CN105259103B - 海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，包括：分段密封有压试验箱（1），所述分段密封有压试验箱（1）的各分段均设置有盐雾喷淋模块（2）、增压模块（3）和恒温模块（4）；所述分段密封有压试验箱（1）的箱内侧壁上对称式竖向布置有滑轨（15），所述滑轨（15）内设置有若干分层平台（16），所述分层平台（16）内为张紧的弹簧丝（17），试件（18）穿过所述弹簧丝（17）后放置于所述分段密封有压试验箱（1）底部。本发明提供的一种海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，能有效制备符合原型结构物不同时期盐离子侵蚀状况的试件，使海工结构物的耐久性研究中所采用的试件更加符合实际状况。
Description
技术领域
本发明涉及一种海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，具体涉及一种利用在沿海工结构模型高度方向施加不同浓度的增温加压盐雾来加速模拟当前海工结构物内部的氯离子\硫酸根离子的分布状况的系统，适用于各类模拟海工结构物的当前氯离子\硫酸根离子分布的实验研究中。
背景技术
海工结构物绝大多数处于跨越大气区—潮差区—水下区三种不同工作介质的工作环境中，由于工程所在地的温度变化、潮汐变化、气象条件变化和当地海水盐度的变化，环境中的氯离子\硫酸根离子浓度在各个工作介质中会产生很大的不同，随着氯离子和硫酸根离子在各工作介质与结构物内部不同浓度差的作用下，氯离子和硫酸根离子会不停的从各工作介质中以不同速度向结构物内部侵蚀，因此也造成海工结构物内部氯离子\硫酸根离子沿高度方向具有不同的分布状况。
在很多海工结构耐久性实验研究中，需要准确的模拟结构物当前的氯离子\硫酸根离子侵蚀现状为后续实验提供准确的基本模型，长期的将结构模型置于与原型海工结构物相同的海洋环境中是可行的，但是由于离子侵蚀缓慢，模拟原型海工结构物工作一定年限之后的氯离子\硫酸根离子侵蚀状态意味着需要将模型试件在相同海洋环境中暴露相同年限，这对于实验研究很显然是不现实的。
要达到加速氯离子\硫酸根离子侵蚀达到模型试件与原型具有一致内部氯离子\硫酸根离子分布的目的，当前实验研究中一般是采取掺加氯盐\硫酸盐的方法来模拟待研究海工结构物的当前氯离子/硫酸根离子侵蚀状态，具体做法是在浇筑海工结构混凝土模型时，在模型的不同介质作用的区段内定量添加与原型当前侵蚀状态一致的氯盐\硫酸盐。但是这种实验常用做法存在两个显而易见的不足：
(一)在浇筑模型试件阶段掺加氯盐\硫酸盐时，因为此时混凝土还未初凝，此时掺加盐以离子的形式在混凝土拌合物沿着浓度梯度方向以很快的速度扩散，不可避免的将使整个试件内的离子浓度分布向均匀化的趋势发展，并且在混凝土初凝之后，这种扩散还将持续很长时间，这将导致预先设计的沿结构分段的不同离子浓度难以控制，使得模型的侵蚀状态与原型侵蚀状态产生很大的差别。这将导致实验研究建立在一个不准确的基本模型上。
(二)实际的氯离子\硫酸根离子侵蚀原型海工结构物是从外部环境在浓度差的动力作用下向内部侵蚀的，而上述常用实验室在混凝土拌合物中掺加氯盐\硫酸盐的做法实际上是一种离子均匀散布于结构物内部的做法，将导致模型与原型内部离子迁移动力环境上的显著差异，使得模型离子侵蚀状态偏离原型实际离子侵蚀状态。
另外现在比较流行的盐雾试验箱只能对试件进行单一浓度盐雾的侵蚀实验，与前述海工结构物所处的分层变浓度氯离子\硫酸根离子工作环境有很大的不同，这大大限制了现有盐雾试验箱在海工结构物离子侵蚀研究领域的应用。
因此建成一种能耗小，工作可靠，加速侵蚀效果良好的新型海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统对于准确模拟海工结构物在服役年限内其内部氯离子\硫酸根离子分布从而对提高海工结构耐久性研究准确度有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种模拟精度高，可根据海工结构物工作环境分段分浓度加速模拟的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统；进一步地，本发明提供一种安全性高、具有防爆功能的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统；更进一步地，本发明提供一种分层平台可根据海工结构物工作环境调节位置的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于，包括：分段密封有压试验箱，所述分段密封有压试验箱的各分段均设置有盐雾喷淋模块、增压模块和恒温模块；所述分段密封有压试验箱的箱内侧壁上对称式竖向布置有滑轨，所述滑轨内设置有若干分层平台，所述分层平台内为张紧的弹簧丝，试件穿过所述弹簧丝后放置于所述分段密封有压试验箱底部，再将所述分层平台四周的加劲螺钉抵紧位于所述分层平台各边的密封条，然后在所述弹簧丝上部铺设为石油沥青起模板作用的薄木片，并浇筑石油沥青，形成所述分段密封有压试验箱内各分段的密封环境；所述分段密封有压试验箱的顶盖为重力式盖板。
所述分层平台为方框型，所述方框型内为张紧的弹簧丝，所述方框型外包覆有密封条，所述密封条与分段密封有压试验箱的内壁相接触，所述加劲螺钉穿过所述方框型设置，所述加劲螺钉的个数为多个，所述加劲螺钉用于紧密连接所述密封条和分段密封有压试验箱内壁，使各段层间为密封环境。
所述分层平台的个数为两个；所述分层平台的四角均设置有在所述滑轨内滑动的导块；所述导块内设置有定位螺钉。
所述盐雾喷淋模块包括分别设置于所述分段密封有压试验箱的各分段内的喷头，所述喷头分别通过盐雾喷淋模块管道与对应的盐溶液前池相连，所述盐雾喷淋模块管道上均设置有增压水泵。
所述增压模块包括通向所述分段密封有压试验箱的各分段内部的增压模块管道，所述增压模块管道分别与对应的空气压缩机相连，所述增压模块管道上均设置有调压阀门和气压表。
所述恒温模块包括设置于所述分段密封有压试验箱的各分段内部的温度传感器和加热管，所述温度传感器和加热管之间通过电磁继电器相连。
所述分段密封有压试验箱的各分段、所述喷头、盐雾喷淋模块管道、盐溶液前池、增压水泵、增压模块管道、空气压缩机、调压阀门、气压表、温度传感器、加热管和电磁继电器的个数均相同。
所述盐雾喷淋模块管道在所述盐溶液前池内的一端端头设置有防堵罩。
所述分段密封有压试验箱的各分段内均设置有超压保护单向阀。
所述加热管包括石英加热管。
所述喷头为锥形高压喷头。
本发明提供一种利用对模型试件分段施加加压恒温盐雾的方法对海工结构模型内部在环境介质中所发生的氯离子\硫酸根离子侵蚀过程进行准确的加速模拟。
分段密封有压试验箱用于为整个试验系统提供正常工作所需的分段密闭环境以及试验平台，包括分段平台、层间密封系统、及其为各模块所属管线布置所预留的孔道；盐雾喷淋模块用于产生可悬浮充盈于各分段层间的微细含盐雾体，包括盐溶液前池、大功率增压水泵、锥形高压喷头以及相应的管道及电路系统；增压模块用于将箱内各段层间的压力水平维持在设计压强，包括空气压缩机、调压阀门、压力表以及超压保护单向阀；恒温模块用于维持各段层间温度处于设计温度水平，包括加热系统，温度自动控制系统。
将本发明的分段平台沿导轨调至设计高程并将预制好的结构模型试件通过分层平台间的弹簧丝置于试验箱内，通过层间密封系统实现各分段间的密封环境。
本发明的分层平台在试件安放结束后将铺设薄木片，再在其上铺设石油沥青，使之完全覆盖层间平台并根据层间设计压强大小选取适当厚度，待石油沥青完全凝固后，即可进行增压操作。
本发明的盐雾喷淋模块中的盐溶液前池中加入设计浓度的盐溶液，大功率增压水泵将抽取盐溶液前池中的盐溶液经盐雾喷淋模块的管道系统及可调锥形高压喷头持续向试验箱各层间喷射特定特征粒径的盐雾。
本发明的增压模块中的各独立空气压缩机分别向各层间施加设计压力。当层间压力超过安全限值时，各层间的超压保护单向阀将自动开启向试验箱外强制降压。
本发明中的恒温模块可以维持各分段层间的不同温度，温度的实时变化由温度自动控制系统的温度传感器监控，温度自动控制系统将根据实时温度数据自动开启/关闭加热系统的石英管来显现各层间的温度稳定。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明能有效制备符合原型结构物不同时期盐离子侵蚀状况的试件，使海工结构物的耐久性研究中所采用的试件更加符合实际状况；
2.本发明可以实现无人化自动工作，大大缩短试件的离子侵蚀预处理时间。尤其适用于实验室大批量加工试件。
本发明提供的一种海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，滑轨和分层平台的设置，实现了试验箱的分段设置；加劲螺钉和密封条的设置，实现了各分段的密封，故可真实模拟海工结构物的分层复杂工作环境，制备的模型试件可高精度评价海工结构物中的氯离子\硫酸根离子分布情况；超压保护单向阀的设置，在各层间压力超过设定大气压时自动打开，以保证安全；滑轨、导块和定位螺钉的设置，实现了分层平台可根据海工结构物工作环境调节不同的高度位置，故本发明灵活性强，通用性强，可适用于各种环境的海工结构物的模拟。
说明书附图
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中弹簧丝的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1～图2所示，海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于，包括：分段密封有压试验箱1，所述分段密封有压试验箱1的各分段均设置有盐雾喷淋模块2、增压模块3和恒温模块4；所述分段密封有压试验箱1的箱内侧壁上对称式竖向布置有滑轨15，所述滑轨15内设置有若干分层平台16，所述分层平台16内为张紧的弹簧丝17，试件18穿过所述弹簧丝17后放置于所述分段密封有压试验箱1底部，再将所述分层平台16四周的加劲螺钉19抵紧位于所述分层平台16各边的密封条20，然后在所述弹簧丝17上部铺设为石油沥青起模板作用的薄木片，并浇筑石油沥青，形成所述分段密封有压试验箱1内各分段的密封环境；所述分段密封有压试验箱1的顶盖为重力式盖板25。
所述分层平台16的个数为两个；所述分层平台16的四角均设置有在所述滑轨15内滑动的导块21；所述导块21内设置有定位螺钉22。
所述盐雾喷淋模块2包括分别设置于所述分段密封有压试验箱1的各分段内的喷头5，所述喷头5分别通过盐雾喷淋模块管道6与对应的盐溶液前池7相连，所述盐雾喷淋模块管道6上均设置有增压水泵8。
所述增压模块3包括通向所述分段密封有压试验箱1的各分段内部的增压模块管道9，所述增压模块管道9分别与对应的空气压缩机10相连，所述增压模块管道9上均设置有调压阀门11和气压表12。
所述恒温模块4包括设置于所述分段密封有压试验箱1的各分段内部的温度传感器13和加热管14，所述温度传感器13和加热管14之间通过电磁继电器相连。
所述分段密封有压试验箱1的各分段、所述喷头5、盐雾喷淋模块管道6、盐溶液前池7、增压水泵8、增压模块管道9、空气压缩机10、调压阀门11、气压表12、温度传感器13、加热管14和电磁继电器的个数均相同。
所述盐雾喷淋模块管道6在所述盐溶液前池7内的一端端头设置有防堵罩23。
所述分段密封有压试验箱1的各分段内均设置有超压保护单向阀24。
所述加热管14包括石英加热管。
所述喷头5为锥形高压喷头。
本实施例现对已经服役17年某全直桩码头的极限状态承载力的进行评估，本实施例按1:5的几何比尺使用C25混凝土浇筑了该全直桩码头的缩小模型，即试件18。
原型码头桩基底面至设计低水位线总长为15m，设计低水位至设计高水位(即水位变动区)长度为5m，依据1:5的几何比尺可以得出在分段密封有压试验箱1中分层平台A的底面距离试验箱内底面应为3m，分层平台B距离分层平台A底面应为1m。
依据上述计算高程，将分层平台A沿轨道15移动至距离试验箱内底面3m处；将分层平台B移动至距离分层平台A底面1m处。并拧紧分层平台A、分层平台B的导块14内的定位螺钉18。
将预制好的全直桩码头模型试件18从分段密封有压试验箱1上部(移开顶部重力式盖板25)穿过分层平台A、分层平台B内张紧的弹簧丝17后安放于分段密封有压试验箱1内；拧紧分层平台A、分层平台B四边的加劲螺钉19使分层平台16四边的密封条20与分段密封有压试验箱1侧壁紧密接触。
在上述步骤完成后，将一层薄木片铺设于分层平台A、B内的张紧弹簧丝17上，浇筑5CM厚的石油沥青，以满足本实例所选用的层间压力水平。
分别在盐溶液前池7中分别加入配制好的适当浓度的氯化钠溶液，并通过大功率的增压水泵8加压后经由盐雾喷淋模块管道6从锥形高压喷头5喷出，形成充盈于各分层内不同离子浓度的悬浮盐雾。
空气压缩机10通过调压阀门11经增压模块管道9完成各层间的增压操作，可根据各气压表12读数来调整各调压阀们11以维持各层间的设计压强。超压保护单向阀24将在各层间压力超过2.5个大气压时自动打开，以保证安全。
恒温模块4用于维持分段密封有压试验箱1内50℃的温度水平，当夜间温度降低时，分段密封有压试验箱1与外界环境温差变大，热能自分段密封有压试验箱1内向外界传加剧，箱内温度降低，这一温度变化可以被各分层间的温度传感器13所感应到并将此信息反馈至温控系统的电磁继电器，此时电磁继电器闭合，分段密封有压试验箱1内各层间的加热管14开始加热，当温度达到设定值后，温度传感器13的电信号使继电器断开，石英加热管14停止加热，不间断此循环即可维持分段密封有压试验箱1内温度恒定。
经17天的增压盐雾处理处理过程，上述1:5全直桩模型的钻孔取样显示各分段的氯离子侵蚀深度与浓度与原型海工结构相一致，证明本海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统是有效且经济的。
上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于，包括：分段密封有压试验箱（1），所述分段密封有压试验箱（1）的各分段均设置有盐雾喷淋模块（2）、增压模块（3）和恒温模块（4）；所述分段密封有压试验箱（1）的箱内侧壁上对称式竖向布置有滑轨（15），所述滑轨（15）内设置有若干分层平台（16），所述分层平台（16）内为张紧的弹簧丝（17），试件（18）穿过所述弹簧丝（17）后放置于所述分段密封有压试验箱（1）底部，再将所述分层平台（16）四周的加劲螺钉（19）抵紧位于所述分层平台（16）各边的密封条（20），然后在所述弹簧丝（17）上部铺设为石油沥青起模板作用的薄木片，并浇筑石油沥青，形成所述分段密封有压试验箱（1）内各分段的密封环境；所述分段密封有压试验箱（1）的顶盖为重力式盖板（25）。
2.根据权利要求1所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述分层平台（16）的个数为两个；所述分层平台（16）的四角均设置有在所述滑轨（15）内滑动的导块（21）；所述导块（21）内设置有定位螺钉（22）。
3.根据权利要求1所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述盐雾喷淋模块（2）包括分别设置于所述分段密封有压试验箱（1）的各分段内的喷头（5），所述喷头（5）分别通过盐雾喷淋模块管道（6）与对应的盐溶液前池（7）相连，所述盐雾喷淋模块管道（6）上均设置有增压水泵（8）。
4.根据权利要求3所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述增压模块（3）包括通向所述分段密封有压试验箱（1）的各分段内部的增压模块管道（9），所述增压模块管道（9）分别与对应的空气压缩机（10）相连，所述增压模块管道（9）上均设置有调压阀门（11）和气压表（12）。
5.根据权利要求4所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述恒温模块（4）包括设置于所述分段密封有压试验箱（1）的各分段内部的温度传感器（13）和加热管（14），所述温度传感器（13）和加热管（14）之间通过电磁继电器相连。
6.根据权利要求5所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述分段密封有压试验箱（1）的各分段、所述喷头（5）、盐雾喷淋模块管道（6）、盐溶液前池（7）、增压水泵（8）、增压模块管道（9）、空气压缩机（10）、调压阀门（11）、气压表（12）、温度传感器（13）、加热管（14）和电磁继电器的个数均相同。
7.根据权利要求3所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述盐雾喷淋模块管道（6）在所述盐溶液前池（7）内的一端端头设置有防堵罩（23）。
8.根据权利要求5所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述分段密封有压试验箱（1）的各分段内均设置有超压保护单向阀（24）。
9.根据权利要求5所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述加热管（14）包括石英加热管。
10.根据权利要求3所述的海工结构模型分段加压恒温盐雾加速侵蚀试验系统，其特征在于：所述喷头（5）为锥形高压喷头。
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