CN109813878A - 一种混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海工混凝土材料耐久性试验设备技术领域，具体涉及一种混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置，主体结构包括储液箱、试验箱、连通管、储液箱通气孔、试验箱通气孔、吊扇、钢管、钢架、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、箱体支座、连通阀门、管架、进水水泵、进水阀门、出水管、出水水泵、出水阀门、喷淋水管、喷淋头和控制箱，控制箱能够实时控制和记录试验参数，实现潮汐区与浪溅区的界限分明，在试验过程中，使潮汐区始终处于浸泡环境，浪溅区处于喷淋环境，解决了潮汐区与浪溅区分开模拟的问题，一体化真实地模拟了海洋环境，能够广泛地应用于模拟混凝土干湿循环试验。
Description
技术领域：
本发明属于海工混凝土材料耐久性试验设备技术领域，具体涉及一种混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置。
背景技术：
对于处于海洋环境条件下的混凝土结构来说，由于混凝土受到干湿循环、冻融循环、离子侵蚀、海水溶蚀等复杂因素的作用，服役条件十分恶劣，而且受氯离子侵蚀产生的耐久性问题远比一般大气环境下的混凝土更加严重。干湿循环是对混凝土耐久性最为不利的作用之一，海工混凝土长期处于干湿循环作用下，干湿循环加速了外界环境与混凝土内部环境的氯离子交换，从而导致了混凝土内部的氯离子含量以及向内扩散的速率明显提高。潮汐区与浪溅区会因为涨潮和退潮时水位的变化而产生干湿循环现象，在这些区域，混凝土构件受到氯离子侵蚀的现象与水下区相比更为严重。
目前，关于模拟混凝土干湿循环加速试验已有许多方法，大致分为两大类，一类为通过人工操作进行模拟试验，另一类为通过自动化装置进行模拟试验。中国专利201710612592.6公开的海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度的概率预测方法包括以下步骤：(1)建立海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度的随机样本点计算模型：根据混凝土的水胶比和暴露时间，建立海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度Cs的随机样本点计算模型：Cs,j＝&；alpha；1j(&；alpha；2jRW/B+&；alpha；3j)(1-e-&；alpha；4jt)+&；alpha；5j+&；xi；&；sigma；式中，Cs,j为海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度Cs的第j个随机样本点，单位为占胶凝材料质量的百分比；αij(i＝1,2,…,5；j＝1,2,...,N)为第i个概率模型参数的第j个随机样本点；N为随机样本点的个数；RW/B为水胶比；t为暴露时间，单位为年；ξ为标准正态分布随机变量；σ为系统误差的标准差，单位为占胶凝材料质量的百分比；(2)确定海洋浪溅区不同种类混凝土的概率模型参数的统计特征值，并产生概率模型参数的随机样本点：根据混凝土的种类，确定概率模型参数αi(i＝1,2,…,5)的概率分布类型、均值标准差和相关系数根据概率模型参数αi(i＝1,2,…,5)的概率分布类型、均值标准差和相关系数利用蒙特卡洛法进行随机抽样，每个概率模型参数αi(i＝1,2,…,5)产生N个随机样本点αij(i＝1,2,…,5；j＝1,2,...,N)；(3)产生海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度的随机样本点，确定海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度的概率密度函数：将步骤(2)中产生的概率模型参数αi(i＝1,2,…,5)的N个随机样本点αij(i＝1,2,…,5；j＝1,2,...,N)依次代入步骤(1)中的海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度的随机样本点计算模型，产生海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度Cs的N个随机样本点Cs,j(j＝1,2,...,N)，根据海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度Cs的均值和标准差的计算模型，计算海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度Cs的均值和标准差进而确定海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度Cs的概率密度函数；中国专利201810522616.3公开的一种模拟海水浪溅环境下钢筋混凝土结构腐蚀的试验装备包括水池，所述水池中部设置有垫块，所述水池里充注有氯化钠溶液，且氯化钠溶液的高度低于垫块的高度，所述垫块顶部设置有钢筋混凝土构件，所述钢筋混凝土构件底端四周十分之三部分设置有环氧树脂涂层，所述环氧树脂涂层顶部钢筋混凝土构件十分之四处侧壁设置有PVC热塑管，所述PVC热塑管顶部与塑料软管一端固定安装，所述塑料软管另一端与水泵输出水口固定安装，且水泵位于水池底部，所述钢筋混凝土构件顶端部分的钢筋通过导线与直流电源正极，所述直流电源负极通过导线与不锈钢金属片相连，且不锈钢金属片位于水池内且延伸至氯化钠溶液；中国专利201020579952.0公开的一种海水潮汐区混凝土氯盐侵蚀加速模拟试验装置包括试验箱A、水泵A、水位传感器组A、试验箱B、水泵B、水位传感器组B、电源及控制系统，所述的电源及控制系统包括水位控制器A、微电脑时控开关A、水位控制器B、微电脑时控开关B，所述的试验箱A和试验箱B底部各设有转换接头，设在试验箱A底部的转换接头通过水泵进水管与水泵A的进水端连接，水泵A的出水端伸到试验箱B内，设在试验箱B底部的转换接头通过水泵进水管与水泵B的进水端连接，水泵B的出水端伸到试验箱A内，所述的水位控制器A与微电脑时控开关A连接，该水位控制器A的控制输出端与水泵A连接，水位控制器A的输入端与水位传感器组A连接，所述的水位控制器B与微电脑时控开关B连接，该水位控制器B的控制输出端与水泵B连接，水位控制器B的输入端与水位传感器组B连接，所述的水位传感器组A设置在试验箱A或试验箱B内，所述的水位传感器组B设置在试验箱A或试验箱B内；中国专利201510271667.X公开的一种干湿交替作用下沿海钢筋混凝土耐久性影响试验装置包括主水槽、副水槽、水泵、多孔隔板、浮箱、配重块和水位控制系统，所述主水槽和副水槽均设有进、出水口，主、副水槽的进、出水口均设置在水槽的底部位置，主水槽进水口通过水泵与副水槽出水口相连接，副水槽进水口通过水泵与主水槽出水口相连接；所述多孔隔板设置在主水槽下部，多孔隔板上放置混凝土试件；所述浮箱架设在主水槽上部位置，配重块设置在浮箱上；所述水位控制系统包括压力传感器和PLC控制器，压力传感器设置在主水槽底部并且与PLC控制器连接，各水泵的控制端与PLC控制器相连接；但是这两大类方法都只是单一地模拟混凝土干湿循环试验中的一种环境，没有将潮汐区与浪溅区协同作用进行考虑，与在实海对混凝土进行暴露试验时，混凝土同时受到潮汐与浪溅的共同作用不相符。因此，发明一种混凝土受潮汐与浪溅协同作用的干湿循环试验装置，解决潮汐区与浪溅区分开模拟的问题，实现一体化，更加真实地模拟海洋环境，能够广泛地应用于模拟混凝土干湿循环试验。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置，能够模拟混凝土结构在海水腐蚀环境下的干湿循环试验，实现一体化模拟潮汐区与浪溅区，更加真实地模拟海洋环境。
为了实现上述目的，本发明涉及的混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置的主体结构包括储液箱、试验箱、连通管、储液箱通气孔、试验箱通气孔、吊扇、钢管、钢架、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、箱体支座、连通阀门、管架、进水水泵、进水阀门、出水管、出水水泵、出水阀门、喷淋水管、喷淋头和控制箱；分别独立设置的内空式结构的储液箱与试验箱通过连通管连接，储液箱的顶部开设有两排平行的储液箱通气孔，试验箱的顶部开设有四列平行的试验箱通气孔，试验箱内顶部设置有两排吊扇，试验箱内上部架设有两根平行的钢管，试验箱内底部设置有三层结构的钢架，试验箱内左侧壁上设置有上水位传感器和下水位传感器，试验箱内右侧壁上设置有温湿度传感器和温度传感器，试验箱外底部设置有箱体支座，连通管上设置有连通阀门，门字形结构的管架由储液箱引出后进入试验箱，管架由设置在右侧的右立管、设置在左侧的左立管和设置在右立管与左立管之间的横立管连接构成，横立管为进水管，进水管上设置有进水水泵和进水阀门，右立管上分支出与横立管连接的出水管，出水管上设置有出水水泵和出水阀门，进水管上进水阀门的右侧分支出两排喷淋水管，喷淋水管沿钢管绑扎敷设，喷淋水管上等间距式设置有若干个喷淋头，吊扇、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、连通阀门、进水水泵、进水阀门、出水水泵和出水阀门分别与控制箱电连接。
本发明涉及的储液箱和试验箱的材质为耐盐溶液腐蚀的不锈钢，试验箱的尺寸为2m×1.5m×2m；连通管、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、连通阀门、进水水泵、进水阀门、出水管、出水水泵、出水阀门、喷淋水管和喷淋头的材质均具有耐腐蚀性；储液箱通气孔的数量为8，用于保持储液箱的内部气压稳定；试验箱通气孔的数量为16，用于将水蒸气排出试验箱；钢管用于固定喷淋水管和喷淋头；钢架为钢管间隔焊接形成的尺寸为1.8m×1.3m×1m的耐腐蚀性不锈钢框架；温湿度传感器位于试验箱与连通管连接处的上方，用于监测浪溅区混凝土试件所在环境的温度和湿度；温度传感器位于试验箱与连通管连接处的下方，用于监测潮汐区混凝土试件所在环境的温度；控制箱的内部设置有单片机电路板，外部设置有显示屏，能够分别控制吊扇、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、连通阀门、进水水泵、进水阀门、出水水泵和出水阀门的运作并设置试验参数，记录温度和湿度。
本发明涉及的混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置使用时，在钢架的每层放置混凝土试件，第一、二层放置的混凝土试件用于模拟潮汐区环境，第三层放置的混凝土试件用于模拟浪溅区环境，在储液箱中注入设定质量的盐溶液，将试验要求的干湿循环时间比和循环时间输入控制箱，开始试验时，自动优先进入湿润工作状态，进水水泵和出水水泵在控制箱规定的时间运作，以达到自动干湿循环的目的，控制箱打开温湿度传感器和温度传感器对混凝土试件湿润时和干燥时的温度和湿度进行记录；当第一、二层混凝土试件欲处于浸泡状态和第三层混凝土试件欲处于淋浴状态时，控制箱打开连通阀门、进水水泵和进水阀门，使连通管、管架和喷淋水管连通储液箱，储液箱中的盐溶液进入试验箱中，在喷淋头的喷淋作用下，试验箱中的盐溶液升高到连通管处，在此基础上增加的盐溶液通过连通管回流至储液箱中，到达设定的湿润时间时，控制箱控制连通阀门、进水水泵和进水阀门关闭，控制箱开启出水水泵和出水阀门，使盐溶液回流至储液箱中；当混凝土试件处于湿润状态时，控制箱关闭吊扇，当盐溶液回流到储液箱后，控制箱开启吊扇，试验箱通气孔将水蒸汽排出，对混凝土试件进行干燥；试验过程中，控制箱能够显示干湿状态，根据试验要求设置干湿循环时间比，并记录和保存干湿循环次数的记录。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：1、基本结构和构造简单，安装方便，自动化程度高，节省了大量的人力、物力与时间成本，控制箱能够实时控制和记录试验参数，提高了准确度；2、设置了连接储液箱与试验箱的连通管，实现潮汐区与浪溅区的界限分明，在试验过程中，使潮汐区始终处于浸泡环境，浪溅区处于喷淋环境；3、解决了潮汐区与浪溅区分开模拟的问题，一体化真实地模拟了海洋环境，能够广泛地应用于模拟混凝土干湿循环试验。
附图说明：
图1为本发明的主体结构原理示意图。
图2为本发明涉及的钢架的俯视结构原理示意图。
图3为本发明涉及的储液箱通气孔的分布示意图。
图4为本发明涉及的试验箱通气孔和吊扇的分布示意图。
图5为本发明涉及的钢管和喷淋头的分布示意图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
本实施例涉及的混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置的主体结构包括储液箱1、试验箱2、连通管3、储液箱通气孔4、试验箱通气孔5、吊扇6、钢管7、钢架8、上水位传感器9、下水位传感器10、温湿度传感器11、温度传感器12、箱体支座13、连通阀门14、管架15、进水水泵16、进水阀门17、出水管18、出水水泵19、出水阀门20、喷淋水管21、喷淋头22和控制箱23；分别独立设置的内空式结构的储液箱1与试验箱2通过连通管3连接，储液箱1的顶部开设有两排平行的储液箱通气孔4，试验箱2的顶部开设有四列平行的试验箱通气孔5，试验箱2内顶部设置有两排吊扇6，试验箱2内上部架设有两根平行的钢管7，试验箱2内底部设置有三层结构的钢架8，试验箱2内左侧壁上设置有上水位传感器9和下水位传感器10，试验箱2内右侧壁上设置有温湿度传感器11和温度传感器12，试验箱2外底部设置有箱体支座13，连通管3上设置有连通阀门14，门字形结构的管架15由储液箱1引出后进入试验箱2，管架15由设置在右侧的右立管、设置在左侧的左立管和设置在右立管与左立管之间的横立管连接构成，横立管为进水管，进水管上设置有进水水泵16和进水阀门17，右立管上分支出与横立管连接的出水管18，出水管18上设置有出水水泵19和出水阀门20，进水管上进水阀门17的右侧分支出两排喷淋水管21，喷淋水管21沿钢管7绑扎敷设，喷淋水管21上等间距式设置有若干个喷淋头22，吊扇6、上水位传感器9、下水位传感器10、温湿度传感器11、温度传感器12、连通阀门14、进水水泵16、进水阀门17、出水水泵19和出水阀门20分别与控制箱23电连接。
本实施例涉及的储液箱1和试验箱2的材质为耐盐溶液腐蚀的不锈钢，试验箱2的尺寸为2m×1.5m×2m；连通管3、上水位传感器9、下水位传感器10、温湿度传感器11、温度传感器12、连通阀门14、进水水泵16、进水阀门17、出水管18、出水水泵19、出水阀门20、喷淋水管21和喷淋头22的材质均具有耐腐蚀性；储液箱通气孔4的数量为8，用于保持储液箱1的内部气压稳定；试验箱通气孔5的数量为16，用于将水蒸气排出试验箱2；钢管7用于固定喷淋水管21和喷淋头22；钢架8为钢管间隔焊接形成的尺寸为1.8m×1.3m×1m的耐腐蚀性不锈钢框架；温湿度传感器11位于试验箱2与连通管3连接处的上方，用于监测浪溅区混凝土试件所在环境的温度和湿度；温度传感器12位于试验箱2与连通管3连接处的下方，用于监测潮汐区混凝土试件所在环境的温度；控制箱23的内部设置有单片机电路板，外部设置有显示屏，能够分别控制吊扇6、上水位传感器9、下水位传感器10、温湿度传感器11、温度传感器12、连通阀门14、进水水泵16、进水阀门17、出水水泵19和出水阀门20的运作并设置试验参数，记录温度和湿度。
本实施例涉及的混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置在使用时，模拟青岛海域进行试验时，基于青岛的风力受海洋的影响较内陆为高，夏季主导风向南、东南，风力多为3-4级，冬季主导风向西北，风力多为3-5级，春秋季风向南、西南，风力多为3-4级，通过控制箱23将吊扇6的最大风速设置为10m/s；将试验要求的干湿循环时间比3:1和循环时间1天输入控制箱23，开始试验时，自动优先进入湿润工作状态，控制箱23打开连通阀门14、进水水泵16和进水阀门17，关闭吊扇6，储液箱1中的盐溶液进入试验箱2中，当盐溶液液面高度达到上水位感应器9的位置时，控制箱23关闭进水阀门17，当试验时间增加到6小时时，进入干燥工作状态，控制箱23关闭连通阀门14，出水水泵16和出水阀门17，打开吊扇6、出水水泵19和出水阀门20，盐溶液由试验箱2进入储液箱1，当试验箱2内水位降到下水位感应器12的位置时，控制箱关闭出水水泵19和出水阀门20，当试验时间增加到24小时时，再次进入湿润工作状态。
Claims (3)
1.一种混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置，其特征在于主体结构包括储液箱、试验箱、连通管、储液箱通气孔、试验箱通气孔、吊扇、钢管、钢架、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、箱体支座、连通阀门、管架、进水水泵、进水阀门、出水管、出水水泵、出水阀门、喷淋水管、喷淋头和控制箱；分别独立设置的内空式结构的储液箱与试验箱通过连通管连接，储液箱的顶部开设有两排平行的储液箱通气孔，试验箱的顶部开设有四列平行的试验箱通气孔，试验箱内顶部设置有两排吊扇，试验箱内上部架设有两根平行的钢管，试验箱内底部设置有三层结构的钢架，试验箱内左侧壁上设置有上水位传感器和下水位传感器，试验箱内右侧壁上设置有温湿度传感器和温度传感器，试验箱外底部设置有箱体支座，连通管上设置有连通阀门，门字形结构的管架由储液箱引出后进入试验箱，管架由设置在右侧的右立管、设置在左侧的左立管和设置在右立管与左立管之间的横立管连接构成，横立管为进水管，进水管上设置有进水水泵和进水阀门，右立管上分支出与横立管连接的出水管，出水管上设置有出水水泵和出水阀门，进水管上进水阀门的右侧分支出两排喷淋水管，喷淋水管沿钢管绑扎敷设，喷淋水管上等间距式设置有若干个喷淋头，吊扇、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、连通阀门、进水水泵、进水阀门、出水水泵和出水阀门分别与控制箱电连接。
2.根据权利要求1所述的混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置，其特征在于储液箱和试验箱的材质为耐盐溶液腐蚀的不锈钢，试验箱的尺寸为2m×1.5m×2m；连通管、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、连通阀门、进水水泵、进水阀门、出水管、出水水泵、出水阀门、喷淋水管和喷淋头的材质均具有耐腐蚀性；储液箱通气孔的数量为8，用于保持储液箱的内部气压稳定；试验箱通气孔的数量为16，用于将水蒸气排出试验箱；钢管用于固定喷淋水管和喷淋头；钢架为钢管间隔焊接形成的尺寸为1.8m×1.3m×1m的耐腐蚀性不锈钢框架；温湿度传感器位于试验箱与连通管连接处的上方，用于监测浪溅区混凝土试件所在环境的温度和湿度；温度传感器位于试验箱与连通管连接处的下方，用于监测潮汐区混凝土试件所在环境的温度；控制箱的内部设置有单片机电路板，外部设置有显示屏，能够分别控制吊扇、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、连通阀门、进水水泵、进水阀门、出水水泵和出水阀门的运作并设置试验参数，记录温度和湿度。
3.根据权利要求1所述的混凝土潮汐区与浪溅区干湿循环模拟试验装置，其特征在于使用时，在钢架的每层放置混凝土试件，第一、二层放置的混凝土试件用于模拟潮汐区环境，第三层放置的混凝土试件用于模拟浪溅区环境，在储液箱中注入设定质量的盐溶液，将试验要求的干湿循环时间比和循环时间输入控制箱，开始试验时，自动优先进入湿润工作状态，进水水泵和出水水泵在控制箱规定的时间运作，以达到自动干湿循环的目的，控制箱打开温湿度传感器和温度传感器对混凝土试件湿润时和干燥时的温度和湿度进行记录；当第一、二层混凝土试件欲处于浸泡状态和第三层混凝土试件欲处于淋浴状态时，控制箱打开连通阀门、进水水泵和进水阀门，使连通管、管架和喷淋水管连通储液箱，储液箱中的盐溶液进入试验箱中，在喷淋头的喷淋作用下，试验箱中的盐溶液升高到连通管处，在此基础上增加的盐溶液通过连通管回流至储液箱中，到达设定的湿润时间时，控制箱控制连通阀门、进水水泵和进水阀门关闭，控制箱开启出水水泵和出水阀门，使盐溶液回流至储液箱中；当混凝土试件处于湿润状态时，控制箱关闭吊扇，当盐溶液回流到储液箱后，控制箱开启吊扇，试验箱通气孔将水蒸汽排出，对混凝土试件进行干燥；试验过程中，控制箱能够显示干湿状态，根据试验要求设置干湿循环时间比，并记录和保存干湿循环次数的记录。
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