CN105588801A - 一种混凝土海水环境干湿循环试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土海水环境干湿循环试验装置，包括干湿循环试验箱系统、储液系统、总控制箱以及空气压缩系统；所述干湿循环试验箱系统通过溶液循环系统与储液系统连接，并且通过鼓吹管道与空气压缩系统连接；所述总控制箱控制干湿循环试验箱系统、储液系统、空气压缩系统以及所述溶液循环系统。本发明所得装置具有自动化程度高、操作简便、方便控制，且解决了现有设备中溶质发生沉积的问题，可以广泛应用于模拟海水环境下混凝土干湿循环试验。

Description

一种混凝土海水环境干湿循环试验装置

技术领域

本发明涉及一种混凝土海水环境干湿循环试验装置，属于混凝土耐久性研究装置技术领域。

背景技术

钢筋混凝土结构凭借其原料丰富、价格低廉、力学性能优越等诸多优点已经广泛普及于各个工程领域：建筑工程、交通及桥梁工程、海港和水利工程、地下工程以及一些特殊结构等。其中海洋环境较为复杂恶劣，海水中大量的处于电离状态的盐分会使钢筋混凝土结构遭受到比较严重的破坏作用。已有研究表明：干湿循环过程会加速氯盐、硫酸盐等有害介质侵入混凝土内部，同时引起混凝土内部含水量的变化，导致混凝土结构过早发生破坏。目前，关于模拟混凝土干湿循环加速试验已有一些方法，主要有两大类：(1)配制模拟液浸泡试件，进行人工搬运试验使其处于干湿状态；(2)将试件放入现有的一些干湿循环箱中进行加速模拟试验。

以上两种方法，均存在一些不足。其中人工搬运方法劳动强度大、效率低、随机性大、并且在试块搬运的过程中容易发生磕碰造成试块的损毁，总体来说难以满足加速试验设计要求，造成很大的误差。现有的干湿循环箱虽然解决了人工搬运问题，实现了试样干湿循环的自动化过程，但是目前国内控制干湿循环箱的技术尚不够成熟。比如配制较高浓度溶液容易发生溶质的沉积以及混凝土本身吸水的特性，导致不同时间段的溶液浓度发生变化，造成试件侵蚀条件的不一致。

发明内容

发明目的：鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的在于设计提供一种混凝土海水环境干湿循环试验装置，该装置能够模拟混凝土结构在海水腐蚀环境下干湿循环试验，能够实时在线监测模拟溶液离子浓度，实现模拟溶液的自搅拌，旨在解决干湿循环箱中存在的溶液浓度变化监测、溶液实时搅拌等操作不便问题。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明提供了一种混凝土海水环境干湿循环试验装置，包括：干湿循环试验箱系统、储液系统、总控制箱以及空气压缩系统；所述干湿循环试验箱系统通过溶液循环系统与储液系统连接，并且通过鼓吹管道与空气压缩系统连接；所述总控制箱控制干湿循环试验箱系统、储液系统、空气压缩系统以及所述溶液循环系统。

作为优选，所述干湿循环试验箱系统包括：内部设有三层隔板的干湿循环试验箱，在其上设置有箱盖、排气扇、观察窗、液位传感器、氯离子选择电极(内配有参比电极)、温/湿度传感器和箱体支座。

作为另一种优选，所述储液系统包括：储液箱、设置在储液箱内部的搅拌桨、连接搅拌桨的搅拌电机。

作为另一种优选，所述空气压缩系统包括：空气压缩机、加热装置、冷凝装置和鼓吹母管；所述加热装置与冷凝装置设置在鼓吹母管中部，所述鼓吹母管一端连接空气压缩机，另一端连接干湿循环试验箱系统。

作为另一种优选，所述溶液循环系统包括：循环水泵、进水管与出水管；所述进水管和出水管的两端均与干湿循环试验箱系统和储液系统相连通，两者中间设有循环水泵。

作为另一种优选，所述鼓吹管道包括：鼓吹分管和鼓吹孔，所述鼓吹分管呈网状分布，交点上布有鼓吹孔，所述鼓吹管道设置在干湿循环试验箱系统底部，并且与空气压缩系统连接。

作为另一种优选，所述所有系统中布有电路均连接至总控制箱。

所述总控制箱配有液晶显示面板，其中设置有单片机电路板，用于控制所有感应装置，同时可以设置实验参数、记录循环次数与提示警报等。

所述干湿循环试验箱与储液箱均采用耐盐溶液腐蚀性较好的不锈钢制成，所述各类感应器、导线及控制阀门均选用耐蚀性较好的材料制成。

技术效果：与现有的一些混凝土干湿循环试验装置相比，本发明具有以下效果和优点：

1.本发明的设备自动化程度较高，节省了人工搬运的时间与劳动力，同时设备中的总控制箱可以控制各类循环系统及在线监测系统，准确记录循环次数，提高了效率；

2.本发明的设备能够实时在线监测水位、温/湿度、氯离子浓度变化并配有警报装置，可以及时对侵蚀混凝土溶液进行调整或更换，有利于提高试验结果的准确性；

3.本发明的设备主箱体与储液箱均配有溶液搅拌装置，能够防止试验过程中过高浓度的溶液溶质沉积，有利于提高试验结果的准确性；

4.本发明的设备中箱体均有耐蚀性较好的不锈钢制成，各类传感器及电极均选用耐蚀性较好的材料制成，从而设备整体的使用寿命较高；

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明干湿循环试验箱体的内部结构示意图；

图3是本发明干湿循环试验箱体底部鼓吹管及鼓吹孔分布示意图；

图4是本发明储液箱系统的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的具体实施方案。

实施例1

本发明提供一种混凝土海水环境干湿循环试验装置，为使本发明的目的、技术方案及其有益效果更加清楚、明确，以下内容结合附图对本发明进一步的详细说明。

详见附图1-图4，本发明提供的一种混凝土海水环境干湿循环试验装置包括干湿循环试验箱1、储液箱2、总控制箱3及空气压缩机4。

干湿循环试验箱1与储液箱2通过一溶液循环系统连接，溶液循环系统包括循环水泵8、进水管9与出水管10；详细说明：进水管9与出水管10上设置有感应开关，通过导线使得该开关连接至总控制箱3，总控制箱3内有单片机电路板可以控制开关。当混凝土试件欲处于浸泡状态时，控制进水管9开启，储液箱2中配好的溶液进入干湿循环试验箱1中，控制一段时间后关闭进水管9，等浸泡时间足够后，控制出水管10开启，使得溶液排回储液箱2中即可。

干湿循环试验箱1与空气压缩机4通过鼓吹母管7连接，鼓吹母管7上分别设置有加热装置5与冷凝装置6，且鼓吹母管7连接至干湿循环试验箱1底部的鼓吹分管18,19，鼓吹分管18,19在干湿循环试验箱1底部呈网状分布，交点上布有鼓吹孔20。其中加热装置5与冷凝装置6及空气压缩机4均安装有控制阀门，受总控制箱3控制，当混凝土试件处于浸泡状态时，控制加热装置5与冷凝装置6关闭，开启空气压缩机4，此时通过鼓吹管道的连接，就可以从干湿循环试验箱1底部的鼓吹孔20喷出高压气体，可以对干湿循环试验箱1中的溶液进行搅拌，保证试验过程中溶液浓度始终处于均匀状态。当溶液排回至储液箱2时，即可开启加热装置5，使热风进入干湿循环试验箱1中，烘烤一段时间后，关闭加热装置5，开启冷凝装置6，可以起到烘干后的冷却。

本发明中干湿循环试验箱1整体均使用耐蚀性较好的不锈钢做成，箱体中布有嵌入式电路，可以连接各类感应器与总控制箱3，其中设置了3层隔板，可用于放置混凝土试件，并且层板易于拆卸，可以用来放置干湿-加载耦合此类体积较大的试验装置。干湿循环试验箱1包括箱盖11、排气扇12、观察窗13、液位传感器14、氯离子选择电极15(内配有参比电极)、温/湿度传感器16及箱体支座17，箱体底部布置有网状分布的鼓吹分管18,19，所有鼓吹分管18,19交叉处布置有鼓吹孔20。其中液位传感器14、氯离子选择电极15、温/湿度传感器16均通过电路连接至总控制箱3。

本发明中储液箱2由耐蚀性较好的不锈钢制成，箱体中布有嵌入式电路，可以连接电机与总控制箱3，其内设置有一搅拌桨21，所述搅拌桨21连接至一搅拌电机22。搅拌电机22上设置有控制开关连接至总控制箱3，当溶液排回至储液箱2时，控制搅拌电机22开启，使得储液箱2中的溶液处于搅拌状态，防止溶质沉淀现象。

本发明中总控制箱3用于控制溶液循环系统、空气压缩机4、加热装置5、冷凝装置6、排气扇12、液位传感器14、氯离子选择电极15(内配有参比电极)、温/湿度传感器16、储液箱搅拌电机22。其中总控制箱3设置有液晶显示面板，设置有有单片机电路板，通过箱体内置电路连接至各类感应器及电机等，可以实时接受试验中液位传感器14、氯离子选择电极15(内配有参比电极)、温/湿度传感器16反馈的实时数据，一旦反馈数据超出试验需要范围，则会启动报警装置提醒，同时也可以显示实时工作状态，比如试验是处于“干燥”或“湿润”的工作状态，并且可根据试验需要合理设置干/湿循环制度。总控制箱3可以进行循环次数的记录，并且可以实时监控和保存，并配置专门的无线传输接口，用户可以根据需要连接至电脑输出相应的数据。

利用本发明进行模拟海水环境下混凝土的干湿循环试验步骤如下：

1.根据实验要求配制一定浓度的盐溶液(本例中采用3.5％的氯化钠溶液)作为腐蚀溶液加入储液箱2液位控制线处备用；

2.将在标准养护条件下养护至实验龄期的混凝土试样放入干湿循环箱1中，开启空气压缩机4和加热装置5，在温度为60℃条件下干燥48h后，根据试验需要设定干湿循环制度，开始进行干湿循环试验。本例中干湿循环试验制度设定为：腐蚀溶液浸泡15h→排空溶液同时干湿循环箱1箱盖11自动打开15°角，耗时0.5h→升温至60℃，升温时间少于0.5h→60℃恒温干燥试样6h→降温至25℃冷却试样1h→腐蚀溶液再次注入干湿循环箱同时干湿循环箱1箱盖11自动关闭，注水时间少于0.5h。

3.试验过程中总控制箱3在线监测溶液离子浓度，当腐蚀溶液浓度超过允许的波动范围时，在线监测程序会给出警报提醒，但干湿循环试验不终止，此时根据警报情况，在不停止试验的情况下微调溶液浓度或暂停试验对腐蚀溶液进行更换，然后继续试验，试验程序具有记忆功能。

4.试验过程中总控制箱3控制空气压缩机4和储液箱2中搅拌电机22的运行：试样浸泡过程中，空气压缩机4运行喷出高压气体实现溶液的自搅拌；试验干燥的过程中，空气压缩机4喷出高压气体通过加热装置5鼓吹热风干燥，一段时间后启动冷凝装置6，可以起到烘干后的冷却，同时，储液箱2中搅拌电机22运转，防止储液箱2中溶液溶质沉淀。

5.对一定干湿循环周期后的混凝土试样进行质量、超声探测，评估混凝土试件在模拟海水溶液中干湿循环作用下的损伤劣化程度，从而对混凝土结构进行寿命预测。

Claims (7)

1.一种混凝土海水环境干湿循环试验装置，其特征在于，包括：干湿循环试验箱系统、储液系统、总控制箱以及空气压缩系统；所述干湿循环试验箱系统通过溶液循环系统与储液系统连接，并且通过鼓吹管道与空气压缩系统连接；所述总控制箱控制干湿循环试验箱系统、储液系统、空气压缩系统以及所述溶液循环系统。

2.根据权利要求1所述的混凝土海水环境干湿循环试验装置，其特征在于，所述干湿循环试验箱系统包括：内部设有三层隔板的干湿循环试验箱(1)，在其上设置有箱盖(11)、排气扇(12)、观察窗(13)、液位传感器(14)、氯离子选择电极(15)(内配有参比电极)、温/湿度传感器(16)和箱体支座(17)。

3.根据权利要求1所述的混凝土海水环境干湿循环试验装置，其特征在于，所述储液系统包括：储液箱(2)、设置在储液箱(2)内部的搅拌桨(21)、连接搅拌桨(21)的搅拌电机(22)。

4.根据权利要求1所述的混凝土海水环境干湿循环试验装置，其特征在于，所述空气压缩系统包括：空气压缩机(4)、加热装置(5)、冷凝装置(6)和鼓吹母管(7)；所述加热装置(5)与冷凝装置(6)设置在鼓吹母管(7)中部，所述鼓吹母管(7)一端连接空气压缩机(4)，另一端连接干湿循环试验箱系统。

5.根据权利要求1所述的混凝土海水环境干湿循环试验装置，其特征在于，所述溶液循环系统包括：循环水泵(8)、进水管(9)与出水管(10)；所述进水管(9)和出水管(10)的两端均与干湿循环试验箱系统和储液系统相连通，两者中间设有循环水泵(8)。

6.根据权利要求1所述的混凝土海水环境干湿循环试验装置，其特征在于，所述鼓吹管道包括：鼓吹分管(18,19)和鼓吹孔(20)，所述鼓吹分管(18,19)呈网状分布，交点上布有鼓吹孔(20)，所述鼓吹管道设置在干湿循环试验箱系统底部，并且与空气压缩系统连接。

7.根据权利要求1所述的混凝土海水环境干湿循环试验装置，其特征在于，所述所有系统中布有电路均连接至总控制箱(3)。