CN107389433B - 一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测低温环境下水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱及检测方法，属于水利建筑防护领域。包括内部盛装有可结冰液体的水槽，水槽的顶部及垂直一侧为敞口设计，水槽的顶部敞口处安装有顶板、一侧垂直面敞口处设置有测试材料板，测试材料板通过固定板固定于水槽上，顶板及固定板的四周均与水槽相密封，顶板及测试材料板上均安装有水平、垂直排列的多行多列压力传感器，压力传感器通过数据传输线与信号接收器通讯连接。本发明能够在实验室内对测试材料进行冰推力测试以及定性检测冰拔破坏情况，进而验证测试材料是否能够抵御冰推力以及冰拔破坏，检测数据准确，无需在实际水利工程上进行施工验证。

Description

一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检 测箱及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测低温环境下水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱及检测方法，属于水利建筑防护领域，即一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱及其检测方法。

背景技术

寒冷地区水库在冬季蓄水运行中，水面不断结冰，体积膨胀。水结冰膨胀对水利建筑表面产生向内的挤压现象则是冰推现象，产生的挤压力称之为冰推力。而水库的蓄水量高于发电用水量，则水位升高，导致冰面被抬升，而蓄水量低于发电用水量则是水位下降，冰层失去水位支撑导致下降。如冰面附着在水利建筑表面，这两种情况会对水利建筑表面造成向上或者是向下拔起的破坏，这种破坏称之为冰拔破坏。而冰推以及冰拔通常是同时产生的。

冰拔以及冰推现象多存在于高冷、高寒地区的水利工程上。在老旧水利建筑上，由于没有保湿、保温层，冰推、冰拔直接作用在混凝土或者土石护坡上，虽然由于基层为刚性结构，但是由于具有一定的吸水性，冰层会牢固附着在水利建筑表面，造成水利建筑表面混凝土开裂破坏，内部石子、钢筋裸露等不利影响。对于目前高冷、高寒地区的新建水利工程，为了减少温度裂缝以及湿度裂缝，均会在建筑物表面进行有效的保湿、保温措施，如施工防水层或者是保温层等。这样冰推力以及冰拔破坏就会直接作用在保湿、保温层上。在冬季结冰的过程中，防水层以及保温层会受到冰推、冰拔破坏，如其不能有效抵御冰推力以及冰拔破坏，则会出现使用寿命缩短，甚至出现脱落等严重问题。

目前有多种材料以及方法来减轻甚至消除冰推、冰拔现象对水利建筑表面的破坏，如在水利建筑表面涂覆具有抗冰拔、冰推性能的特种材料等。但是使用效果都需要在实际水利工程上进行施工验证。没有较为有效的实验室内部检测方法，如去实际水利工程上进行施工验证，则耗费巨大且耗时较长。

目前，亟待出现一种用于检测低温环境下水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱及检测方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱及其检测方法，本发明能够在实验室内对测试材料进行冰推力测试以及定性检测冰拔破坏情况，进而验证测试材料是否能够抵御冰推力以及冰拔破坏，检测数据准确，无需在实际水利工程上进行施工验证。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种用于检测低温环境下水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，其特殊之处在于包括内部盛装有可结冰液体的水槽1，水槽1的顶部及垂直一侧为敞口设计，水槽1的顶部敞口处安装有顶板2、一侧垂直面敞口处设置有测试材料板6，测试材料板6通过固定板3固定于水槽1上，顶板2及固定板3的四周均与水槽1密封连接，顶板2及测试材料板6上均安装有水平、垂直排列的多行多列压力传感器4，压力传感器4通过数据传输线14与信号接收器5通讯连接；

作为本发明优选的一种技术方案，所述检测箱体1的顶部敞口处、垂直一侧敞口处分别设有水平外延的上连接板13、侧连接板7，上连接板13及侧连接板7为一体结构，上连接板13及侧连接板7上均开设有用于穿过螺栓12的安装孔；

作为本发明优选的一种技术方案，所述顶板2与上连接板13之间设有与上连接板13形状相匹配的上密封条8，测试材料板6与侧连接板7之间设有形状与侧连接板7相匹配的侧密封条9，顶板2与上密封条8的对应位置处，以及测试材料板6与固定板3、侧密封条9的对应位置处均开设有用于穿过螺栓12的安装孔；

作为本发明优选的一种技术方案，所述测试材料板6是由刚性材料制成的测试材料板，测试材料板6的厚度方向上开设有三行三列共九个通过孔Ⅰ10，九个通过孔Ⅰ10内均安装有压力传感器4，压力传感器4的检测端与水槽1内的可结冰液体相接触，压力传感器4与通过孔Ⅰ10通过防水密封胶固定；

作为本发明优选的一种技术方案，所述测试材料板6是由弹性材料制成的测试材料板，测试材料板6上开设有三行三列共九个通过孔Ⅰ10，其中，每行任选两个通过孔Ⅰ10共六个通过孔10，该六个通过孔Ⅰ10的孔底距离测试材料板6靠近水槽1一面2-5mm，该六个通过孔Ⅰ10内均安装有压力传感器4，压力传感器4的检测端与通过孔Ⅰ10孔底相接触，剩余三个通过孔Ⅰ10内安装的压力传感器4的检测端与固定板3相接触；

作为本发明优选的一种技术方案，所述顶板2的厚度方向上开设有三行三列共九个通过孔Ⅱ11，九个通过孔Ⅱ11内均安装有压力传感器4，压力传感器4的检测端与水槽1内的可结冰液体相接触，压力传感器4与通过孔Ⅱ11通过防水密封胶固定。

一种用于检测低温环境下水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱的检测方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

1、缓慢结冰过程下冰推力检测

测试冰推力时，将侧密封条9、测试材料板6、固定板3用螺栓12固定在水槽1侧面，并在固定板3上开设3行、3列通过孔Ⅰ10，每个通过孔Ⅰ10内均安装有压力传感器4，压力传感器4与通过孔Ⅰ10通过防水密封胶固定，压力传感器4通过数据传输线与信号接收器5通讯连接，即完成了检测箱体的安装，然后向水槽1中注入水，水位高度距离水槽1上沿5-10cm，将检测箱体放置于缓慢降温的制冷装置中即可，根据实际要求选择降温速度以及降温时间；

若测试材料板6为刚性材料，则压力传感器4的检测端与水槽1内的可结冰液体相接触，水槽1内的液体缓慢结冰后，通过压力传感器4可以测出液体结冰后对测试材料板6表面的产生挤压力，即冰推力；

若测试材料板6为弹性材料，则固定板3上每行任选两个通过孔Ⅰ10共六个通过孔10，该六个通过孔Ⅰ10的孔底距离测试材料板6靠近水槽1一面2-5mm，该六个通过孔Ⅰ10所安装的六个压力传感器4的检测端与通过孔Ⅰ10孔底相接触，由于测试材料具有弹性，在水结冰膨胀的过程中，测试材料被挤压，会出现形变，因此该六个压力传感器4会检测到测试材料板6的压力形变， 剩余三个通过孔Ⅰ10内安装的三个压力传感器4的检测端与固定板3相接触，该三个压力传感器4是用来测试固定板3所受到的压力，即模拟在水利建筑外侧有覆盖材料时，冰推力对水利建筑基层的挤压力；

若安装在测试材料板6与固定板3之间的压力传感器4无信号波动，则说明测试材料板板6的冰推力好，反之，则说明测试材料板板6的冰推力差；

2、快速结冰过程下的冰推力检测

检测箱的安装与步骤1的缓慢结冰过程相同，此外还需要安装顶板2，顶板2可以固定冰层高度，使冰层无法向上生长，在顶板2内安装有九个压力传感器4，九个压力传感器4由防水密封胶固定在顶板2内部，压力传感器4的检测端与水槽1内部水位相接触，压力传感器4通过数据传输线连接到信号接收器5上，然后向水槽1内注满水，将检测箱放置于快速降温的制冷装置中即可，根据实际要求选择降温速度以及降温时间，其它检测步骤同步骤1；

3、冰拔力检测

在完成冰推力检测后，将固定板3、顶板2从水槽1上快速平稳的拆卸下来，若能轻易取下测试材料板6以及固定板3，且水槽1中的冰层中没有附着任何测试材料板6碎片，则表明测试材料板6没有与冰面粘接，说明测试材料具有良好的抗冰拔力，反之，则说明测试材料板6冰拔力较差。

本发明的用于检测低温环境下水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，结构设计巧妙，使用方便，采用该检测箱，可在实验室内即可完成测试材料的冰推力及冰拔破坏的检测，可以准确的验证测试材料的使用效果，解决了以往测试材料要在实际水利工程上进行施工验证、耗费巨大、耗时较长的问题，在水利建筑防护领域具有很好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的检测箱的结构示意图。

图2是图1的分解示意图。

具体实施方式

参见图1、2，零部件名称如下：1、水槽；2、顶板；3、固定板；4、压力传感器；5、信号接收器；6、测试材料板；7、侧连接板；8、上密封条；9、侧密封条；10、通过孔Ⅰ；11、通过孔Ⅱ；12、螺栓；13、上连接板；14、数据传输线。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：参见图1、2，一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，用以检测由刚性材料制成的测试材料板6的冰推力及冰拔力，包括内部盛装有可结冰液体的水槽1，水槽1的顶部及垂直一侧为敞口设计，水槽1的顶部敞口处安装有顶板2、一侧垂直面敞口处设置有测试材料板6，测试材料板6通过固定板3固定于水槽1上，顶板2及固定板3的四周均与水槽1相密封，顶板2及测试材料板6上均安装有水平、垂直排列的多行多列压力传感器4，压力传感器4通过数据传输线与信号接收器5通讯连接，检测箱体1的顶部敞口处、垂直一侧敞口处分别设有水平外延的上连接板13、侧连接板7，上连接板13及侧连接板7为一体结构，上连接板13及侧连接板7上均开设有用于穿过螺栓12的安装孔；顶板2与上连接板13之间设有与上连接板13形状相匹配的上密封条8，测试材料板6与侧连接板7之间设有形状与侧连接板7相匹配的侧密封条9，顶板2与上密封条8的对应位置处，以及测试材料板6与固定板3、侧密封条9的对应位置处均开设有用于穿过螺栓12的安装孔；测试材料板6的厚度方向上开设有三行三列共九个通过孔Ⅰ10，九个通过孔Ⅰ10内均安装有压力传感器4，压力传感器4的检测端与水槽1内的可结冰液体相接触，压力传感器4与通过孔Ⅰ10通过防水密封胶固定；顶板2的厚度方向上开设有三行三列共九个通过孔Ⅱ11，九个通过孔Ⅱ11内均安装有压力传感器4，压力传感器4的检测端与水槽1内的可结冰液体相接触，压力传感器4与通过孔Ⅱ11通过防水密封胶固定。

实施例2

参见图1、2，一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，用以检测由弹性材料制成的测试材料板6的冰推力及冰拔力，本实施例与实施例1的区别在于：测试材料板6上开设有三行三列共九个通过孔Ⅰ10，其中，每行任选两个通过孔Ⅰ10共六个通过孔10，该六个通过孔Ⅰ10的孔底距离测试材料板6靠近水槽1一面2-5mm，该六个通过孔Ⅰ10内均安装有压力传感器4，压力传感器4的检测端与通过孔Ⅰ10孔底相接触，剩余三个通过孔Ⅰ10内安装的压力传感器4的检测端与固定板3相接触。

实施例3

参见图1、2，一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱的检测方法，本实施例中的测试材料板为聚氨酯硬质泡沫，测试其在缓慢降温的条件下经受的冰推力与抗冰拔破坏情况

具体检测方法：

水槽1尺寸为30cm*40cm*40cm（长*宽*高），水槽1、顶板2、固定板3均选用厚度为5mm的不锈钢。测试材料板6为外层喷涂有聚氨酯防水层（厚度为1mm）的聚氨酯硬质泡沫塑料（厚度为8cm，密度为70Kg/m³）。

依次将侧密封条9、测试材料板6（聚氨酯防水层朝向水槽）、固定板3、压力传感器4通过固定螺栓安装在水槽1上，其中6个压力传感器（每行2条，共3行）安装在聚氨酯硬质泡沫内部靠近水槽1一侧2mm处，剩余3个压力传感器4放置在聚氨酯硬质泡沫与固定板3之间，压力传感器4通过数据线连接到信号接收器5上。

安装完成后，向水槽1内注入水，水深35cm（距离水槽1上沿5cm），检测箱以及信号接收器5放置于低温养护箱中，信号接收器5用防水保温材料包覆，降温速度为1℃/h，降温至-20℃停止降温，并且恒温48h。

实验结束后，将水槽1以及信号接收器5取出，压力传感器4的数据存储在信号接收器5内部的存储卡中，导出即可。拆卸螺栓过程中发现，测试材料板6自动脱离了水槽1侧面，没有与水槽1中的冰粘接，观察测试材料板6与水槽1的接触面，发现由于冰体膨胀，将测试材料板6挤压形成了凹陷，凹陷深度最大处为5mm，即水槽1侧面冰体凸出了水槽，尽管如此，测试材料板6依然没有与冰粘接，说明此测试材料板6具有良好的抗冰拔性。

实施例4

参见图1、2，一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱的检测方法，本实施例中的测试材料板为水泥板，测试其在快速降温的条件下经受的冰推力与抗冰拔破坏情况。

具体检测方法：

水槽1尺寸为40cm*60cm*60cm（长*宽*高），水槽1、顶板2、固定板3均选用厚度为8mm的不锈钢。测试材料板6为内置钢筋的混凝土板（采用C30混凝土浇筑），厚度为5cm。

依次将侧密封条9、混凝土板、固定板3、压力传感器4通过固定螺栓安装在水槽1上。混凝土板预先根据固定板3上的压力传感器4开孔位置进行开孔，将压力传感器4放置于混凝土板靠近水槽1一侧表面，压力传感器4四周用防水密封胶密封，压力传感器4通过数据线连接到信号接收器5上。

安装完成后，向水槽1内注满水。安装上密封条8、顶板2以及顶部压力传感器4。将检测箱以及信号接收器5放置于冷库（-20℃，恒温72h）中，信号接收器5用防水保温材料包覆。

实验结束后，将水槽1以及信号接收器5取出，压力传感器4的数据存储在信号接收器5内部的存储卡中，导出即可。拆卸侧向固定螺栓时发现，混凝土板难以从水槽1侧面取下，混凝土板与冰粘接较结实，原因是混凝土板具有一定孔隙，水可以经过孔隙渗透进入混凝土中，结冰时，混凝土孔隙中的水结冰与水槽1中的冰层结一体，将混凝土板牢牢粘接在冰层上，说明混凝土的抗冰拔破坏性较差。这在实际水利建筑上，如水利建筑表面为混凝土，就会出现冰层在升高或者下降的情况时，即受到冰拔破坏时，混凝土表层会被冰层粘附着脱离原有基层，经过多次冰拔破坏后，混凝土表面会剥蚀严重，钢筋石子出现大面积裸露，使用寿命降低。

本发明的用于检测低温环境下水库结冰对水利建筑冰推力及冰拔破坏的检测箱，使用方便，采用该检测箱，可在实验室内即可完成测试材料的冰推力及冰拔破坏的检测，可以准确的验证测试材料的使用效果，解决了以往测试材料要在实际水利工程上进行施工验证、耗费巨大、耗时较长的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，其特征在于包括内部盛装有可结冰液体的水槽（1），水槽（1）的顶部及垂直一侧为敞口设计，水槽（1）的顶部敞口处安装有顶板（2）、一侧垂直面敞口处设置有测试材料板（6），测试材料板（6）通过固定板（3）固定于水槽（1）上，顶板（2）及固定板（3）的四周均与水槽（1）密封连接，顶板（2）及测试材料板（6）上均安装有水平、垂直排列的多行多列压力传感器（4），压力传感器（4）通过数据传输线（14）与信号接收器（5）通讯连接。

2.按照权利要求1所述的一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，其特征在于所述水槽（1）的顶部敞口处、垂直一侧敞口处分别设有水平外延的上连接板（13）、侧连接板（7），上连接板（13）及侧连接板（7）为一体结构，上连接板（13）及侧连接板（7）上均开设有用于穿过螺栓（12）的安装孔。

3.按照权利要求2所述的一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，其特征在于所述顶板（2）与上连接板（13）之间设有与上连接板（13）形状相匹配的上密封条（8），测试材料板（6）与侧连接板（7）之间设有形状与侧连接板（7）相匹配的侧密封条（9），顶板（2）与上密封条（8）的对应位置处，以及测试材料板（6）与固定板（3）、侧密封条（9）的对应位置处均开设有用于穿过螺栓（12）的安装孔。

4.按照权利要求1所述的一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，其特征在于所述测试材料板（6）是由刚性材料制成的测试材料板，测试材料板（6）的厚度方向上开设有三行三列共九个通过孔Ⅰ（10），九个通过孔Ⅰ（10）内均安装有压力传感器（4），压力传感器（4）的检测端与水槽（1）内的可结冰液体相接触，压力传感器（4）与通过孔Ⅰ（10）通过防水密封胶固定。

5.按照权利要求1所述的一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，其特征在于所述测试材料板（6）是由弹性材料制成的测试材料板，测试材料板（6）上开设有三行三列共九个通过孔Ⅰ（10），其中，每行任选两个通过孔Ⅰ（10）共六个通过孔Ⅰ（10），该六个通过孔Ⅰ（10）的孔底距离测试材料板（6）靠近水槽（1）一面2-5mm，该六个通过孔Ⅰ（10）内均安装有压力传感器（4），压力传感器（4）的检测端与通过孔Ⅰ（10）孔底相接触，剩余三个通过孔Ⅰ（10）内安装的压力传感器（4）的检测端与固定板（3）相接触。

6.按照权利要求4或5所述的一种用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱，其特征在于所述顶板（2）的厚度方向上开设有三行三列共九个通过孔Ⅱ（11），九个通过孔Ⅱ（11）内均安装有压力传感器（4），压力传感器（4）的检测端与水槽（1）内的可结冰液体相接触，压力传感器（4）与通过孔Ⅱ（11）通过防水密封胶固定。

7.一种如权利要求6所述的用于检测水库结冰对水利建筑冰推力以及冰拔破坏的检测箱的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

缓慢结冰过程下冰推力检测

此时不需要安装顶板（2）；向水槽（1）中注入水，水位高度距离水槽（1）上沿5-10cm，将检测箱体放置于缓慢降温的制冷装置中即可，根据实际要求选择降温速度以及降温时间；

若测试材料板（6）为刚性材料，则压力传感器（4）的检测端与水槽（1）内的可结冰液体相接触，水槽（1）内的液体缓慢结冰后，通过压力传感器（4）可以测出液体结冰后对测试材料板（6）表面的产生挤压力，即冰推力；

若测试材料板（6）为弹性材料，由于测试材料具有弹性，在水结冰膨胀的过程中，测试材料被挤压，会出现形变，因此该六个压力传感器（4）会检测到测试材料板（6）的压力形变，剩余三个通过孔Ⅰ（10）内安装的三个压力传感器（4）的检测端与固定板（3）相接触，该三个压力传感器（4）是用来测试固定板（3）所受到的压力，即模拟在水利建筑外侧有覆盖材料时，冰推力对水利建筑基层的挤压力；

若安装在测试材料板（6）与固定板（3）之间的压力传感器（4）无信号波动，则说明测试材料板（6）的冰推力好，反之，则说明测试材料板（6）的冰推力差；

2）快速结冰过程下的冰推力检测

此时需要安装顶板（2）；顶板（2）可以固定冰层高度，使冰层无法向上生长，在顶板（2）内安装有九个压力传感器（4），九个压力传感器（4）由防水密封胶固定在顶板（2）内部，压力传感器（4）的检测端与水槽（1）内部水位相接触，压力传感器（4）通过数据传输线连接到信号接收器（5）上，然后向水槽（1）内注满水，将检测箱放置于快速降温的制冷装置中即可，根据实际要求选择降温速度以及降温时间，其它检测步骤同步骤1；

3）冰拔力检测

在完成冰推力检测后，将固定板（3）、顶板（2）从水槽（1）上快速平稳的拆卸下来，若能轻易取下测试材料板（6）以及固定板（3），且水槽（1）中的冰层中没有附着任何测试材料板（6）碎片，则表明测试材料板（6）没有与冰面粘接，说明测试材料具有良好的抗冰拔力，反之，则说明测试材料板（6）冰拔力较差。

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