CN103558140A - 一种适用于水泥基材料流水侵蚀的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于水泥基材料流水侵蚀的试验装置及其试验方法，装置由上水箱、下水箱、水流控制阀门、流水槽、上水箱支撑平台、流水槽支撑平台、砂粒垫层、水泵、水管组成。上水箱中的水从水流控制阀门中流出后，进入流水槽中对砂粒垫层上的试件进行冲刷侵蚀，流水槽末端留有一开口，水流从开口流出，进入下水箱中，下水箱中的水通过水泵重新注入上水箱，形成循环流水。试验中对流水侵蚀和普通养护（静水）中的试件进行力学强度的测试，将同龄期强度与普通养护试件强度之比定义为耐蚀系数，利用耐蚀系数对水泥基材料的耐侵蚀性能进行评价。本发明试验装置及方法具有操作简单、组装方便、造价低、适用性强的优点。

Description

一种适用于水泥基材料流水侵蚀的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种适用于水泥基材料受流水侵蚀的试验装置及试验方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

在土木工程领域中，水泥基材料是目前世界上运用最为广泛的建筑材料，大量的工程结构都是由水泥基材料建成的，但由于结构渗漏是工程中的普遍问题，尤其是在水工结构中，导致结构水泥基材料发生侵蚀导致析钙等现象。并最终降低了工程结构的安全性和耐久性。许多电站建成才十多年，结构渗水部位侵蚀严重，常规检修需要停机放空水库，耗费巨大。为此，需要对水泥基材料在流水侵蚀下的机理进行深入的研究。

对于水泥基材料的侵蚀机理，目前学者主要认为有：（1）空气中的二氧化碳与水泥基材料中的氢氧化钙反应，生成的碳酸钙和碳酸氢钙会溶于水被水流带走。（2）水泥浆体组成还会被软水所水解（3）侵蚀性液体和水泥浆体间阳离子发生交换反应（4）硫酸盐膨胀反应等等。这些反应标志着水泥基材料已发生病变，严重的流水侵蚀会降低混凝土结构的安全性和使用寿命，使混凝土变的疏松而失去强度。但目前对混凝土和其它水泥基材料流水侵蚀的试验研究非常少，原因之一便是缺乏一套简便的流水侵蚀试验装置，制约了研究的深入。

现有的专利主要侧重于对结构中的流水进行截流、引流和导流，进而达到预防侵蚀的效果。目前对侵蚀的试验方法主要有静水侵泡，现场原位取芯等，但是静水侵泡无法考虑多种侵蚀机理作用，原位取芯则无法进行大批量的试验。《水工混凝土试验规程》中给出了抗含砂水流冲刷试验的圆环法，圆环法需要制备圆环形状的试件，研究的是砂和水共同作用下的侵蚀机理，属于冲刷抗磨的物理侵蚀，对水流作用下的化学侵蚀无法进行研究。因此，研究开发出可以进行多种环境作用下水泥基材料流水侵蚀的模拟而且操作简单的试验装置及其试验方法具有非常重要的实用价值。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种适用于水泥基材料流水侵蚀的试验装置及试验方法。

一种适用于水泥基材料流水侵蚀的试验装置，包括流水循环装置和支撑装置。所述的流水循环装置主要包括上水箱、下水箱、流水槽、水流控制阀门、水管和水泵。所述的支撑装置主要包括上水箱支撑平台和流水槽支撑平台。所述的水流控制阀门安装在上水箱的预留孔上，接口用止水胶布进行密封。所述水泵一端用水管连接于下水箱内，另一端用水管连接于上水箱内。所述流水槽置于流水槽支撑平台上，流水槽内铺有砂砾垫层，流水槽末端有一倒三角开口，便于水流出。所述水流控制阀门及流水槽个数可根据实际试验需要进行调整。

本发明所述的一种适用于水泥基材料受流水侵蚀的试验装置的试验方法，步骤如下：

1）、制作试验试块，尺寸为10mm*10mm*60mm，室内预养护一天后拆模。

2）、将上水箱中注入适量水，开启水流控制阀门，利用量筒和秒表对流速进行标定，调整阀门的开启程度。

3）、将试块放入流水槽中，试块间留有空隙以便水流通过。同时预留一部分试块在相同条件下的静水中养护。

4）、将下水箱中注满水，并可结合试验需要对水的酸碱度及各种离子浓度进行调整，在达到要求后，开启水泵，将水注入上水箱，水在整套装置中进行循环，对试块进行流水侵蚀。

5）、在达到规定的侵蚀时间后，取流水侵蚀的试块和同龄期静水养护的试块进行抗折强度的测试，并取同龄期下，流水侵蚀条件于静水养护的抗折强度之比定义为耐蚀系数，利用耐蚀系数来评价试验效果。

$F_{\mathrm{cor}}=\frac{f_{\mathrm{tm}}}{f_{\mathrm{ts}}}$

F_cor为耐蚀系数；

f_tm为流水侵蚀下水泥基材料的抗折强度，Mpa；

f_ts为静水养护下水泥基材料的抗折强度，Mpa；

有益效果

本发明基于水泥基材料自然侵蚀的机理，提出了一种流水循环侵蚀装置。并通过定义耐蚀系数来评价流水侵蚀的效果。整套装置组装、拆卸方便，操作简单，流水速度可控制。且试验所需仪器较少，可重复使用。下水箱的水可通过水泵重新注入上水箱，节约了用水。流水槽中设有砂粒垫层便于透水，使得试件下部也能受到流水侵蚀的作用。通过改变溶液（酸、碱等腐蚀性溶液）类型，可以模拟多种有害溶液对水泥基材料的侵蚀。

附图说明

图1为本发明装置平面图

图2为本发明装置立面图

1是上水箱，2是下水箱，3是水流控制阀门，4是流水槽，5是上水箱支撑平台，6是流水槽支撑平台，7是试块，8是砂粒垫层，9是水泵，10是水管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明：

如图1、图2所示：一种适用于水泥基材料受流水侵蚀的试验装置，包括流水循环装置和支撑装置（5、6），流水循环装置包括上水箱1，下水箱2，水流控制阀门3，流水槽4，水泵9和水管10。上水箱1和流水槽4分别置于支撑平台5、6上，流水槽4内铺有砂粒垫层8，试块7放于砂粒垫层8上。利用水泵9和水管10将下水箱2和上水箱1连同，构成环路，并将下水箱2中水重新抽入上水箱1。

下面结合实际工程背景对一种适用于水泥基材料受流水侵蚀的试验装置的试验方法进行阐述，方法如下：

第一步：采用改性超细水泥制作试验试块，尺寸为10mm*10mm*60mm，室内预养一天后拆模。

第二步：根据实际工程背景，估算了流量为0.07ml/s，设计了5种流量:0、0.25、0.5、1、2ml/s，对应流速为0、1.4、2.8、5.6、11.2mm/s。将上水箱1中注入适量水，结合量筒和秒表对四组水流控制阀门的出水量进行标定，使之符合工程实际。

第三步：为了使试件下部也能受到侵蚀，将流水槽中预先铺上厚度约为1mm的砂粒垫层，试块三个一组间隔放置于砂粒垫层上。同时，同时预留一部分试块在相同条件下的静水中养护。

第四步：实际工程中库水的PH为8，将下水箱中注满水后，需添加少量NaOH，并结合PH试纸进行测量，待达到要求后，开启水泵，将水注入上水箱，进行流水侵蚀。在流水侵蚀过程中，每天一次用NaOH滴定溶液或替换清水，使溶液保持设计的PH值。

第五步：本次试验共进行了3天、7天、28天、60天、90天的流水侵蚀。对流水侵蚀和静水养护的试块进行了抗折强度测试，按下式对耐蚀系数进行了计算：

$F_{\mathrm{cor}}=\frac{f_{\mathrm{tm}}}{f_{\mathrm{ts}}}$

F_cor为耐蚀系数；

f_tm为流水侵蚀下水泥基材料的抗折强度，Mpa；

f_ts为静水养护下水泥基材料的抗折强度，Mpa；

计算得到的耐蚀系数如图3所示，图中变化曲线表明，随着流速的增加，耐蚀系数呈现降低的趋势，超细水泥耐蚀性能降低，表明了该套装置的模拟情况与实际工程情况相吻合，并给出了定量分析。

Claims (2)

1.一种适用于水泥基材料流水侵蚀的试验装置，其特征在于：试验装置包括流水循环装置和支撑装置，所述的流水循环装置包括上水箱、下水箱、流水槽、水流控制阀门、水管和水泵，所述的支撑装置包括上水箱支撑平台和流水槽支撑平台，所述的水流控制阀门安装在上水箱的预留孔上，接口用止水胶布进行密封，所述水泵一端用水管连接于下水箱内，另一端用水管连接于上水箱内，所述流水槽置于流水槽支撑平台上，流水槽内铺有砂砾垫层，流水槽末端有一倒三角开口，所述水流控制阀门及流水槽个数根据实际试验需要进行调整。

2.基于权利要求1所述的一种适用于水泥基材料流水侵蚀的试验装置的试验方法，其特征在于：方法如下：

1）、制作试验试块，尺寸为10mm*10mm*60mm，室内预养护一天后拆模；

2）、将上水箱中注入适量水，开启水流控制阀门，利用量筒和秒表对流速进行标定，调整阀门的开启程度；

3）、将试块放入流水槽中，试块间留有空隙以便水流通过，同时预留一部分试块在相同条件下的静水中养护；

4）、将下水箱中注满水，并可结合试验需要对水的酸碱度及各种离子浓度进行调整，在达到要求后，开启水泵，将水注入上水箱，流水在整套装置中进行循环，对试块进行侵蚀；

5）、在达到规定的侵蚀时间后，取流水侵蚀的试块和同龄期静水养护的试块进行抗折强度的测试，并取同龄期下，流水侵蚀条件于静水养护的抗折强度之比定义为耐蚀系数，利用耐蚀系数来评价试验效果，

$F_{\mathrm{cor}}=\frac{f_{\mathrm{tm}}}{f_{\mathrm{ts}}}$

F_cor为耐蚀系数；

f_tm为流水侵蚀下水泥基材料的抗折强度，Mpa；

f_ts为静水养护下水泥基材料的抗折强度，Mpa。

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