CN113533699A - 泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置及其试验方法 - Google Patents

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CN113533699A CN202110931136.4A CN202110931136A CN113533699A CN 113533699 A CN113533699 A CN 113533699A CN 202110931136 A CN202110931136 A CN 202110931136A CN 113533699 A CN113533699 A CN 113533699A
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Abstract

本发明公开一种泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置及其试验方法，本试验装置包括环境控制箱、环境控制系统及水流冲刷拖曳力加载系统，环境控制箱包括紫外线灯、紫外线反射装置、紫外线灯转向装置、真空泵、气压表、水箱、水泵、液氮及相应的循环系统；环境控制系统包括温度传感器、温度控制调节装置、液位传感器、液位控制调节装置及气压表等装置；水流冲刷拖曳力加载系统包括螺栓、螺母、钢板及与基底混凝土大小相等的卡槽。本发明可以准确地模拟高寒地区泄水道的服役环境，为泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验提供技术支持。

Description

泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置及其试验方法
技术领域
本发明涉及泄水道技术领域，特别是涉及泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置及其试验方法。
背景技术
高寒区位于高海拔及冰川地带，往往是众多河流的发源地，水力资源条件优越。在这些地区通过建设混凝土大坝工程来实现对这些水力资源的适度开发，无疑对促进当地社会经济的持续发展具有重要意义。我国高寒区主要分布在青藏高原、新疆、四川、甘肃、青海及东北部分地区。这些地区的极端环境包括高海拔(气压低、强紫外线)、低气温(极端低温达-30℃)等。因此，高寒区频繁与水接触的混凝土结构，将面临严峻的考验。许多工程经验及研究表明，在中国、北欧、俄罗斯、加拿大以及美国北部等高寒区，泄水建筑物混凝土结构在高流速(流速大于16m/s)作用下均存在着不同程度的损伤破坏，因此经常采用环氧砂浆等修复材料进行修补。
修补砂浆的力学性能及耐久性直接影响到泄水道的安全性。因此在泄水建筑物修补后，对修补材料与基层混凝土的粘结性能的检测是必要的。但由于高寒区泄水建筑物所处的复杂环境，对修补砂浆与基层混凝土粘结性能的直接检测难以实现。目前常用的方法是现场钻孔取芯检测，不过存在成本高、检测过程繁琐等缺点。
目前实验室内的修补砂浆养护是标准养护，即将修补砂浆置于温度和湿度恒定的环境下养护，而在实际的泄水建筑物中，修补砂浆混凝土所处的环境是复杂的。在高寒环境地区，修补砂浆养护及服役过程中不仅会受到低气温、低气压的影响，而且会受到紫外线辐射及潮湿环境的影响，导致修补砂浆表面出现干缩裂缝，这对修补砂浆自身强度会产生一定的影响。此外，高寒区冰下流动水温度一般为1-4℃，泄洪道泄水过程中修补砂浆会受到高速水流及含砂水流的冲磨，因此表面会产生顺水流方向的摩擦力，对修补砂浆与基层混凝土之间的粘结性能产生巨大影响。在这种复杂的环境下，修补砂浆与基层混凝土界面损伤破坏具有一定的特殊性。若以传统混凝土的耐久性方法来进行试验，无法有效地得出可靠的数据，对工程质量的有效监控存在隐患。
目前已有的标准养护箱，环境试验箱等设备，均只能控制单一因素下的环境因素，且不能有效地模拟高速水流及含砂水流冲磨影响，因此无法准确模拟高寒区泄水建筑物修补砂浆实际的耐久性。
发明内容
本发明的目的是提供一种泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置及其试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，可以准确地模拟高寒地区泄水道的服役环境，为泄水道修补砂浆与混凝土界面耐久性试验提供技术支持。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，包括试验箱、环境控制系统及水流冲刷拖曳力加载系统；
所述环境控制系统包括与所述试验箱连通的气压调节机构、液位控制机构、紫外照射机构和液氮循环机构，所述试验箱的内侧底部设置有基底混凝土试件，修补砂浆试件位于所述基底混凝土试件顶部，所述水流冲刷拖曳力加载系统包括螺栓、螺母、钢板及卡槽，所述基底混凝土试件两侧安装有卡槽，所述卡槽固定在试验箱的底部，卡槽上端与基底混凝土试件上表面平齐，所述修补砂浆试件的左侧受力且嵌有钢板；螺栓头部位于试验箱外左侧，螺栓的螺杆部分穿过试验箱的预留孔伸入试验箱内并与焊接在试验箱内壁的螺母配合连接，螺栓的螺杆头部顶在与修补砂浆试件紧靠的钢板上。
优选地，所述气压调节机构包括真空泵和气压表，所述真空泵通过软管与所述试验箱上部的吸气口相连通，所述软管上安装有阀门和气压表。
优选地，所述液位控制机构包括水箱和水泵，所述水泵设置于水箱内，所述试验箱上部设置有进水口和进水阀门，所述水泵通过水管与所述试验箱上部的进水口连通，所述进水阀门位于所述水管上。
优选地，所述紫外照射机构包括紫外线灯、紫外线反射装置和紫外线灯转向装置，所述紫外线灯转向装置固定在试验箱侧壁上，紫外线反射装置与紫外线灯转向装置相连，紫外线灯安装在紫外线反射装置前侧，所述紫外线灯电源与电脑控制系统连接，通过电脑程序可控制紫外线灯发射不同的辐射强度和辐射时间。
优选地，所述液氮循环机构包括液氮源和循环管路，所述试验箱的顶部设置有试验箱盖，所述循环管路的一端与液氮源连接，另一端从试验箱盖的右端穿入试验箱后再从试验箱盖的左端穿出并与液氮源连通。
优选地，所述环境控制系统还包括温度传感器、温度控制调节装置、液位传感器和液位控制调节装置，所述温度传感器和液位传感器安装在所述试验箱内，所述温度传感器和液氮循环机构均与温度控制调节装置电信号联接，所述液位传感器和液位调节机构均与液位控制调节装置电信号联接，所述温度控制调节装置和液位控制调节装置均与电脑控制系统电联接。
优选地，所述试验箱的底部设置有出水口和出水阀门；所述试验箱由耐低温钢制材料制成。
泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验方法，应用于泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，包括以下步骤：
(1)对高寒地区泄水道进行现场调研，对泄水道水毁部位实际的温度、紫外线辐射、水流流速和气压进行实时监测；
(2)利用不锈钢模具制作修补砂浆试件，在不锈钢模具中分两层填筑，填筑前在模具的内壁上均匀的涂抹一层润滑油，完成后按照实际工程所用的配合比制作混凝土，将得到的混凝土装入涂油处理后的模具中，第一层填筑基底混凝土且填筑高度为50mm；
(3)完成步骤(2)后，将装好混凝土的模具放到振动台进行振捣，振动时模具不得有任何跳动，持续到混凝土表面出浆为止，随后给混凝土顶部垫一块厚度5mm的平整的钢板，使用橡胶锤锤击，使混凝土密实，表面平整，第一层基底混凝土填筑完成；
(4)待步骤(3)的基底混凝土试件成型24h后脱模，放入标准养护箱养护28d，备用；
(5)取出步骤(4)中养护28d后的基底混凝土试件，对养护28d后成型的基底混凝土试件表面进行凿毛处理模拟实际水毁条件，将凿毛后的基底混凝土试件表面朝上放入模具中；
(6)往步骤(5)中的模具填筑第二层环氧砂浆，填筑高度50mm，在装好环氧砂浆模具顶部垫一块厚度5mm的平整的钢板，使用橡胶锤锤击，使环氧砂浆密实，表面平整，第二层环氧砂浆填筑完成；
(7)养护修补砂浆试件之前，根据实际高寒区泄水道监测数据设定试验箱中相应的环境参数，接通电源，开启温度传感器、液氮循环机构及温度控制调节装置，设定试验箱内的温度；开启紫外线灯、紫外线反射装置及紫外线灯转向装置，设定试验箱内紫外线辐射强度；开启真空泵，设定试验箱内的气压，通过气压表来实时监测试验箱内气压的高低；
(8)待步骤(7)的修补砂浆试件成型24h后脱模，完成步骤(7)后，将脱模后的修补砂浆试件置于试验箱内预设好的卡槽内，养护28d；
(9)待步骤(8)完成后，保持试验箱环境参数不变，调整液氮循环机构控制箱内温度为1-4℃，随后关闭出水阀门，打开水箱中的水泵向试验箱内抽水，当水面与修补砂浆试件上表面齐平时关闭水泵；
(10)完成步骤(9)后，模拟高速水流及含砂水流对修补砂浆试件的冲刷拖曳力，力矩扳手对螺栓施加扭矩形成预紧力，再由钢板对修补砂浆左侧试件施加压力；
(11)根据泄水道修补砂浆服役天数确定试验时间，试验结束后取出修补砂浆试件，采用拉拔试验测试试件的界面粘结性能。
优选地，所述步骤(1)中，对实际泄水道进行实时监测，温度、紫外线辐射、气压、水流流速均每隔1h记录一次，以24h为一个周期计算各数值的平均值，按所得的值设置预制养护的条件。
优选地，所述步骤(10)中，螺母固定于试验箱内壁上，通过力矩扳手对螺栓施加扭矩，螺栓与螺母的预紧力转化为钢板对试件的压力。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
(1)本发明可有效地模拟高寒地区泄水道的自然环境下的紫外线辐射、温度、水流流速、气压等多种复杂因素对修补砂浆与砼界面耐久性的影响，相应的控制调节装置能准确控制试验箱的温度高低、液位高低及紫外线辐射强度。本实验装置可以准确地模拟高寒地区泄水道的服役环境，为泄水道修补砂浆与混凝土界面耐久性试验提供技术支持。
(2)本发明采用温度传感器，液氮循环系统和温度传感器共同连接着试验箱外的温度控制调节装置，智能的控制着试验箱内部温度的方法，该方法能够保证试验箱温度的恒定性，减少试验的工作量，且有着智能的控制系统，操作难度小，安全可靠，推广价值较大。
(3)本发明的实验装置可对紫外线辐射、温度、水流流速或气压等多种单因素和多因素的修补试件性能进行试验研究，研究各种复杂因素对修补试件的影响，克服了目前试验装置仅对紫外线辐射、温度、水流流速、气压等单因素条件控制的缺陷。
(4)本发明采用预紧力方式进行加载，可通过扭力扳手对螺栓施加扭矩形成预紧力，调整施加到修补试件上应力的大小。测试修补砂浆试件耐久性期间，根据实际监测获得的水流流速通过数值计算及运用重力相似准则进行模型试验转化为模型中扭力扳手对螺栓施加的扭矩，该加载方式能够保证施加荷载的恒定性，能够准确模拟高速水流对修补砂浆的拖曳力，该装置各部件制造加工难度小，成本低且安全可靠，推广应用价值较大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中所采用耐久性试验装置的剖面结构示意图；
图2为本发明中试验箱的侧视图；
图3为本发明中试验箱的俯视图；
图中标号说明：1-试验箱盖；2-进水口；3-进水阀门；4-气压表；5-阀门；6-水箱；7-吸气口；8-软管；9-垫圈；10-螺栓；11-真空泵；12-水泵；13-螺母；14-钢板；15-卡槽；16-试验箱；17-修补砂浆试件；18-基底混凝土；19-液位控制调节装置；20-出水口；21-出水阀门；22-温度传感器；23-液位传感器；24-紫外线灯；25-紫外线灯转向装置；26-紫外线反射装置；27-温度控制调节装置；28-导线；29-液氮循环系统；30-液氮源；31-试验箱箱盖预留孔。
具体实施方式
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做出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。
本发明的目的是提供一种泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置及其试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，可以准确地模拟高寒地区泄水道的服役环境，为泄水道修补砂浆与混凝土界面耐久性试验提供技术支持。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示，本实施例提供一种泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，包括试验箱16、环境控制系统及水流冲刷拖曳力加载系统。
环境控制系统包括紫外线灯24、紫外线反射装置26、紫外线灯转向装置25、真空泵11、气压表4、水箱6、水泵12、液氮源30及相应的循环系统。环境控制系统还包括温度传感器22、温度控制调节装置27、液位传感器23、液位控制调节装置19等装置。
水流冲刷拖曳力加载系统包括螺栓10、螺母13、钢板14及与基底混凝土大小相等的卡槽15。螺栓头部位于试验箱外左侧，螺杆通过试验箱16预留的孔，并用焊接在试验箱16内壁的螺母13固定螺杆，螺杆头部顶在与修补砂浆试件17紧靠的钢板14上。螺栓10、垫圈9、螺母13及钢板14共同形成了水流冲刷拖曳力加载系统。
基底混凝土试件18两侧安装有卡槽15，卡槽15固定在试验箱16的下部，卡槽15上端与基底混凝土试件18上表面平齐。修补砂浆试件17的左侧受力且嵌有钢板14，所钢板14尺寸可略大于与修补砂浆试件17的左侧面尺寸。
试验箱16底部设置有出水口20和出水阀门21，试验箱16上部设置有进水口2和进水阀门3。
试验箱16内壁两侧安装有一组紫外线反射装置26、紫外线灯24和紫外线灯转向装置25，紫外线灯转向装置25固定在试验箱16侧壁上，紫外线反射装置26与紫外线灯转向装置25相连，紫外线灯24安装在紫外线反射装置26前，紫外线灯24电源与电脑控制系统连接，通过电脑程序可控制紫外线灯24发射不同的辐射强度和辐射时间。
试验箱16和试验箱盖1均由耐低温钢制材料组成；试验箱16采用了隔热外壳，隔热外壳由试验箱钢板外附加的一层玻璃纤维及玻璃纤维外贴的一层铝箔构成。于本实施例中，温度传感器22、液位传感器23、卡槽15、出水口20、进水口2及液氮循环系统29均由耐低温材料组成。
通过真空泵11降低试验箱16内气压，模拟高寒地区低气压环境。关闭出水阀门21，打开进水阀门3，利用水箱6中的水泵12往试验箱16内通水至水面与修补砂浆试件17上表面齐平，目的是模拟潮湿水环境。试验箱16内有个与基底混凝土试件18大小相等的卡槽15，防止加压时基底混凝土试件18滑动。
通过温度传感器22可测得试验箱16内的温度，温度传感器22能够给予温度控制调节装置27实时反馈，若试验箱16内的温度高于所需温度，则温度控制调节装置27命令液氮循环系统29继续工作，若试验箱16内的温度低于所需温度，则温度控制调节装置27命令液氮循环系统29停止工作，此温度控制调节装置可以准确的模拟高寒地区环境温度。通过液位传感器23可测得试验箱16内的水位，液位传感器23能够给予液位控制调节装置19实时反馈，若试验箱16内的水位与修补砂浆试件17上表面齐平，则液位控制调节装置19命令水泵12停止工作，此液位控制调节装置19可以准确的控制调节试验箱16水位。
泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置的具体操作步骤如下：
(1)对高寒地区泄水道进行现场调研，对泄水道水毁部位实际的温度、紫外线辐射、水流流速、气压进行实时监测。
(2)准备100*100*300mm的不锈钢模具制作试件，调研实际混凝土配合比及混凝土原材料来源。
(3)填筑前在模具的内壁上均匀的涂抹一层润滑油，完成后按照实际工程所用的配合比制作混凝土，将得到的混凝土装入涂油处理后的模具中，填筑高度50mm。
(4)完成步骤(3)后，将装好混凝土的模具放到振动台进行振捣，振动时模具A不得有任何跳动，持续到混凝土表面出浆为止，随后给混凝土顶部垫一块厚度5mm的平整的钢板，使用橡胶锤锤击，使混凝土密实，表面平整，第一层基底混凝土填筑完成，基底混凝土试件18尺寸为50*100*300mm。
(5)待步骤(4)的基底混凝土成型24h后脱模，放入标准养护箱养护28d，备用。
(6)取出步骤(5)中养护28d后的基底混凝土试件18，对养护28d后成型的基底试件表面进行凿毛处理模拟实际水毁条件，将凿毛后的基底试件表面朝上放入模具A中。
(7)往步骤(6)中的模具填筑第二层环氧砂浆，对表面进行修补，填筑高度50mm，在装好环氧砂浆模具顶部垫一块厚度5mm的平整的钢板，使用橡胶锤锤击，使环氧砂浆密实，表面平整，成型环氧砂浆试件尺寸为50*100*300mm，整个基底混凝土-环氧砂浆复合试件尺寸为100*100*300mm。
(8)养护修补砂浆试件17之前，根据实际高寒区泄水道工程监测数据(包括温度、紫外线辐射、气压等)设定试验箱16中相应的环境参数。接通电源，开启温度传感器22、液氮循环系统及温度控制调节装置27，设定试验箱16内的温度；开启紫外线灯24、紫外线反射装置26及紫外线灯转向装置25，设定试验箱16内紫外线辐射强度；开启真空泵11，设定试验箱16内的气压。
(9)待步骤(7)的修补砂浆试件17成型24h后脱模，完成步骤(8)后，将脱模后的修补砂浆试件17置于试验箱16内预设好的卡槽15内，养护28d，
(10)待步骤(9)完成后，保持试验箱16环境参数不变，为了模拟流动水流下的温度，调整液氮循环系统试验箱内温度为1-4℃。随后关闭出水阀门21，打开水箱6中的水泵12向试验箱16内抽水，当水面与修补砂浆试件17上表面齐平时关闭水泵12。
(11)完成步骤(10)后，模拟高速水流及含砂水流对修补砂浆试件17的冲刷拖曳力，力矩扳手对螺栓10施加扭矩形成预紧力，再由钢板14对修补砂浆左侧试件施加压力。
(12)根据泄水道修补砂浆服役天数确定试验时间，试验结束后取出修补砂浆试件17，采用拉拔试验测试试件的界面粘结性能。
上述方法中，在步骤(1)中，对泄水道进行实时监测，温度、日照条件、气压、水流流速均每隔1h记录一次，以24h为一个周期计算各数值的平均值，按所得的值设置预制养护的条件。
上述方法中，试验箱16环境参数根据实际高寒区泄水道工程监测数据设定。利用温度传感器22、液氮循环系统及温度控制调节装置27控制试验箱16内温度，修补砂浆龄期可分为养护期和加载期，养护期间试验箱16内温度控制范围为-30～5℃，加载期间为了模拟流动水流下的温度，调整液氮循环系统试验箱16内温度为1-4℃；利用真空泵11及气压表4控制试验箱16内气压，控制范围为50～85kPa；泄水道高速水流流速为5～20m/s,水流与原型中修补砂浆块体作用面面积为3m2，拖曳力系数为1.05，利用扭力扳手加载系统控制对修补砂浆施加水平力F，水平力F控制范围为39N～630N；利用电脑程序控制紫外线灯24发射不同的辐射强度，日辐射量控制范围为15～25MJ·m2；利用液位传感器23控制试验箱16内液面高度，控制水面高度与修补砂浆试件17上表面齐平。
上述方法中，在步骤(11)中，根据实地所测流速通过数值计算及运用重力相似理论进行模型试验，将实际的水流冲刷拖曳力转化为模型中修补砂浆试件左侧受到的力。
上述方法中需对修补砂浆试件17施加的压力F，一般用公认的Evett拖曳力计算，公式为：
Figure BDA0003210743340000101
Figure BDA0003210743340000111
式中：FD为原型修补砂浆试件所受水流冲刷拖曳力，单位为N；ρ为水流密度，单位为kg/m3，CD为原型中拖曳力系数；A为原型中水流与修补砂浆块体作用面面积，单位为m2；U为原型中水流平均流速，单位为m/s；F为需对修补砂浆试件施加的压力，单位N；Fr为力的比尺。
根据以上计算原理可确定出本方法中的需对修补砂浆试件施加的压力F在39N～630N之间变化。
FN＝F (3)
M＝K·FN·D (4)
式中，F为需对修补砂浆试件施加的压力，单位N；M为扭矩值，单位为N.m；K为扭矩系数，根据螺纹表面状态取0.13-0.21；FN为螺栓预紧力，单位N；D为螺纹的公称直径,单位m。
根据以上计算原理可确定出本方法中的力矩扳手对螺栓施加扭矩。
实施例一
根据某高寒区实际水利工程实例进行对照，某实际水利工程泄水建筑物混凝土试块18成型配合比(单位：kg/m3混凝土)见表1；泄水建筑物修补砂浆17采用中水十一局的NE-Ⅱ型的环氧砂浆。
按照表1的配合比成型C40混凝土试块300*100*50mm，成型好的混凝土试块在20℃±2℃，湿度大于95％的养护室中养护至28天龄期。对混凝土表面进行凿毛处理，浇筑的一层NE-Ⅱ型环氧砂浆300*100*50mm。成型好的复合试件在20℃±2℃，湿度大于95％的养护室中养护至1天龄期。
表1泄水建筑物混凝土配合比
Figure BDA0003210743340000121
打开试验箱顶盖，使复合试件放入试验箱16的固定位置，保证气体环境室密封性良好，最后关闭气体环境室顶盖。随后在控制器上设置以下参数：养护期间试验箱16内温度控制为5℃；利用真空泵11及气压表4控制试验箱16内气压，控制为50kPa；利用电脑程序控制紫外线灯14发射不同的辐射强度，日辐射量控制为15MJ·m2。启动电源，即开始模拟试验。保持以上试验参数持续养护28天。
养护结束后，调整试验箱16内液氮控制温度为4℃。随后开启水箱6，向试验箱16内通水，保证水位到达环氧砂浆的表面，并利用扭力扳手加载系统控制对修补砂浆施加水平力F，水平力F为39N。试验模拟服役30天高速水流对修补砂浆的影响。因此保持以上条件30天以后，关闭电源，打开试验箱顶盖，取出复合试件进行拉拔试验。
实施例二
材料及试件制作与实例一相同；
打开试验箱顶盖，使复合试件放入试验箱16的固定位置，保证气体环境室密封性良好，最后关闭气体环境室顶盖。随后在控制器上设置以下参数：养护期间试验箱16内温度控制范围为0℃；利用真空泵11及气压表4控制试验箱16内气压，控制为70kPa；利用电脑程序控制紫外线灯24发射不同的辐射强度，日辐射量控制为20MJ·m2。启动电源，即开始模拟试验。保持以上试验参数持续养护28天。
养护结束后，调整试验箱16内液氮控制温度为2℃。随后开启水箱6，向试验箱16内通水，保证水位到达环氧砂浆的表面，并利用扭力扳手加载系统控制对修补砂浆施加水平力F，水平力F为350N。试验模拟服役30天高速水流对修补砂浆的影响。因此保持以上条件30天以后，关闭电源，打开试验箱顶盖，取出复合试件进行拉拔试验。
实施例三
材料及试件制作与实例一相同；
打开试验箱顶盖，使复合试件放入试验箱的固定位置，保证气体环境室密封性良好，最后关闭气体环境室顶盖。随后在控制器上设置以下参数：养护期间试验箱16内温度控制为-30℃；利用真空泵11及气压表4控制试验箱16内气压，控制为85kPa；利用电脑程序控制紫外线灯24发射不同的辐射强度，日辐射量控制为25MJ·m2。启动电源，即开始模拟试验。保持以上试验参数持续养护28天。
养护结束后，调整试验箱内液氮控制温度为1℃。随后开启水箱6，向试验箱16内通水，保证水位到达环氧砂浆的表面，并利用扭力扳手加载系统控制对修补砂浆施加水平力F，水平力F为630N。试验模拟服役30天高速水流对修补砂浆的影响。因此保持以上条件30天以后，关闭电源，打开试验箱顶盖，取出复合试件进行拉拔试验。
3个实施例模拟试验结束后，采用拉拔法评价复合混凝土试块层面粘结性能，每组3个混凝土复合试块的粘结强度平均值作为最终测试结果见表2。
表2混凝土复合试块的粘结强度测试结果
名称 粘结强度
实施例1 5.56
实施例2 4.82
实施例3 2.76
高寒区某水利工程现场取样 4.25
从表2中各组的测试结果可以看出，试验箱16环境温度、气压值、紫外线辐射强度、高速水流拖曳力等均对试验结果有着不同程度的影响：试验箱16温度越低、气压值越小、紫外线辐射强度越大、高速水流拖曳力越大，都会导致修补砂浆与基层混凝土粘结性能的降低，即修补砂浆与基层混凝土粘结拉拔力减小。
从试验结果中还可以得出，本装置所控制的各个试验参数均可实现独立的调节，不会产生明显的相互影响，不会影响试验装置的正常运行，能够良好地模拟高寒地区的泄水道修补砂浆与混凝土界面耐久性。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：包括试验箱、环境控制系统及水流冲刷拖曳力加载系统；
所述环境控制系统包括与所述试验箱连通的气压调节机构、液位控制机构、紫外照射机构和液氮循环机构，所述试验箱的内侧底部设置有基底混凝土试件，修补砂浆试件位于所述基底混凝土试件顶部，所述水流冲刷拖曳力加载系统包括螺栓、螺母、钢板及卡槽，所述基底混凝土试件两侧安装有卡槽，所述卡槽固定在试验箱的底部，卡槽上端与基底混凝土试件上表面平齐，所述修补砂浆试件的左侧受力且嵌有钢板；螺栓头部位于试验箱外左侧，螺栓的螺杆部分穿过试验箱的预留孔伸入试验箱内并与焊接在试验箱内壁的螺母配合连接，螺栓的螺杆头部顶在与修补砂浆试件紧靠的钢板上。
2.根据权利要求1所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：所述气压调节机构包括真空泵和气压表，所述真空泵通过软管与所述试验箱上部的吸气口相连通，所述软管上安装有阀门和气压表。
3.根据权利要求1所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：所述液位控制机构包括水箱和水泵，所述水泵设置于水箱内，所述试验箱上部设置有进水口和进水阀门，所述水泵通过水管与所述试验箱上部的进水口连通，所述进水阀门位于所述水管上。
4.根据权利要求1所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：所述紫外照射机构包括紫外线灯、紫外线反射装置和紫外线灯转向装置，所述紫外线灯转向装置固定在试验箱侧壁上，紫外线反射装置与紫外线灯转向装置相连，紫外线灯安装在紫外线反射装置前侧，所述紫外线灯的电源与电脑控制系统连接，通过电脑程序可控制紫外线灯发射不同的辐射强度和辐射时间。
5.根据权利要求1所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：所述液氮循环机构包括液氮源和循环管路，所述试验箱的顶部设置有试验箱盖，所述循环管路的一端与液氮源连接，另一端从试验箱盖的右端穿入试验箱后再从试验箱盖的左端穿出并与液氮源连通。
6.根据权利要求1所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：所述环境控制系统还包括温度传感器、温度控制调节装置、液位传感器和液位控制调节装置，所述温度传感器和液位传感器安装在所述试验箱内，所述温度传感器和液氮循环机构均与温度控制调节装置电信号联接，所述液位传感器和液位调节机构均与液位控制调节装置电信号联接，所述温度控制调节装置和液位控制调节装置均与电脑控制系统电联接。
7.根据权利要求1所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：所述试验箱的底部设置有出水口和出水阀门；所述试验箱由耐低温钢制材料制成。
8.泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验方法，应用于权利要求1-7所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对高寒地区泄水道进行现场调研，对泄水道水毁部位实际的温度、紫外线辐射、水流流速和气压进行实时监测；
(2)利用不锈钢模具制作修补砂浆试件，在不锈钢模具中分两层填筑，填筑前在模具的内壁上均匀的涂抹一层润滑油，完成后按照实际工程所用的配合比制作混凝土，将得到的混凝土装入涂油处理后的模具中，第一层填筑基底混凝土且填筑高度为50mm；
(3)完成步骤(2)后，将装好混凝土的模具放到振动台进行振捣，振动时模具不得有任何跳动，持续到混凝土表面出浆为止，随后给混凝土顶部垫一块厚度5mm的平整的钢板，使用橡胶锤锤击，使混凝土密实，表面平整，第一层基底混凝土填筑完成；
(4)待步骤(3)的基底混凝土试件成型24h后脱模，放入标准养护箱养护28d，备用；
(5)取出步骤(4)中养护28d后的基底混凝土试件，对养护28d后成型的基底混凝土试件表面进行凿毛处理模拟实际水毁条件，将凿毛后的基底混凝土试件表面朝上放入模具中；
(6)往步骤(5)中的模具填筑第二层环氧砂浆，填筑高度50mm，在装好环氧砂浆模具顶部垫一块厚度5mm的平整的钢板，使用橡胶锤锤击，使环氧砂浆密实，表面平整，第二层环氧砂浆填筑完成；
(7)养护修补砂浆试件之前，根据实际高寒区泄水道监测数据设定试验箱中相应的环境参数，接通电源，开启温度传感器、液氮循环机构及温度控制调节装置，设定试验箱内的温度；开启紫外线灯、紫外线反射装置及紫外线灯转向装置，设定试验箱内紫外线辐射强度；开启真空泵，设定试验箱内的气压，通过气压表来实时监测试验箱内气压的高低；
(8)待步骤(7)的修补砂浆试件成型24h后脱模，完成步骤(7)后，将脱模后的修补砂浆试件置于试验箱内预设好的卡槽内，养护28d；
(9)待步骤(8)完成后，保持试验箱环境参数不变，调整液氮循环机构控制箱内温度为1-4℃，随后关闭出水阀门，打开水箱中的水泵向试验箱内抽水，当水面与修补砂浆试件上表面齐平时关闭水泵；
(10)完成步骤(9)后，模拟高速水流及含砂水流对修补砂浆试件的冲刷拖曳力，力矩扳手对螺栓施加扭矩形成预紧力，再由钢板对修补砂浆左侧试件施加压力；
(11)根据泄水道修补砂浆服役天数确定试验时间，试验结束后取出修补砂浆试件，采用拉拔试验测试试件的界面粘结性能。
9.根据权利要求1所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：所述步骤(1)中，对实际泄水道进行实时监测，温度、紫外线辐射、气压、水流流速均每隔1h记录一次，以24h为一个周期计算各数值的平均值，按所得的值设置预制养护的条件。
10.根据权利要求1所述的泄水道修补砂浆与砼界面耐久性试验装置，其特征在于：所述步骤(10)中，螺母固定于试验箱内壁上，通过力矩扳手对螺栓施加扭矩，螺栓与螺母的预紧力转化为钢板对试件的压力。
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