CN104122186A - 一种柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置及试验方法，包括渗透压力水罐、补水罐、静压控制柜和渗透溶蚀压力室；补水罐与渗透压力水罐相连，渗透压力水罐与渗透溶蚀压力室相连；渗透溶蚀压力室内设有一个试样底座；旋转上盖与试样底座之间形成了一个空间；在旋转上盖内设有底部与试样相通、顶部与出水管相通的出水孔，出水孔与出水管相连，出水管通到压力室外；试样底座内部设有顶部与试样相通、底部与外界相通的排水排气孔和渗透压力接口；渗透压力接口与渗透压力水罐相连；排水排气孔与排水排气管相连；所述的试样底座的侧面设有周围压力接口，通过压力管线连接到静压控制柜，试验时，通过静压柜调压阀调节压力进行渗透溶蚀试验。

Description

一种柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置及其试验方法

 

技术领域

本发明涉及一种渗透溶蚀试验装置及试验方法，尤其是一种柔性防渗材料筑体渗透溶蚀试验装置及其试验方法。

背景技术

柔性防渗材料被广泛应用于水利工程大坝基础、堤防防渗加固的连续墙中，它们处于地下，且大多数情况下在淡水环境中工作，长期受到地下水的溶蚀作用。溶蚀，也称溶出性侵蚀，是指当柔性防渗材料筑体受到环境中压力水的渗流作用时，筑体内的氢氧化钙逐渐扩散到浓度很低的环境水中去，这样，硅酸盐中的固相水化矿物便自动析出石灰以补充液相中的氢氧化钙含量，借以恢复浓度平衡。若这些石灰水在渗流作用下又被带走，则固相物质再继续溶解，溶液中的石灰浓度继续不断降低时，则水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁铝酸钙中的钙也将相继溶解流失，最终导致防渗筑体结构发生破坏的过程。溶蚀问题直接关系到防渗筑体的安全工作和使用寿命，目前尚未有定型的柔性防渗材料渗透溶蚀试验产品。

中国专利申请201110191480.0公开了一种塑性混凝土渗透试验装置及其试验方法，该装置是一个专用于渗透系数试验的装置,无法进行渗透溶蚀试验,因为：1、渗透溶蚀试验要达到试样溶蚀破坏所需的时间很长，试验的渗透水量很大，且溶蚀试验是一项不间断试验，试验过程中需持续补水以维系正常试验，该渗透试验装置的压力水罐系统无此功能，不能满足渗透溶蚀试验要求。2、渗透溶蚀试验不仅渗透水量很大，而且试验时间通常长达数月，利用人工记录各时间段的渗出水量是非常困难的，而塑性混凝土渗透试验装置无自动记录观测系统，不能满足各时间段对试验渗透水量的计量要求。3、塑性混凝土渗透试验装置的压力室为上、下两层密封，由于渗透溶蚀试验所施加的周围压力相对较大，这种设计更容易漏气，密封效果不如一体式好。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺点，本发明公开了一种柔性防渗材料渗透溶蚀试验系统及其试验方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，包括压力水罐、补水罐、渗透溶蚀压力室和静压控制柜，所述的补水罐与压力水罐相连，所述的压力水罐与渗透溶蚀压力室相连，为其提供渗透水压力；所述的渗透溶蚀压力室内设有一个试样底座，在所述的试样底座正上方设有一个与其相对的旋转上盖，旋转上盖与试样底座之间形成了一个用于安放试样和透水石的空间；在旋转上盖内设有底部与试样相通、顶部与出水管相通的出水孔，出水孔与出水管相连，出水管一直通到压力室外，且与流量计相连；所述的试样底座内部设有顶部与试样相通、底部与外界相通的排水排气孔和渗透压力接口；渗透压力接口与渗透压力水罐相连；排水排气孔与排水排气管相连；所述的试样底座的侧面设有周围压力接口，通过压力管线连接到静压控制柜，试验时，通过静压柜调压阀调节压力进行渗透溶蚀试验。

所述的渗透溶蚀压力室包括压力室固定装置和压力室外罩；所述的压力室固定装置包括压力室底座、三角形支架和立柱，它们固定连接；所述的压力室外罩与压力室底座之间通过一个连接环连接，连接环上设有三个把手；压力室外罩顶部与一个端盖通过螺纹连接；所述的压力室外罩内设置有一个三角形支架，所述的支架通过立柱与压力室底座连接，且支架上设有与试样相同直径的圆孔，可容许试样上盖穿过支架中心，并通过螺纹旋转调节高度。

所述的静压控制柜装置，包括三个调压阀及三个精密压力表，分别安装在控制柜的面板上，形成一套完整的静压控制系统；气压源通过三通阀门分别为补水罐、渗透水压力罐及压力室围压提供压力；所述的补水罐与水源和渗透压力水罐相连，通过补水罐调压阀对补水罐中的水施加压力，并使该压力大于渗透压力水罐中的压力，形成补水；所述的气压源通过渗透压力阀门对渗透压力水罐施加压力，气压转换为水压后与渗透压力接口相连，实现溶蚀试验的渗透水压力；所述的压力室周围压力的施加，是通过周围压力调压阀对压力室内部施加周围压力，该压力应大于试样的渗透水压力，此举可以防止侧壁绕渗。

在所述的旋转上盖上设有一个与其相连的把手。

所述的渗透压力水罐与补水罐之间的管路上设有节止阀。

在所述的试样旋转上盖底部、试样底座顶部均设有透水石，所述的试样放置在两个透水石之间。

所述的渗透溶蚀压力室接管与进水、出水、排水孔连接管均设有节止阀门。

本发明的试验方法如下：

①将试样上下表面打毛，以消除影响试样透水性的水泥浆膜；

②在圆柱体试样的侧表面均匀涂上密封材料硅橡胶，并将处理好的试样在清水中浸泡24小时以上，或用饱和罐进行真空饱和；

③将乳胶膜捆绑于试样底座，分别放置下透水石、试样、上透水石。通过上盖把手旋转调整上盖高度，直至活动上盖的下表面刚刚接触上透水石为宜。将乳胶膜扎紧于活动上盖的凹槽内，试件安装完成；

④将压力室外罩放置于压力室底座上，通过把手旋紧压力室，并检查压力室是否有漏气现象。

⑤打开渗透压力接管的阀门，通过控制面板施加0.05 MPa的渗透水压力，将装试样过程中带入乳胶膜与试样之间的空气通过出水管排出；当试样内部排气完成后，关闭渗透水压力接管阀门，撤去渗透压力；在压力室内施加0.05MPa的周围压力，将试样内部多余水排出，当确定无多余水和气体后，打开渗透水压力接管阀门，进行渗透溶蚀试验。

⑥根据事先选定的渗透比降，在压力室内施加周围压力和渗透水压进行试验，为确保试验结果的准确性，试验时渗透压力要小于压力室内周围压力，确保乳胶膜贴紧试样，防止绕渗。

⑦由流量计测量实时的渗出水量，每24小时记录当日累计渗透水量，并检测当日渗出水中Ca²⁺含量。

⑧实时监控流量仪数据，当流量仪数据突然变大时，应停止试验。

⑨关闭渗透压力接管阀门，撤去渗透压力和周围压力，打开排水排气阀，通过排水排气管将试样及管路中的余水排出，旋开压力室，拆去乳胶膜，拿下试样，溶蚀试验完成；

⑩整理出Ca²⁺ 当日溶出量与渗透历时关系线、CaO累积溶出量与渗透历时关系线。

本发明的有益效果如下：

柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置主要由压力源、静压控制柜、压力室、压力水罐、补水罐、调压阀、压力表、流量计、进水管、排水管等组成。

1、压力室结构分为两部分：（1）、试验装置的底座和三角形支架通过三根正三角形分布的立柱固定连接，这一部分为压力室固定部分。支架上设有与试样相同直径的圆孔，可容许试样上盖穿过支架中心，并通过螺纹旋转调节高度。试样上盖中心设有贯穿上下的出水孔，与出水管相连。（2）、压力室外罩部分。压力室外罩为一体式设计，通过连接环上的把手，与底座旋转紧固成为一个整体的渗透溶蚀试验装置压力室。一体式设计使压力室受力均匀，结构简单，密封效果更好。

2、压力水罐设计为两个，一个为渗透压力水罐，一个为补水罐。试验用渗透压力水罐是通过气压转换为水压，由底部对试样施加渗透压力。由于溶蚀试验可能持续数周、数月，并且该试验为不间断试验，所以试验过程中渗透水的持续补给是关键。补水罐联接水源，试验过程中如需补水，则打开两罐之间连接阀， 通过控制面板对补水罐施加压力，并使之大于渗透压力水罐的压力，即可实现由补水罐向渗透压力水罐的补水，保证渗透溶蚀试验不间断持续运行。

3、对试样进行涂胶裹膜，并使施加的周围压力大于渗透压力，防止了渗透水的侧壁绕渗，保证了试验结果的稳定及准确。

4、该仪器能在溶蚀试验的过程中同时得到试样各时间段的渗透系数，试验的针对性和研究效率大大提高。

5、试样上盖与三角形支架的联接形式被设计为螺纹旋转联接式，该设计能根据不同的试样高度，适当调整活动上盖与试样底座的间距，避免试样高度受制于固定间距而导致对试样进行再加工。

附图说明

    图1 本发明的整体结构图；

图2渗透溶蚀试验压力室的结构图；

图3静压控制柜示意图；

图中：1外罩， 2旋转上盖把手， 3 出水管， 4 透水石， 5试样， 6试样底座，7周围压力接口， 8 排水排气管，9渗透压力接口， 10 压力室底座支架，11压力室底座，12 流量计接口， 13 密封圈， 14 把手， 15 连接环， 16立柱， 17 旋转上盖，18 三角形支架，19 补水罐，20渗透压力水罐, 21渗透溶蚀压力室；22 气压源，23 周围压力调压阀，24 补水罐调压阀，25 渗透压力调压阀。

具体实施方式

    下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，包括渗透压力水罐20、补水罐19、渗透溶蚀压力室21和静压控制柜22。所述的补水罐与渗透压力水罐通过管路相连，管路中设有止水阀，补水罐可为渗透压力水罐补水；渗透压力水罐与渗透溶蚀压力室相连，为其提供渗透水压力；

渗透溶蚀压力室包括压力室固定装置和压力室外罩1；压力室固定装置包括压力室底座11、三角形支架18和立柱16，所述的压力室外罩1与压力室底座11之间通过一个连接环15连接，连接环15上设有把手14；压力室外罩1顶部与一个端盖通过螺纹连接；所述的压力室外罩内设置有一个三角形支架，所述的支架通过立柱与压力室底座连接，且支架上设有与试样相同直径的圆孔，可容许试样上盖穿过支架中心，并通过螺纹旋转调节高度。

压力室外罩1内设有一个放置在压力室底座上的试样底座6，所述的试样底座的正上方设有可通过旋转上盖把手2调节高度的旋转上盖17，所述的旋转上盖与试样底座之间用于安放试样5和透水石4；在旋转上盖顶部设有一个出水口，通过出水管3直接通往压力室底座，在流量计接口12处与流量观测系统连接；试样底座6设有与外界相通的排水排气孔8和渗透压力接口9；试样底座的侧面设有可对试样施加周围压力的周围压力接口7；压力室外罩1通过带把手14的可旋转的连接环15螺旋紧固在压力室底座上，压力室底座与连接环之间设有密封圈13，这样就形成了一个完整的渗透溶蚀试验压力室。

静压控制柜装置，由三个调压阀及三个精密压力表组成，分别安装在控制柜的面板上，形成一套完整的静压控制系统；气压源22通过三通阀门分别为补水罐、渗透水压力罐及压力室围压提供压力。所述的补水罐19与水源和渗透压力水罐20相连，通过补水罐调压阀24对补水罐中的水施加压力，并使该压力大于渗透压力水罐中的压力，形成补水；通过渗透压力阀门25对渗透压力水罐施加压力，气压转换为水压后与渗透压力接口9相连，实现溶蚀试验的渗透水压力；所述的压力室周围压力的施加，是通过周围压力调压阀23对压力室内部施加周围压力，该压力应大于试样的渗透水压力，此举可以防止侧壁绕渗。

本发明的试验方法如下：

①将试样上下表面打毛，以消除影响试样透水性的水泥浆膜；

②在圆柱体试样的侧表面均匀涂上密封材料硅橡胶，并将处理好的试样在清水中浸泡24小时以上，或用饱和罐进行真空饱和；

③将乳胶膜捆绑于试样底座，分别放置下透水石、试样、上透水石。通过上盖把手旋转调整上盖高度，直至活动上盖的下表面刚刚接触上透水石为宜。将乳胶膜扎紧于活动上盖的凹槽内，试件安装完成；

④将压力室外罩放置于压力室底座上，通过把手旋紧压力室，并检查压力室是否有漏气现象。

⑤打开渗透压力接管的阀门，通过控制面板施加0.05 MPa的渗透水压力，将装试样过程中带入乳胶膜与试样之间的空气通过出水管排出；当试样内部排气完成后，关闭渗透水压力接管阀门，撤去渗透压力；在压力室内施加0.05MPa的周围压力，将试样内部多余水排出，当确定无多余水和气体后，进行溶蚀、渗透试验。

⑥根据事先选定的渗透比降，在压力室内施加周围压力和渗透水压进行试验，为确保试验结果的准确性，试验时渗透压力要小于压力室内周围压力，确保乳胶膜贴紧试样，防止绕渗。

⑦由流量计测量实时的渗出水量，每24小时记录当日累计渗透水量，并检测当日渗出水中Ca²⁺含量。

⑧实时监控流量仪数据，当流量仪数据突然变大时，应停止试验。

⑨关闭渗透压力接管阀门，撤去渗透压力和周围压力，打开排水排气阀，通过排水排气管将试样及管路中的余水排出，旋开压力室，拆去乳胶膜，拿下试样，溶蚀试验完成；

⑩整理出Ca²⁺ 当日溶出量与渗透历时关系线、CaO累积溶出量与渗透历时关系线。

Claims (9)

1.一种柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，其特征在于：包括压力水罐、补水罐、渗透溶蚀压力室和静压控制柜，所述的补水罐与压力水罐相连，所述的压力水罐与渗透溶蚀压力室相连，为其提供渗透水压力；所述的渗透溶蚀压力室内设有一个试样底座，在所述的试样底座正上方设有一个与其相对的旋转上盖，旋转上盖与试样底座之间形成了一个用于安放试样和透水石的空间；在旋转上盖内设有底部与试样相通、顶部与出水管相通的出水孔，出水孔与出水管相连，出水管一直通到压力室外，且与流量计相连；所述的试样底座内部设有顶部与试样相通、底部与外界相通的排水排气孔和渗透压力接口；渗透压力接口与渗透压力水罐相连；排水排气孔与排水排气管相连；所述的试样底座的侧面设有周围压力接口，通过压力管线连接到静压控制柜，试验时，通过静压柜调压阀调节压力进行渗透溶蚀试验。

2.如权利要求1所述的柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，其特征在于：所述的渗透溶蚀压力室包括压力室固定装置和压力室外罩；所述的压力室固定装置包括压力室底座、三角形支架和立柱，所述的压力室外罩与压力室底座之间通过一个连接环连接，连接环上设有一个把手；压力室外罩顶部与一个端盖通过螺纹连接；所述的压力室外罩内设置有一个三角形支架，所述的支架通过立柱与压力室底座连接，且支架上设有与试样相同直径的圆孔，可容许试样上盖穿过支架中心，并通过螺纹旋转调节高度。

3. 如权利要求1所述的柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，其特征在于：所述的静压控制柜装置，包括三个调压阀及三个精密压力表，分别安装在控制柜的面板上，形成一套完整的静压控制系统；气压源通过三通阀门分别为补水罐、渗透水压力罐及压力室围压提供压力。     

4. 如权利要求3所述的柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，其特征在于：所述的补水罐与水源和渗透压力水罐相连，通过补水罐调压阀对补水罐中的水施加压力，并使该压力大于渗透压力水罐中的压力，形成补水；所述的气压源通过渗透压力阀门对渗透压力水罐施加压力，气压转换为水压后与渗透压力接口相连，实现溶蚀试验的渗透水压力；所述的压力室周围压力的施加，是通过周围压力调压阀对压力室内部施加周围压力，该压力应大于试样的渗透水压力，防止侧壁绕渗。

5. 如权利要求1所述的柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，其特征在于：在所述的旋转上盖上设有一个与其相连的把手。

6. 如权利要求1所述的柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，其特征在于：所述的渗透压力水罐与补水罐之间的管路上设有节止阀。

7. 如权利要求1所述的柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，其特征在于：在所述的试样旋转上盖底部、试样底座顶部均设有透水石，所述的试样放置在两个透水石之间。

8. 如权利要求1所述的柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置，其特征在于：所述的渗透溶蚀压力室接管与进水、出水、排水孔连接管均设有节止阀门。

9. 如权利要求1-8任一所述的柔性防渗材料渗透溶蚀试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

①将试样上下表面打毛；

②在圆柱体试样的侧表面均匀涂上密封材料硅橡胶，并将处理好的试样在清水中浸泡24小时以上，或用饱和罐进行真空饱和；

③将乳胶膜捆绑于试样底座，分别放置下透水石、试样、上透水石；通过上盖把手旋转调整上盖高度，直至活动上盖的下表面刚刚接触上透水石为宜；

将乳胶膜扎紧于活动上盖的凹槽内，试件安装完成；

④将压力室外罩放置于压力室底座上，通过把手旋紧压力室，并检查压力室是否有漏气现象；

⑤打开渗透压力接管的阀门，通过控制面板施加0.05 MPa的渗透水压力，将装试样过程中带入乳胶膜与试样之间的空气通过出水管排出；当试样内部排气完成后，关闭渗透水压力接管阀门，撤去渗透压力；在压力室内施加0.05MPa的周围压力，将试样内部多余水排出，当确定无多余水和气体后，进行溶蚀、渗透试验；

⑥根据事先选定的渗透比降，在压力室内施加周围压力和渗透水压进行试验，为确保试验结果的准确性，试验时渗透压力要小于压力室内周围压力，确保乳胶膜贴紧试样，防止绕渗；

⑦由流量计测量实时的渗出水量，每24小时记录当日累计渗透水量，并检测当日渗出水中Ca²⁺含量；

⑧实时监控流量仪数据，当流量仪数据突然变大时，应停止试验；

⑨关闭渗透压力接管阀门，撤去渗透压力和周围压力，打开排水排气阀，通过排水排气管将试样及管路中的余水排出，旋开压力室，拆去乳胶膜，拿下试样，溶蚀试验完成；

⑩整理出Ca²⁺ 当日溶出量与渗透历时关系线、CaO累积溶出量与渗透历时关系线。