CN114577560A - 一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置及方法，包括实验台，实验台包括顶部平台和底部平台，顶部平台上设置有水压力调节装置，底部平台上固接有用于模拟环境参数的实验舱；实验舱内充满环境水样，且设置有温度调节装置和用于补充养护混凝土的注射装置，实验舱底部还设置有被测试的混凝土样品的支撑台；水压力调节装置包括伸缩螺杆、移动活塞和压力传感器，移动活塞伸缩设置在实验舱的顶部开口处，密封实验舱，伸缩螺杆用于推拉移动活塞而改变实验舱内水体压力，压力传感器设置在实验舱内侧壁上。通过创造压力、温度、水质三个原位条件，使水下混凝土能在接近真实的原位环境中进行养护和开展性能检测。

Description

一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置及方法
技术领域
本发明涉及混凝土性能测试装备领域，尤其涉及对水下混凝土进行原位养护、测试的实验装置及方法。
背景技术
近年来，我国高坝建成数量持续增加，受环境、材料和运行条件等方面因素影响，水电站大坝混凝土经常会出现冲蚀、裂缝等缺陷，造成坝体的渗漏。坝体渗漏是影响大坝安全运行的重要因素之一，主要危害在于降低大坝的耐久性和加剧坝体渗漏通道的形成，若不对产生缺陷的部位进行修复处理，长期的渗漏溶蚀作用会逐渐降低混凝土坝的力学性能，威胁大坝的安全运行。
对坝体缺陷渗漏的处理常采用两种方法，即在廊道内灌浆封堵和进行水下修复。廊道内灌浆是确定渗漏缺陷位置后，在廊道内采取水泥或化学灌浆等手段进行封闭；水下修复处理是指在水下检查观测到坝体缺陷部位后，直接向缺陷部位灌浆，将其修复。
针对水下混凝土结构缺陷部位进行修补时，必须先获得水下作业时所采用水下混凝土的各项性能，包括水下凝结时间、力学性能与粘结性能等。但现有规范规定环境下养护、测试出的水下混凝土性能只能为实际工程提供相对参考，并不能代表真实水下环境中养护、测试出的水下混凝土性能，从而不满足目前的工程要求。因此，为获得在真实水下环境中养护的混凝土试件的各项性能指标，亟需要一种可完全模拟大坝水下环境的混凝土性能养护实验装置及方法。
发明内容
为克服上述问题，本发明提供了一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置及方法，通过创造压力、温度、水质三个原位条件，使水下混凝土能在接近真实的原位环境中进行养护和开展性能检测。
本发明采用的技术方案是：
一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，包括实验台，所述实验台包括顶部平台和底部平台，所述顶部平台上设置有水压力调节装置，底部平台上固接有用于模拟环境参数的实验舱；所述实验舱内设置有温度调节装置和用于补充养护混凝土的注射装置，所述实验舱底部放置被测试的混凝土样品；所述水压力调节装置包括伸缩螺杆、移动活塞和压力传感器，所述移动活塞伸缩设置在所述实验舱的顶部开口处，所述伸缩螺杆固定在所述顶部平台上，用于推拉所述移动活塞，所述压力传感器设置在所述实验舱内侧壁上。通过创造压力、温度、水质三个原位条件，使水下混凝土能在接近真实的原位环境中进行养护和开展性能检测。
优选的，所述注射装置包括样品舱、遥控加压器和注射管道，所述样品舱用于容置混凝土样品，所述注射管道一端与样品舱连接，另一端设置在实验舱中，通过遥控加压器加压向实验舱底部注射混凝土样品，从而进行对混凝土样品的养护、测试。
优选的，所述温度调节装置包括控温棒和用于检测实验舱内实验水样温度的温度传感器，所述温度调节装置设置在所述实验舱侧壁上，对水温进行调节，使其与真实环境的原位水温保持一致。
优选的，所述控温棒的数量为多个，且均匀间隔分布在实验舱的外壁上，使温度调节更均匀。
优选的，所述实验舱侧壁均匀设置有多个观察窗，所述多个观察窗交错布置，方便多角度观察实验舱中水下混凝土的养护情况。
优选的，所述实验台的顶部平台和底部平台通过多个立柱连接，相邻立柱之间设置有透明防爆玻璃。
优选的，所述移动活塞表面和实验舱内壁设置有隔水薄膜。
还提供一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验方法，应用在上述的实验装置，包括以下步骤：
S1：对实验环境中的水进行现场取样，并对取得的样品进行密闭运输、恒温保存保证水质不变；
S2：在实验舱中布置被测试混凝土结构，并加入现场取样的水；
S3：将实验舱温度调到水下环境温度，使用水下温度传感器测量实验舱中水温，若有偏差便调节控温棒，通过热传递原理，使实验舱中水温达到该工程该水下深度的初始水温；
S4：通过伸缩螺杆操纵移动活塞调节实验舱中的压强，使其达到预设值；
S5：通过样品舱注射混凝土，实现水下被测试混凝土结构的原位环境养护，通过观察窗观察水下混凝土养护过程的表观变化，进而对水下混凝土进行性能测试，并对混凝土结构的参数进行检测。
本发明的有益效果是：
本发明采用一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置及方法，包括实验台，所述实验台包括顶部平台和底部平台，所述顶部平台上设置有水压力调节装置，底部平台上固接有用于模拟环境参数的实验舱；所述实验舱内设置有温度调节装置和用于补充养护混凝土的注射装置，所述实验舱底部放置被测试的混凝土样品；所述水压力调节装置包括伸缩螺杆、移动活塞和压力传感器，所述移动活塞伸缩设置在所述实验舱的顶部开口处，所述伸缩螺杆固定在顶部平台用于推拉所述移动活塞，所述压力传感器设置在所述实验舱内侧壁上。通过创造压力、温度、水质三个原位条件，使水下混凝土能在接近真实的原位环境中进行养护和开展性能检测。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的实验台结构图；
图3为本发明的实验舱结构图；
图4为本发明的注射装置结构图。
具体元素符号说明：
1-实验台，2-水压力调节装置，3-注射装置，4-实验舱，5-温度调节装置，6-混凝土样品，11-立柱，12-顶部平台，13-底部平台，14-透明防爆玻璃，21-移动活塞，22-伸缩螺杆，23-压力传感器，31-样品舱，32-遥控加压器，33-注射管道，41-观察窗，51-温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
实施例1：请参阅图1至图4，本实施例的一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，包括实验台1，所述实验台1包括顶部平台12和底部平台13，所述顶部平台12上设置有水压力调节装置2，所述底部平台13上固接有用于模拟环境参数的实验舱4；所述实验舱4内部设置有温度调节装置5和用于补充混凝土的注射装置3，在所述实验舱4底部放置被测试的混凝土样品6；所述水压力调节装置2包括伸缩螺杆22、移动活塞21和压力传感器23，所述移动活塞21伸缩设置在所述实验舱4的顶部开口处，所述伸缩螺杆22用于推拉所述移动活塞21，所述压力传感器23设置在所述实验舱4内侧壁上。通过创造压力、温度、水质三个原位条件，使水下混凝土能在接近真实的原位环境中进行养护和开展性能检测。
实施例2：请参阅图1和图4，本实施例的所述注射装置3包括样品舱31、遥控加压器32和注射管道33，所述样品舱31用于容置混凝土样品6，所述注射管道33一端与样品舱31连接，另一端设置在实验舱4中，通过遥控加压器32加压向实验舱4底部注射混凝土样品，从而进行对混凝土样品的养护、测试。本实施例的所述温度调节装置5包括控温棒和用于检测实验舱4内实验水样温度的温度传感器51，所述温度调节装置5设置在所述实验舱4侧壁上，对水温进行调节，使其与真实环境的原位水温保持一致。本实施例的所述控温棒的数量为多个，且均匀间隔分布在实验舱4的外壁上，使温度调节更均匀。
实施例3：请参阅图2和图3，本实施例的所述实验舱4侧壁均匀设置有多个观察窗41，所述多个观察窗41交错布置，方便多角度观察实验舱4中水下混凝土的养护情况。本实施例的所述实验台1的顶部平台12和底部平台13通过多个立柱11连接，相邻立柱11之间设置有透明防爆玻璃14。本实施例的所述移动活塞21表面和实验舱4内壁设置有隔水薄膜。
实施例4：请参阅图1至图4，本实施例还提供一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验方法，应用在上述的实验装置，包括以下步骤：S1：对实验环境中的水进行现场取样，并对取得的样品进行密闭运输、恒温保存保证水质不变；S2：在实验舱4中布置被测试混凝土结构，并加入现场取样的水；
S3：将实验舱4温度调到水下环境温度，使用水下温度传感器51测量实验舱4中水温，若有偏差便调节控温棒，通过热传递原理，使实验舱4中水温达到该工程该水下深度的初始水温。S4：通过伸缩螺杆22操纵移动活塞21调节实验舱4中的压强，使其达到预设值；S5：通过样品舱31注射混凝土，实现水下被测试混凝土结构的原位环境养护，通过观察窗41观察水下混凝土养护过程的表观变化，进而对水下混凝土进行性能测试，并对混凝土结构的参数进行检测。
实施例5：请参阅图1和图2，实验台1分两层，每层平面为厚3cm的六边形，边长0.7m，采用6个直径10cm的立柱11联结上下两层，实验台1和立柱11均由不锈钢制作而成。底部平台13放置实验舱4，且与实验舱4固接；顶部平台12为水压力调节装置2工作平台，可通过不锈钢伸缩螺杆22控制移动活塞21在实验舱4内移动走位。6个立柱11间立面均镶嵌有透明防爆玻璃14。实验舱4为圆筒状，底板和侧壁联成一体，顶部开口，内置实验水体和浸没在水体中的混凝土样品6注射装置3，实验水体上部由水压力调节装置2的移动活塞21密闭，移动活塞21表面粘贴隔水薄膜。实验舱4的作用是盛装适量的现场取样水体，在水压力调节装置2作用下产生高压实验环境。实验舱4主体由密度小、抗压强度大的不锈钢合金制作而成，内径0.4m、高2.0m，壁厚1.0cm。实验舱4侧壁由底部向上高0.2m、0.5m处沿周边均匀设置两排8个大小为5cm×8cm(宽×高)的观察窗41(每排4个)，为方便多角度观察实验舱4中水下混凝土的养护情况，两排观察窗41错开布置。
水压力调节装置2由伸缩螺杆22、电机、移动活塞21、压力传感器23等部分构成，创造原位压力环境，其中伸缩螺杆22、电机等装置固接于顶部平台12之上，由电机提供动力，驱动伸缩螺杆22正反旋转带动移动活塞21做往复运动，从而向水面施加不同压力，满足不同的实验条件。压力传感器23布置在实验舱4侧壁由底部向上高0.35m处，实时检测水下压力。温度调节装置5由控温棒和温度传感器51组成，在实验舱4外围均匀固定4条长1m、宽0.1m的控温棒，保证实验舱4中实验水样温度与实际水下环境温度相同，创造原位温度环境。在实验舱4侧壁由底部向上高0.30m处布置温度传感器51，实时检测水下温度。另外通过现场取水加入实验舱4保证原位水质环境，尽可能创造接近真实的水下环境，从而保证水下混凝土能在原位环境中养护和开展性能检测。水下混凝土注射装置3由样品舱31、遥控加压器32和喷射管道33三部分组成，样品舱31为圆筒状，高0.4m，直径0.2m，内置水下混凝土样品6。样品舱31通过加遥控压器32控制混凝土样品6的喷射，由于样品舱31与水下混凝土处于水下同一压力状态，故样品舱31只需提供常规的灌浆压力即可。样品舱31主体由不锈钢合金制作而成，固接于实验舱4右部内壁，底部位于实验舱4侧壁由底部向上高1.5m处。喷射管道管径8cm，连接在样品舱31底部，向实验舱4中注射混凝土样品6。内置的混凝土注射装置3能够在该高压环境中喷射混凝土直接进入环境水体中或者喷射进入模具中。
实施例6：请参阅图1和图2，本实施例的水电站拦河大坝为混凝土重力坝，坝高200m，现由于侵蚀、老化等因素导致大坝底部混凝土表面出现了缺陷，为保证大坝安全运行，需对缺陷的部位进行修复处理，需要确定水下混凝土在该工作环境中不同养护期的强度，现通过本发明对该大坝所需采用的水下混凝土进行养护、测试实验。
实验开始前先到现场取水，密闭运输、恒温保存保证水质不变，实验开始前将现场取得的水加入实验舱4。将实验舱4温度调到水下环境温度，使用水下温度传感器51测量实验舱4中水温，若有偏差便调节控温棒，通过热传递原理，使实验舱4中水温达到该工程该水下深度的初始水温。大坝该部位承受静水压力，此时底部的压强大小为1962KPa，实验舱4直径0.4m，水压力调节装置2需提供的压力大小为246.43KN，通过水压力调节装置2的工作台操纵移动活塞21接触水面，然后缓慢增压至246.43KN。此时，水质、温度、压力原位条件已创造完毕，实验环境已接近大坝底部水下真实环境，可实现水下混凝土的原位环境养护，通过观察窗41可观察水下混凝土养护过程的表观变化，进而开展水下混凝土性能测试。
本发明的优势在于：
1)、通过为水下混凝土创造原位压力、实际温度、原状水质的环境，使水下混凝土能在接近真实的“原位”环境中进行养护和开展性能检测；
2)、本发明所设计的水下混凝土性能“原位”养护实验测试装备，针对不同地区、不同坝高的实际工程可通过调整压力、温度、水质等因素，创造出接近各实际工程的真实作业环境，具有普适性；
3)、本发明虽是针对测试水下混凝土性能创造的“原位”养护实验装备，但面对其它一些需在一定压强、温度和水质环境下测试性能的材料，可在本发明基础上，通过修改参数或加设其它装置实现。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围，以上均应属于本专利的保护范畴。

Claims (8)

1.一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，其特征在于，包括实验台(1)，所述实验台(1)包括顶部平台(12)和底部平台(13)，所述顶部平台(12)上设置有水压力调节装置(2)，所述底部平台(13)上固接有用于模拟环境参数的实验舱(4)；所述实验舱(4)内部设置有温度调节装置(5)和用于补充混凝土的注射装置(3)，在所述实验舱(4)底部放置被测试的混凝土样品(6)；所述水压力调节装置(2)包括伸缩螺杆(22)、移动活塞(21)和压力传感器(23)，所述移动活塞(21)伸缩设置在所述实验舱(4)的顶部开口处，所述伸缩螺杆(22)固定在所述顶部平台(12)上，用于推拉所述移动活塞(21)，从而增加或减小水体压强，所述压力传感器(23)设置在所述实验舱(4)内侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，其特征在于，所述注射装置(3)包括样品舱(31)、遥控加压器(32)和注射管道(33)，所述样品舱(31)用于容置混凝土样品(6)，所述注射管道(33)一端与样品舱(31)连接，另一端设置在实验舱中，通过遥控加压器(32)加压向实验舱(4)注射混凝土样品。
3.根据权利要求1所述的一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，其特征在于，所述温度调节装置(5)包括控温棒和用于检测实验舱(4)内实验水样温度的温度传感器(51)，所述温度调节装置(5)设置在所述实验舱(4)侧壁上。
4.根据权利要求3所述的一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，其特征在于，所述控温棒的数量为多个，且均匀间隔分布在实验舱(4)的外壁上。
5.根据权利要求1所述的一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，其特征在于，所述实验舱(4)侧壁均匀设置有多个观察窗(41)，所述多个观察窗(41)交错布置。
6.根据权利要求1所述的一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，其特征在于，所述实验台(1)的顶部平台(12)和底部平台(13)通过多个立柱(11)连接，相邻立柱(11)之间设置有透明防爆玻璃(14)。
7.根据权利要求1所述的一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验装置，其特征在于，所述移动活塞(21)表面和实验舱(4)内壁设置有隔水薄膜。
8.一种用于水下混凝土原位养护及测试的实验方法，其特征在于，应用在权利要求1-7任意一项所述的实验装置，包括以下步骤：
S1：对实验环境中的水进行现场取样，并对取得的样品进行密闭运输、恒温保存保证水质不变；
S2：在实验舱(4)中布置被测试混凝土结构，并加入现场取样的水；
S3：将实验舱(4)温度调到水下环境温度，使用水下温度传感器(51)测量实验舱(4)中水温，若有偏差便调节控温棒，通过热传递原理，使实验舱(4)中水温达到该工程该水下深度的初始水温；
S4：通过伸缩螺杆(22)操纵移动活塞(21)调节实验舱(4)中的压强，使其达到预设值；
S5：通过样品舱(31)注射混凝土，实现水下被测试混凝土结构的原位环境养护，通过观察窗(41)观察水下混凝土养护过程的表观变化，进而对水下混凝土进行性能测试，并对混凝土结构的参数进行检测。
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CN115674412A (zh) * 2022-11-10 2023-02-03 四川大学 一种提升混凝土电固化效率的方法

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