CN105319113A - 裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件、装置及测评方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件、装置及测评方法。所述混凝土试件包括试件本体和裂缝顶制装置，所述试件本体呈圆柱状，所述裂缝顶制装置包括设于所述试件本体顶端的楔形体，所述楔形体的尖角端朝下埋设于所述试件本体的内部而形成顶压端，所述楔形体的上端露设于所述试件本体的外部而形成施压端。所述测评装置包括水压容器、测压管和储水箱，所述水压容器呈圆柱形筒状，所述测压管与所述水压容器和储水箱分别相连通。本发明中混凝土试件和测评装置结构简单、制造方便、简单易用，可以方便地用于混凝土裂缝渗水自愈能力测评；本发明中测评方法过程简单，实用性强，能够对自愈型抗渗外加剂的抗渗效果提供准确的评价判断依据。

Description

裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件、装置及测评方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程、市政工程、水务工程等防水工程技术领域，尤其涉及一种混凝土裂缝自动愈合技术，具体涉及一种裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件、测评装置及利用该混凝土试件和测评装置进行测评的方法。

背景技术

水工混凝土结构一般具有挡水功能或在水下工作，如混凝土大坝、水闸、输水隧洞、渡槽、市政工程的防水地下工程等。裂缝是混凝土结构的常见病害，如上提及的水工混凝土工程经常会出现裂缝，裂缝出现后往往会出现沿裂缝漏水或渗水现象，水的渗漏不仅会损失水量，还会带走混凝土中的钙质，使混凝土逐渐变得疏松，影响混凝土结构的寿命，严重的会引起混凝土结构的破坏，造成建筑物安全事故。因此水工混凝土结构防渗是一项重要任务。

水工建筑物的裂缝防渗一般采用表面喷涂防渗膜的方式，近年出现了一种在混凝土中添加的自愈型防渗外加剂。当裂缝产生，水渗入裂缝时，混凝土中有钙质析出，则防渗外加剂中的活性物质即与析出的钙质发生化学反应形成晶体，堵塞防渗通道，从而达到防渗的目的；因此这种外加剂是一种裂缝自愈型活性外加剂(如渗立康)，目前这种自愈型外加剂的裂缝自愈能力缺乏有效的测试评价手段。

如果市场没有针对外加剂的检测方法和手段，紧紧依靠商家或者理论实验数据表示，很难对产品进行监管，如果不法生产商使用劣质原料生产，将该外加剂应用到大型的拦河坝等场所，等发生事故再来整顿，那后果是不堪设想的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种结构简单、制造方便、可以方便地用于裂缝渗水自愈能力测评的混凝土试件。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件，包括：

混凝土制成的试件本体，所述试件本体呈圆柱状；

裂缝顶制装置，包括设于所述试件本体顶端的楔形体，所述楔形体的尖角端朝下埋设于所述试件本体的内部而形成顶压端，所述楔形体的上端露设于所述试件本体的外部而形成施压端。

作为优选的技术方案，所述楔形体为楔形金属条，且所述楔形体的长度与所述试件本体的直径相适配。

作为优选的技术方案，所述楔形体的尖角端朝下埋入所述试件本体的深度为所述楔形体的高度的2/3～3/4。

本混凝土试件中当楔形体受压力作用时，在楔形体的尖角和楔形面的作用下，试件本体受压应力作用能够形成劈裂裂缝，物理力学原理清楚，简单易用，既可以保证试件的实验要求，确保实验数据的真实性，同时还具有制造方便，使用安全的优点。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种可以方便地对上述混凝土试件进行裂缝渗水自愈能力测评的测评装置，从而方便评价混凝土自愈型外加剂的裂缝自愈能力。

为解决上述第二技术问题，本发明的技术方案是：

用于对以上所述的混凝土试件的裂缝渗水自愈能力进行测评的测评装置，包括：

水压容器，所述水压容器呈圆柱形筒状且安装于所述混凝土试件的上部，所述水压容器的底端开口而顶端封闭，所述水压容器的顶端开设有连接口；

测压管，设置于所述水压容器的上部，所述测压管通过所述连接口与所述水压容器的内腔相连通，所述测压管的两端形成有高度差；

储水箱，设置于所述测压管的上部，所述储水箱亦呈圆柱形筒状且与所述水压容器大小相同，所述储水箱上端设有注水口，所述储水箱底端与所述测压管密封连通；所述储水箱箱体上设有刻度线，以便观测渗水量的多少。

作为优选的技术方案，所述水压容器的直径大于所述混凝土试件中试件本体的直径。

作为优选的技术方案，所述测压管包括软质连接管和透明玻璃管。

本测评装置可以方便地观测自愈型外加剂在裂缝产生、形成渗漏后对裂缝的逐步封闭效果，通过一段时间的定量观测、记录、计算，可以定量的计算自愈型外加剂自愈抗渗的效果，装置结构设计简单，简单易用，能够很好的检测外加剂的质量。

本发明所要解决的技术问题之三是提供一种利用上述混凝土试件和测评装置对混凝土裂缝渗水自愈能力进行测评的方法，从而为自愈型外加剂的裂缝自愈能力提供一种有效的测试评价手段。

为解决上述第三技术问题，本发明的技术方案是：

应用上述测评装置对混凝土裂缝渗水自愈能力进行测评的方法，包括如下步骤：

S1.根据混凝土实际配比制备以上所述的混凝土试件；

S2.先用约束件对所述混凝土试件中试件本体的周侧表面进行围压约束，然后对所述混凝土试件中裂缝顶制装置的顶部逐步加压，使得所述试件本体形成上下贯通的劈裂裂缝；

S3.将所述测评装置的水压容器的底端与所述试件本体的顶端密封连接，并将所述试件本体周侧的劈裂裂缝封堵，避免水从试件本体侧面渗出，允许水从试件本体底部自由渗出；

S4.从所述测评装置的储水箱注水口加水至设计液面高度，开始实验，并按照下述公式对自愈率效果进行测量与评价，根据达西定律，可知：

${\mathrm{\θ}}_0={\mathrm{\αa}}_0^3\frac{hd}{b}---\left(1\right);$

公式(1)中：

α为渗流相关的系数；

h为作用水头，h＝h₂-h₁；

h₂为储水箱液面高程；

h₁为水压容器的顶端高程；

d为试件本体的顶面裂缝长度；

b为试件本体的高度；

θ₀为开始试验一天后的水渗漏量；

a₀为初始等效缝宽；

由公式(1)可得， $a_0=\sqrt[3]{\frac{{\mathrm{\θ}}_{0}b}{\mathrm{\α}hd}}---\left(2\right);$

取实验开始t天后的水渗漏量为θ_t，则该t天后的等效缝宽a_t为：

$a_t=\sqrt[3]{\frac{{\mathrm{\θ}}_{t}b}{\mathrm{\α}hd}}---\left(3\right);$

根据公式(3)可以求得不同时间的等效缝宽表示缝隙的自愈效果。

其中，实验开始t天后的缝隙的自愈效果可以采用自愈率k_t评价， $k_t=$ $\frac{a_0-a_t}{a_0}\%---\left(4\right);$

自愈率k_t也可以采用公式(5)表示，

上述步骤S2中，最好控制所述劈裂裂缝的宽度小于0.2mm，以保证实验数据的准确性。

本测评方法过程简单，实用性强，重复性好，经过实际测试和计算，能够得出准确的数据，以提供准确的判断依据，可以成为自愈型抗渗外加剂抗渗效果评价的标准方法。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是混凝土试件的结构示意图；

图2是试件本体的结构示意图；

图3是楔形体的结构示意图；

图4是混凝土试件预制裂缝后的结构示意图；

图5是测评装置的结构示意图；

图6是测评装置与混凝土试件组装后测评实验时的结构示意图；

图7是等效缝宽随时间变化的曲线图。

图中：1-试件本体；2-楔形体；3-劈裂裂缝；4-水压容器；5-测压管；6-储水箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1至图3所示，裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件，包括试件本体1和裂缝顶制装置；

其中，所述试件本体1根据混凝土的实际配合比及设计抗渗剂掺量拌制后制成圆柱状，试件本体1的直径d＝10cm～30cm，试件本体1的高度b＝10cm～30cm；

其中，所述裂缝顶制装置包括设于所述试件本体1顶端的楔形体2，所述楔形体2的尖角端朝下埋设于所述试件本体1的内部而形成顶压端，所述楔形体2的上端露设于所述试件本体1的外部而形成施压端；在试件本体1成型时便埋入楔形体2，该楔形体2尖角β＝20°～30°，高H＝20mm～30mm，且将楔形体2的尖角端朝下埋入试件本体1的深度为H1＝15mm～20mm，试件本体1凝固后从模具中拆下，放置养护室进行标准养护，标准龄期为14天或28天，养护完成后取出进行试验，其中所述楔形体2最好采用楔形金属条，以保证顶压强度，所述楔形金属条的长度与所述试件本体1的直径相适配。

参考图5和图6，用于对以上所述的混凝土试件的裂缝渗水自愈能力进行测评的测评装置，包括水压容器4、测压管5和储水箱6；

其中，所述水压容器4呈圆柱形筒状，安装于所述混凝土试件的上部，水压容器4的高度为L，水压容器4的直径为D，所述水压容器4的直径D大于试件本体1的直径d，所述水压容器4可用有机玻璃做成，所述水压容器4的底端开口而顶端封闭，所述水压容器4的顶端开设有连接口；

所述测压管5设置于所述水压容器4的上部，所述测压管5通过所述连接口与所述水压容器4的内腔相连通，所述测压管5的两端形成有高度差；所述测压管5由软质连接管和透明玻璃管组成；

所述储水箱6设置于所述测压管的上部，所述储水箱6亦呈圆柱形筒状且与所述水压容器4大小相同，所述储水箱6上端设有注水口，所述储水箱6底端与所述测压管5密封连通；所述储水箱6箱体上设有刻度线，以便实验时观测渗水量的多少。

参考图4和图6，应用上述测评装置对混凝土裂缝渗水自愈能力进行测评的方法，包括如下步骤：

S1.根据混凝土实际配比制备以上所述的混凝土试件；

S2.先用约束件对所述混凝土试件中试件本体1的周侧表面进行围压约束(如采用弹性橡胶带捆绑等方式，图中未示出)，为缝面提供0.1～0.2MPa的法向压应力，以使裂缝产生后充分闭合，避免缝宽太大，然后将混凝土试件放入压力机后对楔形体2顶部(即施压端)加压形成上下贯通的劈裂裂缝3，控制所述劈裂裂缝3的宽度小于0.2mm，以保证实验数据的准确性；

S3.将所述测评装置的水压容器4套至所述试件本体1顶面，水压容器4底端与所述试件本体1的顶端密封连接，如搭接处采用水玻璃等防水剂封堵避免沿周边漏水，试件本体1的侧面裂缝也用水玻璃封堵，避免水从侧面渗出，连接测压管5和水压容器4，并将测评装置和混凝土试件悬空设置，允许水从试件本体1底部自由渗出；

S4.设备安装完毕后，从所述储水箱6注水口加水至设计液面高度，开始实验并测量相关数据，并按照下述公式对自愈率效果进行测量与评价：

${\mathrm{\θ}}_0={\mathrm{\αa}}_0^3\frac{hd}{b}---\left(1\right);$

公式(1)中：

α为渗流相关的系数，；g为重力加速度，v为水的动力粘滞系数；

h为作用水头，h＝h₂-h₁；

h₂为储水箱液面高程(以水压容器底端面为基准面)；

h₁为水压容器的顶端高程(以水压容器底端面为基准面)；

d为试件本体的顶面裂缝长度(等同于试件本体的直径d)；

b为试件本体的高度；

θ₀为开始试验一天后的水渗漏量(水量损失)；

a₀为初始等效缝宽；

由公式(1)可得， $a_0=\sqrt[3]{\frac{{\mathrm{\θ}}_{0}b}{\mathrm{\α}hd}}---\left(2\right);$

取实验开始t天后的水渗漏量测量结果为θ_t，则该t天后的等效缝宽a_t为：

$a_t=\sqrt[3]{\frac{{\mathrm{\θ}}_{t}b}{\mathrm{\α}hd}}---\left(3\right);$

根据公式(3)求出不同时间的等效缝宽，画图表示缝隙的自愈效果，如图7所示。

评价自愈效果可以用某试验时间的自愈率表示，实验开始t天后的缝隙的自愈率为 $k_t,k_t=\frac{a_0-a_t}{a_0}\%---\left(4\right);$

自愈率k_t也可以采用公式(5)表示，

当然，裂缝完全愈合后不再渗漏的试验时间也可以做为一个自愈效果的评价指标。

综上所述，本测评方法过程简单，实用性强，经过实际测试和计算，能够得出准确的数据，从而提供准确的判断依据，可以对自愈型抗渗外加剂的抗渗效果进行有效评价。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件，其特征在于，包括：

混凝土制成的试件本体，所述试件本体呈圆柱状；

裂缝顶制装置，包括设于所述试件本体顶端的楔形体，所述楔形体的尖角端朝下埋设于所述试件本体的内部而形成顶压端，所述楔形体的上端露设于所述试件本体的外部而形成施压端。

2.如权利要求1所述的裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件，其特征在于：所述楔形体为楔形金属条，且所述楔形体的长度与所述试件本体的直径相适配。

3.如权利要求2所述的裂缝渗水自愈能力测评用混凝土试件，其特征在于：所述楔形体的尖角端朝下埋入所述试件本体的深度为所述楔形体的高度的2/3～3/4。

4.用于对权利要求1至3任一项所述的混凝土试件的裂缝渗水自愈能力进行测评的测评装置，其特征在于，包括：

水压容器，所述水压容器呈圆柱形筒状且安装于所述混凝土试件的上部，所述水压容器的底端开口而顶端封闭，所述水压容器的顶端开设有连接口；

测压管，设置于所述水压容器的上部，所述测压管通过所述连接口与所述水压容器的内腔相连通，所述测压管的两端形成有高度差；

储水箱，设置于所述测压管的上部，所述储水箱亦呈圆柱形筒状且与所述水压容器大小相同，所述储水箱上端设有注水口，所述储水箱底端与所述测压管密封连通。

5.如权利要求4所述的测评装置，其特征在于：所述水压容器的直径大于所述混凝土试件中试件本体的直径。

6.如权利要求4所述的测评装置，其特征在于：所述测压管包括软质连接管和透明玻璃管；所述储水箱箱体上设有刻度线。

7.应用如权利要求4所述的测评装置对混凝土裂缝渗水自愈能力进行测评的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.根据混凝土实际配比制备如权利要求1至3任一项所述的混凝土试件；

S2.先用约束件对所述混凝土试件中试件本体的周侧表面进行围压约束，然后对所述混凝土试件中裂缝顶制装置的顶部逐步加压，使得所述试件本体形成上下贯通的劈裂裂缝；

S3.将所述测评装置的水压容器的底端与所述试件本体的顶端密封连接，并将所述试件本体周侧的劈裂裂缝封堵，避免水从试件本体侧面渗出，允许水从试件本体底部自由渗出；

S4.从所述测评装置的储水箱注水口加水至设计液面高度，开始实验，并按照下述公式对自愈率效果进行测量与评价：

${\mathrm{\θ}}_0={\mathrm{\αa}}_0^3\frac{hd}{b}---\left(1\right);$

公式(1)中：

α为渗流相关的系数；

h为作用水头，h＝h₂-h₁；

h₁为水压容器的顶端高程；

h₂为储水箱液面高程；

d为试件本体的顶面裂缝长度；

b为试件本体的高度；

θ₀为开始试验一天后的水渗漏量；

a₀为初始等效缝宽；

由公式(1)得， ${\mathrm{\α}}_0=\sqrt[3]{\frac{{\mathrm{\θ}}_{0}b}{\mathrm{\α}hd}}---\left(2\right);$

取实验开始t天后的水渗漏量为θ_t，则该t天后的等效缝宽a_t为

${\mathrm{\α}}_t=\sqrt[3]{\frac{{\mathrm{\θ}}_{t}b}{\mathrm{\α}hd}}---\left(3\right);$

根据公式(3)求得不同时间的等效缝宽表示缝隙的自愈效果。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：实验开始t天后的缝隙的自愈效果采用自愈率k_t评价， $k_t=\frac{a_0-a_t}{a_0}\%---\left(4\right).$

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：实验开始t天后的缝隙的自愈效果采用自愈率k_t评价， $k_t=\frac{{\mathrm{\θ}}_0-{\mathrm{\θ}}_t}{{\mathrm{\θ}}_0}\%---\left(5\right).$

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S2中，控制所述劈裂裂缝的宽度小于0.2mm。