CN114235593A - 水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置及测试方法，装置包括注入系统、测试系统和数据采集系统。性能测试时，通过注入系统向涂层粘结面施加水压，通过测试系统进出口的压力传感器监测材料水压作用下的稳定性，实现涂层在承受反向水压作用下粘结性能测试，更换测试系统进出口可直接向涂层面施加水压，实现涂层在承受正向水压作用下抗渗性能测试。本发明可直接观察涂层承受反向水压作用的粘结破坏强度与正向水压作用的抗渗强度，提出了直接采用水压作用的高分子防护涂层粘结性能测试方法，更符合高分子涂层用于水工程防水时实际粘结破坏环境。
Description
技术领域
本发明涉及高分子防水涂层技术领域，尤其是一种水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置及测试方法。
背景技术
高分子防水涂层(包括聚氨酯、聚脲等)具有抗磨蚀、耐老化、抗腐蚀、抗冲击等性能，高分子防水涂层出色的防水防渗性能也使其在多类水工建筑物上得到广泛应用，如大坝、水工隧洞、输水倒虹吸、箱涵和渡槽等。将高分子防水涂层作为防渗材料的最普遍场景是水工建筑物结构缝部分防渗，如隧洞管片接缝，渡槽、倒虹吸混凝土管身结构缝，坝面混凝土板结构缝等。以水工隧洞为例，水工隧洞在运行期既要承受外水压作用，还要承受内水压力。在内外水压的共同作用下，高分子防水涂层防渗失效轻则引起输水量损失，重则引起隧洞开裂，垮塌，地表沉降等，造成生命、生态和财产等多方面影响。高分子防水涂层的防渗性能是否依旧满足其抗渗要求是工程关注的重点问题。水工结构中用于结构缝防渗处理的高分子防水涂层一般能满足抗冲耐磨要求，破坏形式主要表现为涂层与混凝土基底的粘结破坏。
目前水压作用下粘结强度失效是水工建筑物高分子防水涂层失效的主要形式，但是对于水工建筑物粘结强度的测试装置以及测试方法主要是依据附着力测试标准，采用拉拔仪、拉力试验机等装置进行拉拔测试试验。传统方法有以下不足：(1)拉拔试验除了测试样本身，还需要额外在涂层与拉拔装置间涂抹高强度胶粘剂，胶粘剂的选型，涂抹方法对测试结果的影响很大；(2)传统方法并未考虑水工建筑物所处的水工环境，水对混凝土基材和涂层之间的粘结强度测试也是有影响的；(3)尚无装置能够同时实现涂层的抗渗性能和粘结性能测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置及测试方法，不需要涂抹高强度胶粘剂，更符合水压破坏的实际水工程环境，适用于水工建筑物高分子防水涂层抗渗性能和粘结性能的测试。
为解决上述技术问题，本发明提供一种水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置，包括：测试系统、注入系统和数据采集系统；测试系统与注入系统相连，数据采集系统分别与测试系统和注入系统相连。
优选的，测试系统包括第一进出水管道1、紧固螺帽2、垫高圆环3、高分子涂层4、混凝土基材5、透水孔洞6、密封胶套7、围压仓8、夹持器钢管9、透水垫块10和第二进出水管道13；第一进出水管道1和第二进出水管道13与紧固螺帽2相连，分别位于装置的顶端和底端，高分子涂层4与夹持器紧固螺帽2之间有垫高圆环3连接，混凝土基材5内有透水孔洞6，高分子涂层4与混凝土基材5相连，位于混凝土基材5表面，混凝土基材5与透水垫块10相连，位于透水垫块10的上方，夹持器钢管9与围压仓8相连，围压仓8位于夹持器钢管9的内部，密封胶套7与围压仓8相连，位于围压仓8的内部，垫高圆环3与密封胶套7相连，位于密封胶套7与高分子涂层4之间，垫高圆环3的底部位于混凝土基材5上方，顶部与上部紧固螺帽2相连，透水垫块10与底部紧固螺帽2相连。
优选的，透水垫块10中心有一孔洞，与第二进出水管道13位置对应，混凝土基材5内的透水孔洞6与透水垫块孔洞对应。
优选的，测试系统通过密封胶套7、围压仓8、手摇围压泵11施加围压，保证水压作用在高分子涂层4上，不发生边壁串流。
优选的，注入系统包括手摇围压泵11、恒压恒速注入泵15和导水软管17；恒压恒速注入泵15通过导水软管17与测试系统的第一进出水管道1、第二进出水管道13连接，手摇围压泵11与围压仓8相连。
优选的，数据采集系统包括第一压力传感器12、第二压力传感器14、数据集成计算机16和导线18；数据集成计算机16通过导线18与第一测试系统压力传感器12、第二压力传感器14、注入系统的恒压恒速注入泵15连接。
相应的，一种水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置的测试方法，包括如下步骤：
步骤1、浇筑方形混凝土基材，养护后切割成圆柱形混凝土基材5，将混凝土基材5中心部位加工设定直径的透水孔洞6，表面喷涂实际工程待测试的高分子涂层4，养护后加工涂层4表面后套上垫高圆环3，组成测试试样塞入夹持器钢管9中；
步骤2、在测试试样底部添加合适长度的透水垫块10，拧紧紧固螺帽2，手摇围压泵11对试样施加设定的围压并固定围压；
步骤3、连接恒压恒速注入泵15与第一进出水管道1，设置恒压恒速注入泵15为逐级加压的水压作用方式，打开数据采集系统的数据集成计算机16，设置数据记录间隔；打开恒压恒速注入泵15通过第一进出水管道1向测试系统注水，监测数据采集系统监测第二压力传感器14数值，若水压力无法维持或即将超过环压阈值则停止加压，记录此时水压力为P1，P1为高分子涂层正压抗渗强度，依次卸载恒压恒速注入泵15水压，围压仓8围压，卸下紧固螺帽2，取下透水垫块10，取出试样，观察并记录高分子涂层4变形形貌，高分子防水涂层正向水压抗渗试验完成；
步骤4、连接恒压恒速注入泵15与第二进出水管道13，设置恒压恒速注入泵15为逐级加压的水压作用方式，打开数据采集系统的数据集成计算机16，设置数据记录间隔；打开恒压恒速注入泵15通过第二进出水管道13向测试系统注水，监测数据采集系统监测第一压力传感器12数值，若水压力无法维持或即将超过环压阈值则停止加压，记录此时水压力为P2，P2为高分子涂层反压水压粘结强度，依次卸载恒压恒速注入泵15水压，围压仓8围压，卸下紧固螺帽2，取下透水垫块10，取出试样，观察并记录高分子涂层4变形形貌，高分子防水涂层反向水压粘结强度测试完成。
优选的，步骤3和步骤4中，使高分子防水涂层发生粘结破坏的外力来源为水压力。
优选的，步骤3和步骤4中，更改恒压恒速注入泵15与测试系统不同进出口管道相连，实现粘结性能和抗渗性能测试的转换。
本发明的有益效果为：(1)不使用拉拔试验测试高分子防水涂层的粘结性能，避免了在测试过程使用额外胶粘剂造成对粘结性能测试结果的影响；(2)考虑水工建筑物所处的水工环境，采用真实的水压作用，将水对混凝土基材和涂层之间的粘结强度测试的影响包含在内；(3)能够使用一套装备同时实现涂层的抗渗性能和粘结性能测试。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
图2为本发明主体-测试系统的横截面图。
图3为本发明主体-测试系统的纵断面图。
其中，1、第一进出水管道；2、紧固螺帽；3、垫高圆环；4、高分子涂层；5、混凝土基材；6、渗水孔洞；7、密封胶套；8、围压仓；9、夹持器钢管；10、透水垫块；11、手摇围压泵；12、第一压力传感器；13、第二进出水管道；14、第二压力传感器；15、恒压恒速注入泵；16、数据集成计算机；17、导水软管；18、导线。
具体实施方式
如图1所示，一种水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置，包括：测试系统、注入系统和数据采集系统；测试系统与注入系统相连，数据采集系统分别与测试系统和注入系统相连。
测试系统包括第一进出水管道1、紧固螺帽2、垫高圆环3、高分子涂层4、混凝土基材5、透水孔洞6、密封胶套7、围压仓8、夹持器钢管9、透水垫块10和第二进出水管道13；第一进出水管道1和第二进出水管道13与紧固螺帽2相连，分别位于装置的顶端和底端，高分子涂层4与夹持器紧固螺帽2之间有垫高圆环3连接，混凝土基材5内有透水孔洞6，高分子涂层4与混凝土基材5相连，位于混凝土基材5表面，混凝土基材5与透水垫块10相连，位于透水垫块10的上方，夹持器钢管9与围压仓8相连，围压仓8位于夹持器钢管9的内部，密封胶套7与围压仓8相连，位于围压仓8的内部，垫高圆环3与密封胶套7相连，位于密封胶套7与高分子涂层4之间，垫高圆环3的底部位于混凝土基材5上方，顶部与上部紧固螺帽2相连，透水垫块10与底部紧固螺帽2相连。
注入系统包括手摇围压泵11、恒压恒速注入泵15和导水软管17；恒压恒速注入泵15通过导水软管17与测试系统的第一进出水管道1、第二进出水管道13连接，手摇围压泵11与围压仓8相连。
数据采集系统包括第一压力传感器12、第二压力传感器14、数据集成计算机16和导线18；数据集成计算机16通过导线18与第一测试系统压力传感器12、第二压力传感器14、注入系统的恒压恒速注入泵15连接。
如图2所示，夹持器钢管9为圆柱形，由外向内依次布置围压仓8和密封胶套7，用于保证涂层试样与夹持器钢管的紧密贴合(不发生边壁串流)，围压仓8与手摇围压泵11相连，手摇围压泵可实现20MPa以下(目前的水工建筑物所处环境的水压力一般不超过20MPa，也可根据需求提高围压泵的加载能力)的围压设置。
如图3所示，混凝土基材5内部有透水孔洞6，用于模拟水工建筑物结构缝、锚索等堵水部位，根据试验工况可设计不同直径，调整混凝土基材5与高分子涂层4的粘结接触面积。高分子涂层4和混凝土基材5组成直径为50mm左右的涂层试样置入夹持器钢管9。在混凝土基材5上方，高分子涂层4外侧是内径40mm、外径50mm、高度8mm的垫高圆环3，垫高圆环3保证了高分子涂层4在纵向一定的变形能力。
涂层试样的下方布置透水垫块10，透水垫块10的直径与涂层试样一致，为50mm，高度为10-200mm可调，选取不同高度的透水垫块10可以保证不同高度的涂层试样都可以置于夹持器内上下两端夹紧。夹持器钢管9上下两端加工成螺纹状，与紧固螺帽2拧紧夹持器钢管9可使整个测试系统成为一个密封整体。
测试系统通过第一进出水管道1或第二进出水管道13与注入系统相连，在第一进出水管道1和第二进出水管道13分别布置了第二压力传感器14和第一压力传感器12，实现测试系统内以及进出水管道内的水压力变化感知，压力传感器的量程根据工程实际服役环境选取。
恒压恒速注入泵15为可调整的恒速恒压泵，即恒压恒速注入泵15既可以保证以固定压力注入流体，也可以实现以固定流速注入流体，工作压力可达70MPa、流速0.00001～60mL/min、缸体容积100mL左右，超高精度的注入泵可以保证稳定的正反向水压作用在涂层试样上。
恒压恒速注入泵15记录的注入压力、注入流速、测试系统中第二压力传感器14和第一压力传感器12的记录值均可通过导线18实时传输至数据采集系统中数据集成计算机16。
高分子防水涂层水压粘结破坏新型试验装置中粘结性能和抗渗性能测试方法，包括以下步骤：
步骤1、根据实际工程的混凝土配比浇筑一批立方体混凝土试样，利用取芯机将浇筑、养护后的混凝土样切割成直径为50mm的圆柱体基材5；如图3所示，在混凝土基材5中心部位加工不同直径的透水孔洞6(不同直径的透水孔洞可以开展不同粘接面积对粘结和抗渗性能测试的影响)；混凝土基材5表面喷涂(或涂抹)5mm左右待测试的高分子涂层4，高分子涂层4的涂抹方式根据实际工程的涂抹方式实施；对单侧表面喷涂好聚脲材料的试件进行进一步加工，首先将试样打磨成平整的圆柱样，再将岩样向内切割，切割深度稍微超过涂层厚度；加工涂层表面后连接垫高圆环3，组成测试试样装入夹持器钢管9中；
步骤2选取合适长度的透水垫块10置于混凝土基材5的下方，拧紧紧固螺帽2组装完成测试系统；如图3所示，旋转手摇围压泵11，将水(或油)泵入围压仓8，作用力通过密封胶套7传递至垫高圆环3、混凝土基材5和透水垫块10的侧壁上，使侧壁形成不透水边界；
步骤3、连接恒压恒速注入泵15与第一进出水管道1，设置恒压恒速注入泵15为逐级加压的水压作用方式，打开数据采集系统的数据集成计算机16，设置数据记录间隔，记录第二压力传感器14数值变化，每级荷载持续20-30分钟左右，若水压力无法维持或循环水压加载即将超过环压阈值则停止试验，停止加压，记录此时水压力为P1，P1为高分子涂层正压抗渗强度，依次卸载恒压恒速注入泵15水压，手摇围压泵11围压，取出试样，观察高分子涂层材料4变形形貌，高分子防水涂层4正向水压抗渗试验完成；
步骤4、连接恒压恒速注入泵15与第二进出水管道13，设置恒压恒速注入泵15为逐级加压的水压作用方式，打开数据采集系统的数据集成计算机16，设置数据记录间隔，记录第一压力传感器12数值变化，每级荷载持续20-30分钟左右，直至维持恒定水压力时，累计流量出现明显变化，此时认为高分子涂层材料4与基材混凝土5发生粘结破坏，停止加压，记录此时水压力为P2，P2为高分子涂层反压水压粘结强度，依次卸载恒压恒速注入泵15水压，手摇围压泵11围压，取出试样，观察高分子涂层4材料变形形貌，高分子防水涂层4反向水压粘结强度测试完成。
Claims (9)
1.一种水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置，其特征在于，包括：测试系统、注入系统和数据采集系统；测试系统与注入系统相连，数据采集系统分别与测试系统和注入系统相连。
2.如权利要求1所述的水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置，其特征在于，测试系统包括第一进出水管道(1)、紧固螺帽(2)、垫高圆环(3)、高分子涂层(4)、混凝土基材(5)、透水孔洞(6)、密封胶套(7)、围压仓(8)、夹持器钢管(9)、透水垫块(10)和第二进出水管道(13)；第一进出水管道(1)和第二进出水管道(13)与紧固螺帽(2)相连，分别位于装置的顶端和底端，高分子涂层(4)与夹持器紧固螺帽(2)之间有垫高圆环(3)连接，混凝土基材(5)内有透水孔洞(6)，高分子涂层(4)与混凝土基材(5)相连，位于混凝土基材(5)表面，混凝土基材(5)与透水垫块(10)相连，位于透水垫块(10)的上方，夹持器钢管(9)与围压仓(8)相连，围压仓(8)位于夹持器钢管(9)的内部，密封胶套(7)与围压仓(8)相连，位于围压仓(8)的内部，垫高圆环(3)与密封胶套(7)相连，位于密封胶套(7)与高分子涂层(4)之间，垫高圆环(3)的底部位于混凝土基材(5)上方，顶部与上部紧固螺帽(2)相连，透水垫块(10)与底部紧固螺帽(2)相连。
3.如权利要求2所述的水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置，其特征在于，透水垫块(10)中心有一孔洞，与第二进出水管道(13)位置对应，混凝土基材(5)内的透水孔洞(6)与透水垫块孔洞对应。
4.如权利要求2所述的水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置，其特征在于，测试系统通过密封胶套(7)、围压仓(8)、手摇围压泵(11)施加围压，保证水压作用在高分子涂层(4)上。
5.如权利要求1所述的水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置，其特征在于，注入系统包括手摇围压泵(11)、恒压恒速注入泵(15)和导水软管(17)；恒压恒速注入泵(15)通过导水软管(17)与测试系统的第一进出水管道(1)、第二进出水管道(13)连接，手摇围压泵(11)与围压仓(8)相连。
6.如权利要求1所述的水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置，其特征在于，数据采集系统包括第一压力传感器(12)、第二压力传感器(14)、数据集成计算机(16)和导线(18)；数据集成计算机(16)通过导线(18)与第一测试系统压力传感器(12)、第二压力传感器(14)、注入系统的恒压恒速注入泵(15)连接。
7.一种水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、浇筑方形混凝土基材，养护后切割成圆柱形混凝土基材(5)，将混凝土基材(5)中心部位加工设定直径的透水孔洞(6)，表面喷涂实际工程待测试的高分子涂层(4)，养护后加工涂层(4)表面后套上垫高圆环(3)，组成测试试样塞入夹持器钢管(9)中；
步骤2、在测试试样底部添加合适长度的透水垫块(10)，拧紧紧固螺帽(2)，手摇围压泵(11)对试样施加设定的围压并固定围压；
步骤3、连接恒压恒速注入泵(15)与第一进出水管道(1)，设置恒压恒速注入泵(15)为逐级加压的水压作用方式，打开数据采集系统的数据集成计算机(16)，设置数据记录间隔；打开恒压恒速注入泵(15)通过第一进出水管道(1)向测试系统注水，监测数据采集系统监测第二压力传感器(14)数值，若水压力无法维持或即将超过环压阈值则停止加压，记录此时水压力为P1，P1为高分子涂层正压抗渗强度，依次卸载恒压恒速注入泵(15)水压，围压仓(8)围压，卸下紧固螺帽(2)，取下透水垫块(10)，取出试样，观察并记录高分子涂层(4)变形形貌，高分子防水涂层正向水压抗渗试验完成；
步骤4、连接恒压恒速注入泵(15)与第二进出水管道(13)，设置恒压恒速注入泵(15)为逐级加压的水压作用方式，打开数据采集系统的数据集成计算机(16)，设置数据记录间隔；打开恒压恒速注入泵(15)通过第二进出水管道(13)向测试系统注水，监测数据采集系统监测第一压力传感器(12)数值，若水压力无法维持或即将超过环压阈值则停止加压，记录此时水压力为P2，P2为高分子涂层反压水压粘结强度，依次卸载恒压恒速注入泵(15)水压，围压仓(8)围压，卸下紧固螺帽(2)，取下透水垫块(10)，取出试样，观察并记录高分子涂层(4)变形形貌，高分子防水涂层反向水压粘结强度测试完成。
8.如权利要求7所述的水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置的测试方法，其特征在于，步骤3和步骤4中，使高分子防水涂层发生粘结破坏的外力来源为水压力。
9.如权利要求7所述的水工建筑物高分子防水涂层水压粘结破坏试验装置的测试方法，其特征在于，步骤3和步骤4中，更改恒压恒速注入泵(15)与测试系统不同进出口管道相连，实现粘结性能和抗渗性能测试的转换。
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