CN110455695B - 干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置及方法，其特征在于：其中干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置包括作用于成型混凝土块的拉伸装置和作用于成型混凝土块的干湿循环渗透装置。该干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置可以较为真实的反应在实际干湿循环作用下氯离子渗透行为。
Description
技术领域：
本发明涉及一种干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置及方法。
背景技术：
混凝土结构是建筑工程结构中应用最为广泛的结构形式之一，而部分结构由于各种各样的原因发生过早破坏，达不到预定的设计使用寿命，除了结构设计抗力不足之外，更多的原因则是由于结构的耐久性不足导致。而国际上混凝土结构工程耐久性破坏案例进行总结和分析，普遍认为氯盐是影响混凝土内部钢筋锈蚀最主要的原因。虽然有关氯盐对混凝土的耐久性的研究已经有几十年，但研究工作更多是在考虑单一氯盐环境作用下的耐久性，而在实际环境中，混凝土是在氯盐环境与荷载共同作用下工作的。为此，考虑实际工程中混凝土所处的环境，特别对于海工环境，将荷载与氯离子渗透组合，开展拉应力作用下氯离子渗透行为需引起重视。而结构破坏最为严重的部位往往是长期处于干湿交替状态，促使氯离子的大量沉积与渗透，因此干湿循环状态下的氯盐侵蚀研究显得尤为重要。
在建立拉应力和干湿循环共同作用下的混凝土氯离子渗透试验方法时，需解决2个技术问题：第一，对混凝土试件持续施加准确的荷载；第二，让混凝土试件在非人为帮助下持续保持在干湿循环状态。
国内外对拉应力作用下的混凝土耐久性有一定研究，主要集中在弯曲荷载作用下的研究，即便是在轴拉作用下，目前比较常用的是弹簧式拉伸装置来维持荷载恒定，而拉伸是处于高应力水平下的试验，由于弹簧的应力松弛特性，对试验造成误差。也有学者在拉伸作用下通过快速氯离子渗透装置来测定氯离子渗透系数，但这并不能真实反应在实际干湿循环作用下氯离子渗透行为，从目前搜集的文献资料来看，并无相关学者提出类似装置，然而对评价混凝土结构耐久性具有重要意义。
发明内容：
签于现有上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置及方法，该干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置可以较为真实的反应在实际干湿循环作用下氯离子渗透行为。
本发明干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置，其特征在于：包括作用于成型混凝土块的拉伸装置和作用于成型混凝土块的干湿循环渗透装置。
进一步的，上述拉伸装置包括固定钢架底板和竖设在固定钢架底板上的支承柱，所述支承柱的上端铰接有杠杆臂，所述杠杆臂的第一端吊设有载重装置，所述杠杆臂的第二端和固定钢架底板的第二端伸出支承柱一侧，并在它们之间设有用于夹持成型混凝土块的拉伸夹具和夹设在拉伸夹具中的成型混凝土块。
进一步的，上述支承柱与固定钢架底板之间斜设有加固杆。
进一步的，上述杠杆臂上穿设有多个螺栓孔，支承柱上端通过螺栓穿设于螺栓孔，两端用螺栓锁紧固定在支承柱上端。
进一步的，上述载重装置包括吊设在杠杆臂第一端的吊杆和固定设在吊杆下端部的托盘，所述托盘上设有砝码。
进一步的，上述拉伸夹具上具有夹住成型混凝土块的卡扣，拉伸夹具通过螺杆连接固定在杠杆臂或固定钢架底板的第二端。
进一步的，上述干湿循环渗透装置包括凹状的水槽，水槽的槽口贴在成型混凝土块上，并由密封胶粘接固定和防水，所述水槽上连接有水循环管路，水循环管路与恒温水箱水连通，以为水槽供水。
进一步的，上述恒温水箱内设有用于控温的加热棒和用于循环水的水泵。
本发明测定混凝土干湿循环和拉伸作用下离子渗透的方法，其特征在于：所述干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置包括作用于成型混凝土块的拉伸装置和作用于成型混凝土块的干湿循环渗透装置；测定时，由拉伸装置成型混凝土块进行拉伸，由干湿循环渗透装置对成型混凝土块进行干、湿循环渗透，最后对成型混凝土块进行钻粉取样测定氯离子含量，利用Fick第二定律求得氯离子渗透系数。
进一步的，由干湿循环渗透装置控制对混凝土块干、湿作用的时间，以及水加热温度控制，其中水温的控制由设在恒温水箱内的加热棒来实现，干、湿作用的时间由水泵和设在循环管路上的电控阀门来实现，干湿循环结束后，卸载混凝土试件进行钻粉取样测定氯离子含量，利用Fick第二定律求得氯离子渗透系数。
本发明利用杠杆加载原理设计并适用于哑铃型混凝土试件，在干湿循环作用下，能保持长期拉伸过程中无应力松弛，将拉伸状态下的混凝土和干湿循环渗透试验装置组合起来，实现在干湿循环和拉应力共同作用下的混凝土氯离子渗透系数的测定。
本发明的有益效果：
1、实现了拉伸应力与干湿循环作用下的渗透耦合；
2、通过杠杆拉伸装置对哑铃型混凝土试件施加拉应力，然后用恒温水箱及水槽组成的干湿循环装置进行氯离子渗透，通过恒温水箱可以控制水温和干湿循环制度，方便快捷。
3、拉伸过程中无偏心，操作便捷且应力保持恒定，通过调控力臂控制荷载放大系数，可调控范围大。
附图说明:
图1是本发明结构示意图；
图2、3是图1的局部视图。
具体实施方式：
本发明干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置包括作用于成型混凝土块（哑铃型混凝土试件22）的杠杆式拉伸装置A和作用于成型混凝土块（哑铃型混凝土试件22）的干湿循环渗透装置B。
其中，杠杆式拉伸装置A包括：固定钢架支承柱1、固定钢架底板2、加固杆23、杠杆臂3、拉伸夹具6、吊杆8、托盘、砝码9等。
固定钢架分为支承柱1和底板2，二者通过焊接连为整体，加固杆23两端分别焊接在支承柱与底板，所述杠杆臂3为工字型钢，在中部局域的腹板开设有几个螺栓孔7以调整力臂；所述固定钢架的支承柱端部预留一个孔，与杠杆臂的螺栓孔重叠，然后用螺栓4穿过，再用螺母在螺栓4两端拧紧，并保证杠杆臂能转动。
所述杠杆臂远端（第一端）设置吊杆8，吊杆8连接托盘10，用螺母11固定，砝码放置在托盘上，吊杆8、托盘10和其上的砝码形成载重装置。
所述固定钢架底板2和杠杆臂3端部（第二端）均预留一个螺栓孔，在同一竖直面上，螺栓孔与带有螺杆5的拉伸夹具6连接，哑铃型混凝土试件22通过夹具6固定于拉伸装置A中，该拉伸夹具6上具有卡扣，该卡扣形状与哑铃型混凝土试件22上、下部形状相吻合，并通过螺杆5可以实现较好的固定。
其中，干湿循环渗透试验装置B包括：水槽12、密封胶13、恒温水箱19、水管16、水泵18、加热棒20、电控装置17、液位感应器14。
所述水槽12为透明亚克力板，水槽12可以制成矩形体，其槽口四周通过密封胶13粘结在哑铃型混凝土试件22的侧面，使其不渗漏，水槽12上、下部设有开口通过水管16连接到恒温水箱19，下部出口设有电控阀门15，内部设有液位传感器14，该电控阀门15控制水槽12内的水通过水管回流至水箱中，液位传感器14来感应水槽12水位是否达到高度要求。
所述恒温水箱19注入5% NaCl溶液21，水箱内放置加热棒20和水泵18，在电控系统下设置干湿时长（该时长根据实际使用需要来调节，如干持续2小时，湿持续2小时等等，时长控制即通过控制水泵注水，液位传感器14感应水位满足要求停止水泵工作，时间到后由电控阀门15开启排水）、控制水温（通过加热棒实现，以及温度计实现，水温可以控制在10度、2 0度、30度、40度等）、水泵的运转以及水槽下部的电控阀门15；在达到循环次数后，停止试验，卸载，将试件22取下，从试件渗透面开始沿渗透方向进行钻粉取样，利用Fick第二定律求得氯离子渗透系数。
本发明干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置的测试方法具体为：
首先取同配合比的六个哑铃型混凝土试件作为一组，将三个直接进行拉伸试验，获得平均轴拉强度；然后利用拉伸装置对剩余的三个混凝土试件施加试验所需的轴向拉应力；应力施加时通过计算来增加砝码重量，拉伸装置和方案简单易行，操作方便。
本发明干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置使用方法：
步骤一：将成型的哑铃型混凝土试件22安装在拉伸夹具6上，所需拉应力可通过预留孔7调整力臂长短和砝码9增减重量控制。
步骤二：将水槽12用密封胶13粘结在试件侧面，防止渗漏。
步骤三：通过恒温水箱19中电控装置17启动水泵18，通过水管16将水槽12注满5%NaCl%溶液21，通过电控装置17控制加热棒20进行水温调节。
步骤四：电控装置17设定干湿循环周期数以及干湿阶段的时长，1周期分为干湿两个阶段；湿阶段启动水泵18，关闭电控阀门15，当水位达到液位感应器14设定位置时，水泵18停止工作，直至设定时长；干阶段，电控阀门15开启，直至设定时长。
步骤五：完成干湿循环后，将哑铃型试件22卸载，从渗透面开始沿渗透方向进行钻粉取样，测得表面氯离子浓度、渗透深度以及此深度下的氯离子浓度，利用Fick第二定律（式1）求得氯离子渗透系数。
（1）
其中：C(x, t)是深度为x、时间为t时的混凝土区域内的氯离子含量；Ci为混凝土初始氯离子含量；Cs为混凝土表面氯离子含量；Dapp为氯离子表观扩散系数；Ferf为误差函数。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值，由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (3)
1.一种干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置，其特征在于：包括作用于成型混凝土块的拉伸装置和作用于成型混凝土块的干湿循环渗透装置；所述拉伸装置包括固定钢架底板和竖设在固定钢架底板上的支承柱，所述支承柱的上端铰接有杠杆臂，所述杠杆臂的第一端吊设有载重装置，所述杠杆臂的第二端和固定钢架底板的第二端伸出支承柱一侧，并在它们之间设有用于夹持成型混凝土块的拉伸夹具和夹设在拉伸夹具中的成型混凝土块；所述支承柱与固定钢架底板之间斜设有加固杆；所述杠杆臂上穿设有多个螺栓孔，支承柱上端通过螺栓穿设于螺栓孔，两端用螺栓锁紧固定在支承柱上端；所述载重装置包括吊设在杠杆臂第一端的吊杆和固定设在吊杆下端部的托盘，所述托盘上设有砝码；所述拉伸夹具上具有夹住成型混凝土块的卡扣，拉伸夹具通过螺杆连接固定在杠杆臂或固定钢架底板的第二端；所述干湿循环渗透装置包括凹状的水槽，水槽的槽口贴在成型混凝土块上，并由密封胶粘接固定和防水，所述水槽上连接有水循环管路，水循环管路与恒温水箱水连通，以为水槽供水；所述恒温水箱内设有用于控温的加热棒和用于循环水的水泵。
2.一种如权利要求1所述干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置的工作方法，其特征在于：测定时，由拉伸装置成型混凝土块进行拉伸，由干湿循环渗透装置对成型混凝土块进行干、湿循环渗透，最后对成型混凝土块进行钻粉取样测定氯离子含量，利用Fick第二定律求得氯离子渗透系数。
3.根据权利要求2所述干湿循环和拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置的工作方法，其特征在于：由干湿循环渗透装置控制对混凝土块干、湿作用的时间，以及水加热温度控制，其中水温的控制由设在恒温水箱内的加热棒来实现，干、湿作用的时间由水泵和设在循环管路上的电控阀门来实现，干湿循环结束后，卸载混凝土试件进行钻粉取样测定氯离子含量，利用Fick第二定律求得氯离子渗透系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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