行反应溶液的更换，提高了试验准确率，同时也提高了试验效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于，包括：

反应容器(1)，内部盛放有反应溶液，顶部设有进液口(11)，底部设有排液口(12)；

电源(2)，设置于所述反应容器(1)的外部，所述电源(2)的负极连接于钢筋混凝土试件(6)中的钢筋(61)；

加载单元(3)，用于装夹所述钢筋混凝土试件(6)并对所述钢筋混凝土试件(6)的端部施加压力荷载；

升降支架(4)，包括位于所述反应容器(1)内部的支撑台(41)和外部的支撑座(42)，所述加载单元(3)放置于所述支撑台(41)上，所述支撑座(42)装设于一称重器(7)上；所述支撑台(41)与所述支撑座(42)之间通过一升降杆(43)连接，所述升降杆(43)长度可调；

正极板(5)，固定装设于所述反应容器(1)的内壁上且与所述电源(2)的正极连接。

2.根据权利要求1所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述反应容器(1)的底部为向外凸出的弧形曲面，所述排液口(12)设置于所述弧形曲面的最低处。

3.根据权利要求1所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述电源(2)为可调节直流电源。

4.根据权利要求1所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述加载单元(3)包括第一装夹板(31)、第二装夹板(32)、加载板(33)和多根传力杆(35)；所述传力杆(35)贯穿所述第一装夹板(31)、第二装夹板(32)和加载板(33)；所述传力杆(35)的两端设有螺纹并装设有锁紧螺母(36)；所述第一装夹板(31)和加载板(33)之间连接有多根压簧(34)。

5.根据权利要求4所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述第一装夹板(31)上装设有在所述第一装夹板(31)和加载板(33)之间延伸的标尺(37)。

6.根据权利要求1所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述升降杆(43)包括与所述支撑台(41)固定连接的支撑杆(431)和与所述支撑座(42)固定连接的套筒(432)；所述支撑杆(431)的下端插入所述套筒(432)内，并由锁紧螺钉锁紧。

7.根据权利要求6所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述支撑杆(431)的外表面沿长度方向设有刻度线。

8.根据权利要求6所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述支撑杆(431)与所述反应容器(1)的底部之间设置有密封结构。

9.根据权利要求1所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述正极板(5)与所述支撑台(41)平行设置。

10.根据权利要求1所述的电化学沉积修复混凝土试验装置，其特征在于：所述正极板(5)为钛板或石墨板。