CN110441145A - 一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土耐久性试验方法技术领域，涉及一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法，工艺过程包括制作混凝土试件、安装与连接组件、施加荷载和进行试验共四个步骤，操作旋转把手，使套筒转动以带动下连杆和上连杆相向或反向移动，使下连杆和上连杆压缩或拉伸，应力通过上连杆的上部与钢板传递到混凝土试件中，对混凝土试件施加持续稳定的荷载，通过电子应变仪上的读数确定所施加应力的大小，根据下连杆与上连杆的材料参数和位移量计算出作用在混凝土试件上的荷载大小，通过旋转把手旋转套筒调整施加应力的大小，根据电阻应变仪的应变读数实时监控施加应力的大小，当应力损失超过5％时，通过旋转把手旋转套筒回复原始应力值，能够减少应力松弛。

Description

一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法

技术领域：

本发明属于混凝土耐久性试验方法技术领域，具体涉及一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法，在不同的拉压应力与腐蚀性介质侵蚀共同作用下测试混凝土的耐久性，以研究不同应力水平和腐蚀条件共同作用下隧道衬砌混凝土的劣化机理。

背景技术：

随着我国经济及城市化的发展，城市人口的急剧膨胀，近年来地铁隧道建设发展迅速，但是，地铁隧道的衬砌结构出现了不同程度的劣化现象，通过对地铁隧道衬砌劣化的机理的研究，发现：实际服役中的混凝土劣化是在荷载和外界腐蚀介质等环境因素共同作用下造成的，现有技术中对混凝土进行加载的方法，主要是单纯对混凝土进行受拉或受压加载。例如：中国专利201710485341.6公开的一种混凝土试件持续施加荷载的试验方法包括步骤S1，取两件相同的混凝土试件，在两件试件同放置垫块，在试件上添加应变片，应变片用干测量混凝土试件的应变；步骤S2，对两件试件同时施加弯拉载荷，步骤S3，对试件进行性能测试；在进行步骤Sl前，需要测试试件的性能参数，具体包括：抗弯拉强度、最大应变量和应力应变函数；步骤Sl选用的混凝土试件浇注成型时，在试件两端预留一定尺寸的孔洞，所述孔洞用于安装施加荷载所需的螺柱；步骤S2，施加弯拉载荷的方式包抵旋紧螺柱施加压力和通过杠杆对螺柱施加压力；步骤S3，测试的性能为试件的耐腐蚀性能；所述螺柱上有垫片和螺母；步骤S2施加弯拉载荷根据试件的应变量大小进行施加；所述螺柱、螺母、杠秆和垫块选择材料为耐腐蚀性的不锈钢或特种钢制作；所述杠杆固定在支架上：所述支架由将两件T型支撑杆和连接杆组成，所述螺柱通过卡住连接T型支撑杆的连接杆限制该支架的位移，该T型支撑杆与垫块可转动连接：该杠杆包括第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆，该第一、第二连接杆与支架的连接杆转动连接，该第三连接杆转动连接第一、第二、第四连接杆，该第四连接杆还与螺柱连接；所述第一连接杆还连接砝码盘，通过在所述砝码盘上放置砝码对试件施加弯拉载荷；中国专利2019104515033公开的混凝土耐久性测试装置的试验方法：(1)首先将混凝土耐久性测试装置搭建起来；(2)选取规格一致的试件备用；(3)选取数组试件，其中一组进行标准养护，一组进行现场同等腐蚀条件养护、两组进行自来水侵泡养护；其中现场同等腐蚀条件养护是采用现场腐蚀介质浸泡或配置浓度与现场离蚀介质相同的溶液浸泡，养护龄期是25-30天；标准养护龄期是25-30天；自来水侵泡养护是将试件分别放置在自来水里漫泡3个月和16个月，自来水侵泡养护分别是3个月和6个月；(4)标准养护、现场同等腐蚀条件养护合格的试件各取出一组，按照普通混凝土力学性能试验方法标准测定试件的抗折强度，对抗拆强度进行记录：(5)然后把经过抗折强度之后的现场同等腐蚀条件养护下的试件放置在混凝土耐久性测试装置上，利用千斤项对试件再次施加35％的穹曲荷载，之后把加载过弯曲荷载的试件分组放置在暴露现场或者腐蚀介质中分别漫泡3个月和6个月，试件养护合格后分别与在自来水侵泡养护条件下授泡的试件一同取出，拭干表面水份或者清除表面盐渍土；(6)最后步骤5中的试件分别放置在万能试验机上:按照四点弯曲的方法测定试件的抗折强度，并计算试件的抗腐蚀系数。因此，研发设计一种能够实现不同应力状态下隧道衬砌混凝土耐久性测试方法，通过调控拉力和压力，模拟出衬砌混凝土各种应力状态下的受力状态，以研究隧道衬砌混凝土在复杂荷载和腐蚀环境下结构劣化的机理。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法，模拟衬砌混凝土同时承受拉压应力的复合作用，测试耐久性。

为了实现上述目的，本发明涉及的隧道衬砌混凝土耐久性试验方法基于隧道衬砌混凝土耐久性试验装置实现，具体工艺过程包括制作混凝土试件、安装与连接组件、施加荷载和进行试验共四个步骤：

(一)制作混凝土试件：按照设定的水灰比制作混凝土试件，将上连杆的上部与钢板预埋在未成型的混凝土试件中，混凝土试件成型24h后拆模，养护到设定试验要求的龄期后拿出，将混凝土试件的上、下、前和后四个侧面用环氧树脂密封；

(二)安装与连接组件：将上连杆的下部与套筒的上部连接，将下连杆的上部与套筒的下部连接，上连杆与下连杆在套筒内不接触，再将下连杆26依次穿过底座和底板，用螺栓拧紧固定，使用连接立杆将上夹持单元和下夹持单元连接成为整体，混凝土试件固定在两块底板之间，在上连杆的中部粘贴应变片，将电阻应变仪连接到应变片上，电阻应变仪调零；

(三)施加荷载：顺时针或逆时针旋转旋转把手通过套筒使下连杆和上连杆相向或反向移动，拉伸或压缩下连杆与上连杆之间的距离，分别调控两个套筒进行应力组合，从而使混凝土试件处于设定的应力组合条件下，应力通过上连杆与钢板为混凝土试件提供持续不断稳定的拉力或压力，稳定设定时间段后，读出电阻应变仪的应变值；

(四)进行试验：将隧道衬砌混凝土耐久性试验装置置于不同浓度和不同成分的复合腐蚀溶液中进行浸泡，进行应力-化学腐蚀试验，研究不同时间、不同荷载、不同腐蚀条件下混凝土试件的劣化情况。

本发明涉及的隧道衬砌混凝土耐久性试验装置由上夹持单元、下夹持单元和连接立杆组成，上夹持单元和下夹持单元通过连接立杆连接成整体，上夹持单元与下夹持单元之间设置有混凝土试件；上夹持单元与下夹持单元的主体结构相同，下夹持单元的主体结构包括底板、底座、螺栓、下连杆、套筒、旋转把手、上连杆和钢板；底板的上表面设置有底座，底板与底座通过螺栓连接，底座上设置有下连杆，下连杆的顶端套设有套筒，套筒的外圆周设置有旋转把手，套筒的另一端套设在上连杆的底端，上连杆的顶端设置有钢板。

本发明涉及的上夹持单元和下夹持单元镜像对称设置；连接立杆的数量为2、4或6；底板和底座的形状一致，均为矩形或圆形；底座的的数量为2、4或6，与连接立杆的数量一致；旋转把手的数量为2，形状为圆杆状、方条状或椭圆状。

本发明与现有技术相比，根据胡克定律原理，使用套筒带动上连杆和下连杆的移动进行应力的加载，通过控制上连杆和下连杆的变形量控制拉压应力的大小，测试时，操作旋转把手，使套筒转动以带动下连杆和上连杆相向或反向移动，使下连杆和上连杆压缩或拉伸，应力通过上连杆的上部与钢板传递到混凝土试件中，对混凝土试件施加持续稳定的荷载，通过电子应变仪上的读数确定所施加应力的大小，根据下连杆与上连杆的材料参数和位移量计算出作用在混凝土试件上的荷载大小，通过旋转把手旋转套筒调整施加应力的大小，根据电阻应变仪的应变读数实时监控施加应力的大小，当应力损失超过5％时，通过旋转把手旋转套筒回复原始应力值，能够减少应力松弛；其原理科学可靠，能够长期保持恒定的拉压应力，模拟地铁隧道衬砌混凝土的实际受力状态，研究地铁隧道衬砌混凝土的力学损伤和演化过程，以及长期复杂荷载和腐蚀环境耦合作用下混凝土的耐久性。

附图说明：

图1为本发明的工艺流程框图。

图2为本发明涉及的隧道衬砌混凝土耐久性试验装置的主体结构原理示意图。

图3为本发明涉及的隧道衬砌混凝土耐久性试验装置的主体结构侧视原理示意图。

图4为本发明涉及的隧道衬砌混凝土耐久性试验装置的主体结构局部放大示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

本实施例涉及的隧道衬砌混凝土耐久性试验方法基于隧道衬砌混凝土耐久性试验装置实现，具体工艺过程包括制作混凝土试件、安装与连接组件、施加荷载和进行试验共四个步骤：

(一)制作混凝土试件：按照设定的水灰比制作300×400×500mm的混凝土试件4，将上连杆26的上部与钢板27预埋在未成型的混凝土试件4中，混凝土试件4采用分层振捣方式成型，成型24h后拆模，养护到设定试验要求的龄期后拿出，将混凝土试件4的上、下、前和后四个侧面用环氧树脂密封；

(二)安装与连接组件：将上连杆26的下部与套筒24的上部连接，将下连杆23的上部与套筒24的下部连接，上连杆26与下连杆23在套筒24内不接触，再将下连杆26依次穿过底座21和底板20，用螺栓22拧紧固定，使用连接立杆3将上夹持单元1和下夹持单元2连接成为整体，混凝土试件4固定在两块底板20之间，在上连杆26的中部粘贴应变片，将电阻应变仪连接到应变片上，电阻应变仪调零；

(三)施加荷载：顺时针或逆时针旋转旋转把手25通过套筒24使下连杆23和上连杆26相向或反向移动，拉伸或压缩下连杆23与上连杆26之间的距离，分别调控两个套筒24进行应力组合，从而使混凝土试件4处于设定的应力组合条件下，应力通过上连杆26与钢板27为混凝土试件4提供持续不断稳定的拉力或压力，稳定设定时间段后，读出电阻应变仪的应变值；

(四)进行试验：将隧道衬砌混凝土耐久性试验装置置于不同浓度和不同成分的复合腐蚀溶液中进行浸泡，进行应力-化学腐蚀试验，研究不同时间、不同荷载、不同腐蚀条件下混凝土试件4的劣化情况。

本实施例涉及的隧道衬砌混凝土耐久性试验装置由上夹持单元1、下夹持单元2和连接立杆3组成，镜像对称设置的上夹持单元1和下夹持单元2通过四根连接立杆3连接成整体，上夹持单元1与下夹持单元2之间设置有混凝土试件4；上夹持单元1与下夹持单元2的主体结构相同，下夹持单元2的主体结构包括底板20、底座21、螺栓22、下连杆23、套筒24、旋转把手25、上连杆26和钢板27；矩形板状结构的底板20的上表面设置有四块矩形板状结构的底座21，底板20与底座21通过螺栓22连接，底座21上设置有下连杆23，下连杆23的顶端套设有套筒24，套筒24的外圆周设置有两个圆杆状结构的旋转把手25，套筒24的另一端套设在上连杆26的底端，上连杆26的顶端设置有钢板27。

本实施例涉及的连接立杆3贯穿上夹持单元1和下夹持单元2的底板20；下连杆23和上连杆26均为精轧螺纹钢筋，下连杆23的下部为螺杆，上部为直螺纹杆，上连杆26的下部为直螺纹杆，中部为无螺纹杆，上部为螺杆，上连杆26的上部与钢板27预埋在混凝土试件4中；套筒24为直螺纹正反丝扣型套筒，分别与下连杆23和上连杆26的直螺纹杆部分连接，下连杆23和上连杆26的直螺纹杆部分之间保持距离不接触；旋转把手25顺时针或逆时针旋转时，下连杆23和上连杆26做相向或反向运动。

Claims (4)

1.一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法，其特征在于基于隧道衬砌混凝土耐久性试验装置实现，具体工艺过程包括制作混凝土试件、安装与连接组件、施加荷载和进行试验共四个步骤：

(一)制作混凝土试件：按照设定的水灰比制作混凝土试件，将上连杆的上部与钢板预埋在未成型的混凝土试件中，混凝土试件成型24h后拆模，养护到设定试验要求的龄期后拿出，将混凝土试件的上、下、前和后四个侧面用环氧树脂密封；

(二)安装与连接组件：将上连杆的下部与套筒的上部连接，将下连杆的上部与套筒的下部连接，上连杆与下连杆在套筒内不接触，再将下连杆26依次穿过底座和底板，用螺栓拧紧固定，使用连接立杆将上夹持单元和下夹持单元连接成为整体，混凝土试件固定在两块底板之间，在上连杆的中部粘贴应变片，将电阻应变仪连接到应变片上，电阻应变仪调零；

(三)施加荷载：顺时针或逆时针旋转旋转把手通过套筒使下连杆和上连杆相向或反向移动，拉伸或压缩下连杆与上连杆之间的距离，分别调控两个套筒进行应力组合，从而使混凝土试件处于设定的应力组合条件下，应力通过上连杆与钢板为混凝土试件提供持续不断稳定的拉力或压力，稳定设定时间段后，读出电阻应变仪的应变值；

(四)进行试验：将隧道衬砌混凝土耐久性试验装置置于不同浓度和不同成分的复合腐蚀溶液中进行浸泡，进行应力-化学腐蚀试验，研究不同时间、不同荷载、不同腐蚀条件下混凝土试件的劣化情况。

2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法，其特征在于隧道衬砌混凝土耐久性试验装置由上夹持单元、下夹持单元和连接立杆组成，上夹持单元和下夹持单元通过连接立杆连接成整体，上夹持单元与下夹持单元之间设置有混凝土试件；上夹持单元与下夹持单元的主体结构相同，下夹持单元的主体结构包括底板、底座、螺栓、下连杆、套筒、旋转把手、上连杆和钢板；底板的上表面设置有底座，底板与底座通过螺栓连接，底座上设置有下连杆，下连杆的顶端套设有套筒，套筒的外圆周设置有旋转把手，套筒的另一端套设在上连杆的底端，上连杆的顶端设置有钢板。

3.根据权利要求1-2所述的一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法，其特征在于上夹持单元和下夹持单元镜像对称设置；连接立杆的数量为2、4或6；底板和底座的形状一致，均为矩形或圆形；底座的的数量为2、4或6，与连接立杆的数量一致；旋转把手的数量为2，形状为圆杆状、方条状或椭圆状。

4.根据权利要求1-2所述的一种隧道衬砌混凝土耐久性试验方法，其特征在于连接立杆贯穿上夹持单元和下夹持单元的底板；下连杆和上连杆均为精轧螺纹钢筋，下连杆的下部为螺杆，上部为直螺纹杆，上连杆的下部为直螺纹杆，中部为无螺纹杆，上部为螺杆，上连杆的上部与钢板预埋在混凝土试件中；套筒为直螺纹正反丝扣型套筒，分别与下连杆和上连杆的直螺纹杆部分连接，下连杆和上连杆的直螺纹杆部分之间保持距离不接触；旋转把手顺时针或逆时针旋转时，下连杆和上连杆做相向或反向运动。