CN106769339A - 深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置及应用方法，装置由带有试件架、排水阀和支撑腿的罐体，带有压力表、进水阀、排气阀和安全阀的顶盖组成。该罐体外壁装有半导体制冷器，既可以对罐体内的液体加热也可以降温。顶盖上的进水阀可供连接一高压注水装置，为罐体内液体加压。本发明提出的水泥基材料深水环境影响模拟装置可用于研究深水环境下水泥基材料水下强度等性能变化规律、带损伤水泥基材料深水环境下力学性能变化规律、温度加速模拟深水环境下水泥基材料耐久性等问题。本发明装置及其应用方法具有操作简单、组装拆卸方便、可有效模拟多种深度、温度以及不同溶液介质下的深水环境的优点。

Description

深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置及应用方法

技术领域

本发明涉及深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置及应用方法，属于工程建设技术领域。

背景技术

随着海洋战略进程的加快，水泥基材料作为目前运用最为广泛的建筑材料，在其中扮演愈来愈重要的角色。而石油勘探平台以及海洋大坝等深海工程是一个新兴的前沿学科领域，缺乏实际工程经验和相应设计规范。为此，迫切需要对水泥基材料在深水压力环境下的各项性能进行深入的研究。

现有的技术侧重于对深水压力下水泥基材料渗透、氯离子扩散等问题的研究，缺乏对深水环境下水泥基材料水下浇筑强度变化规律、带损伤水泥基材料深水环境下力学性能变化规律、温度加速模拟深水环境下水泥基材料耐久性等问题的研究。因此，研究开发出水泥基材料性能深水环境影响模拟装置及多种使用方法具有非常重要的实用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置及应用方法，为进一步研究深水环境下水泥基材料的性能提供基础。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置，包括带有罐体支撑腿、排水阀、试件架的罐体，带有排气阀、压力表、安全阀、密封圈的顶盖；罐体支撑腿焊接于罐体底部，排水阀设置于罐体底部，试件架设置于罐体内部，排气阀、压力表、安全阀设置于顶盖上，密封圈设置于顶盖与罐体连接处；还包括加压单元、温控单元；其中加压单元包括进水阀、高压注水装置，进水阀设置于顶盖上，高压注水装置与进水阀连接；温控单元包括半导体制冷器、保温棉、温控仪，半导体制冷器设置于罐体外壁，并外接温控仪，保温棉包裹罐体外壁。

作为本发明装置的一种优选方案，所述顶盖上还设置有两个顶盖把手，分别对称焊接于顶盖表面两侧。

作为本发明装置的一种优选方案，所述顶盖通过法兰和螺栓与罐体密封盖合。

作为本发明装置的一种优选方案，所述排水阀设置于罐体底部且延伸出来弯向一侧。

深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置的应用方法，用于研究深水环境下水泥基材料水下强度性能变化规律，包括如下步骤：

步骤1，打开顶盖给罐体内蓄上水；

步骤2，掺入水下抗分散剂搅拌得到水泥基浆体，将试模放入罐体内，将水泥基浆体从水面向水中落下浇入试模中，分批投料，连续操作并超出试模表面，静置5min后取出试模；取出试模后再静置10min，轻敲试模侧面，然后放回水中，在混凝土初凝前抹平，装模48h后拆模；

步骤3，拆模后试件放入罐体内部试件架上，盖上顶盖并通过法兰、螺栓和密封圈密封好；打开排气阀和进水阀，通过进水阀向罐体内注满水，关闭排气阀；

步骤4，打开高压注水装置给罐体内水加压，达到预定压力后关闭进水阀和高压注水装置；温控仪控制半导体制冷器的启闭，对罐体内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；

步骤5，试件在装置中放置到规定龄期后取出，进行性能测试。

深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置的应用方法，用于研究带损伤水泥基材料深水环境下力学性能变化规律，包括如下步骤：

步骤1，浇筑150mm*150mm*150mm立方体试件，浇筑时插入钢片预制裂缝，预养护24h后拆模；

步骤2，拆模后试件放入罐体内部试件架上，盖上顶盖并通过法兰、螺栓和密封圈密封好；打开排气阀和进水阀，通过进水阀向罐体内注满水，关闭排气阀；

步骤3，温控仪控制半导体制冷器的启闭，对罐体内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；打开高压注水装置给罐体内水加压，达到预定压力后关闭进水阀和高压注水装置；

步骤4，试件在装置中放置到规定龄期后取出，进行性能测试。

深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置的应用方法，用于研究温度加速模拟深水环境下水泥基材料耐久性问题，包括如下步骤：

步骤1，浇筑150mm*150mm*150mm立方体试件，预养护24h后拆模；

步骤2，拆模后试件放入罐体内部试件架上，盖上顶盖并通过法兰、螺栓和密封圈密封好；打开排气阀和进水阀，通过进水阀向罐体内注满溶液，溶液分别采用普通水、人造海水和碱性溶液；

步骤3，打开高压注水装置给罐体内溶液加压，达到预定压力后关闭进水阀和高压注水装置；温控仪控制半导体制冷器的启闭，对罐体内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；

步骤4，试件在装置中养护预定温度对应的时间后取出，测试其力学性能。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明整套装置组装拆卸简单，操作方便，水压可控，使用半导体制冷器即可制冷也能加热，实现了装置的半自动化。

2、本发明通过改变溶液介质可分别模拟淡水和海水环境下水泥基材料的不同工况。

附图说明

图1是本发明深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置的结构示意图。

图2是本发明装置中顶盖的俯视示意图。

其中，1-罐体，2-顶盖，3-法兰，4-排气阀，5-进水阀，6-压力表，7-顶盖把手，8-密封圈，9-试件，10-试件架，11-螺栓，12-排水阀，13-罐体支撑腿，14-高压注水装置，15-半导体制冷器，16-保温棉，17-温控仪，18-安全阀。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1、图2所示，深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置，包括罐体1、顶盖2以及加压单元和温控单元。罐体包括法兰3，支撑腿13、试件架10和排水阀12。顶盖包括法兰3、排气阀4、压力表6、安全阀18、顶盖把手7和密封圈8。加压单元包括进水阀5和高压注水装置14，一般为高压水泵。温控单元包括半导体制冷器15、温控仪17和保温棉16。排气阀4、进水阀5以及压力表6置于顶盖上，顶盖把手7焊接在顶盖2的两侧。罐体支撑腿13焊接在罐体1的下方，用于支撑罐体。排水阀12置于罐体1的底部并延伸出来弯向一侧，以保证排水时的安全性。试件架10搁置在罐体1内部的焊接板上，试验所用试件9放置在试件架10上。顶盖2通过法兰3、螺栓11和密封圈8密封地盖合在罐体1上，且顶盖2的进水阀5提供进水和水压，排气阀4用于排出罐体内的空气。半导体制冷器15紧贴罐体1外壁并外接温控仪17。罐体1和顶盖2通过端口外侧延伸出的法兰3和螺栓11连接，以密封圈8保持密闭性。

若启动半导体制冷器对罐体进行制冷，当达到设定温度时温控仪发出信号自动切断半导体制冷器。当温度回升，高于设定温度时，温控仪触发半导体制冷器，进行制冷。若需要对罐体水进行加热则需要给半导体制冷器提供反向电压。

实施例1：

一种深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置的应用方法，用于研究深水环境下水泥基材料水下强度等性能变化规律使用，包括以下步骤：

步骤一、打开顶盖2给罐体1内蓄上水；

步骤二、掺入水下抗分散剂搅拌得到一定流动性的水泥基浆体，将试模放入罐体1内，用铲刀将水泥基浆体从水面向水中落下浇入试模中，分批投料，连续操作并超出试模表面,静置5min后取出试模。取出试模后再静置10min让其流平，用木槌在试模侧面轻敲，然后放回水中，在混凝土初凝前抹平，装模48h后拆模；

步骤三、拆模后试件9放入罐体1内部试件架10上，盖上顶盖2并通过法兰3、螺栓11和密封圈8密封好。打开排气阀4和进水阀5，通过进水阀5向罐体1内注满水，关闭排气阀4；

步骤四、打开高压注水装置14给罐体1内水加压，达到预定压力后关闭进水阀5，关闭高压注水装置14。温控仪17控制半导体制冷器15的启闭，对罐体内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；

步骤五、试件9在装置中放置到规定龄期后取出，进行各项性能测试。

实施例2：

一种深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置，用于带损伤水泥基材料深水环境下力学性能变化规律使用，包括以下步骤：

步骤一、浇筑150mm*150mm*150mm立方体试件9，浇筑时插入钢片预制裂缝，预养护24h后拆模；

步骤二、拆模后试件9放入罐体1内部试件架10上，盖上顶盖2并通过法兰3、螺栓11和密封圈8密封好。打开排气阀4和进水阀5，通过进水阀5向罐体1内注满水，关闭排气阀4；

步骤三、打开高压注水装置14给罐体1内水加压，达到预定压力后关闭进水阀5，关闭高压注水装置14。温控仪17控制半导体制冷器15的启闭，对罐体内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；

步骤四、试件9在装置中放置到规定龄期后取出，进行各项性能测试。

实施例3：

一种深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置，用于温度加速模拟深水环境下水泥基材料耐久性问题使用，包括以下步骤：

步骤一、浇筑150mm*150mm*150mm立方体试件9，预养护24h后拆模；

步骤二、拆模后试件9放入罐体1内部试件架上，盖上顶盖2并通过法兰3、螺栓11和密封圈8密封好。打开排气阀4和进水阀5，通过进水阀5向罐体1内注满溶液，溶液分别采用普通水、人造海水、碱性溶液；

步骤三、打开高压注水装置14给罐体内溶液加压，达到预定压力后关闭进水阀5，关闭高压注水装置14。温控仪17控制半导体制冷器15的启闭，对罐体1内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；预定温度可取20℃、40℃、60℃、80℃；

步骤四、试件9在装置中养护72h、360h、672h、1440h后取出，测试其抗压强度和抗压弹性模量等力学性能。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置，其特征在于，包括带有罐体支撑腿、排水阀、试件架的罐体，带有排气阀、压力表、安全阀、密封圈的顶盖；罐体支撑腿焊接于罐体底部，排水阀设置于罐体底部，试件架设置于罐体内部，排气阀、压力表、安全阀设置于顶盖上，密封圈设置于顶盖与罐体连接处；还包括加压单元、温控单元；其中加压单元包括进水阀、高压注水装置，进水阀设置于顶盖上，高压注水装置与进水阀连接；温控单元包括半导体制冷器、保温棉、温控仪，半导体制冷器设置于罐体外壁，并外接温控仪，保温棉包裹罐体外壁。

2.根据权利要求1所述深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置，其特征在于，所述顶盖上还设置有两个顶盖把手，分别对称焊接于顶盖表面两侧。

3.根据权利要求1所述深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置，其特征在于，所述顶盖通过法兰和螺栓与罐体密封盖合。

4.根据权利要求1所述深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置，其特征在于，所述排水阀设置于罐体底部且延伸出来弯向一侧。

5.深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置的应用方法，用于研究深水环境下水泥基材料水下强度性能变化规律，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，打开顶盖给罐体内蓄上水；

步骤2，掺入水下抗分散剂搅拌得到水泥基浆体，将试模放入罐体内，将水泥基浆体从水面向水中落下浇入试模中，分批投料，连续操作并超出试模表面，静置5min后取出试模；取出试模后再静置10min，轻敲试模侧面，然后放回水中，在混凝土初凝前抹平，装模48h后拆模；

步骤3，拆模后试件放入罐体内部试件架上，盖上顶盖并通过法兰、螺栓和密封圈密封好；打开排气阀和进水阀，通过进水阀向罐体内注满水，关闭排气阀；

步骤4，打开高压注水装置给罐体内水加压，达到预定压力后关闭进水阀和高压注水装置；温控仪控制半导体制冷器的启闭，对罐体内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；

步骤5，试件在装置中放置到规定龄期后取出，进行性能测试。

6.深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置的应用方法，用于研究带损伤水泥基材料深水环境下力学性能变化规律，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，浇筑150mm*150mm*150mm立方体试件，浇筑时插入钢片预制裂缝，预养护24h后拆模；

步骤2，拆模后试件放入罐体内部试件架上，盖上顶盖并通过法兰、螺栓和密封圈密封好；打开排气阀和进水阀，通过进水阀向罐体内注满水，关闭排气阀；

步骤3，温控仪控制半导体制冷器的启闭，对罐体内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；打开高压注水装置给罐体内水加压，达到预定压力后关闭进水阀和高压注水装置；

步骤4，试件在装置中放置到规定龄期后取出，进行性能测试。

7.深水环境对水泥基材料性能影响的模拟装置的应用方法，用于研究温度加速模拟深水环境下水泥基材料耐久性问题，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，浇筑150mm*150mm*150mm立方体试件，预养护24h后拆模；

步骤2，拆模后试件放入罐体内部试件架上，盖上顶盖并通过法兰、螺栓和密封圈密封好；打开排气阀和进水阀，通过进水阀向罐体内注满溶液，溶液分别采用普通水、人造海水和碱性溶液；

步骤3，打开高压注水装置给罐体内溶液加压，达到预定压力后关闭进水阀和高压注水装置；温控仪控制半导体制冷器的启闭，对罐体内的溶液进行加热或制冷以达到预定温度；

步骤4，试件在装置中养护预定温度对应的时间后取出，测试其力学性能。