CN114578030A - 一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置及试验方法。本发明所述装置主要包括压力控制系统、温度控制系统、介质箱、驱动电机、压力泵、冷凝器、压力表、连接管、试样筒、量筒及框架；所述框架I中的介质箱、驱动电机、压力泵和压力表依次相连，且压力泵和压力表与压力控制系统相连；所述温度控制系统同时与介质箱内的加热丝、温度传感器及冷凝器相连；所述框架Ⅱ中的试样筒上的进水接口与介质箱通过连接管相连，所述量筒位于试样筒下的出水接口下方。本发明所述装置可同时调控溶蚀介质种类、温度和压力；采用316不锈钢溶液装置可盛装酸、碱、盐等多种侵蚀介质，增加了可模拟的实验范围；该装置实现了快速、准确地评价混凝土的抗溶蚀性能。

Description

一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及混凝土耐久性能测试评价技术领域，具体涉及一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置及试验方法。

背景技术

溶蚀是混凝土一种常见的耐久性问题，在地下水、海洋工程等水工混凝土工程中经常发生，严重影响混凝土结构的耐久性能。混凝土溶蚀根据所处的环境条件的不同而有不同的溶蚀机理。

混凝土的溶蚀评价传统方法为成型大量混凝土试件，浸泡在超纯水或硝酸铵溶液中进行加速，前者加速效率有限，后者会改变混凝土的溶蚀机理，以上两种分析方法往往要耗费研究人员的大量精力，超纯水浸泡方法实验过程要求高，硝酸铵浸泡法会产生额外的产物，此外两种方法均无法有效模拟实际工程中混凝土的溶蚀情况。

由于溶蚀速度缓慢，且影响因素众多，而加速试验装置具有快速、准确、可同时改变多种影响因素等优点，因此大量研究团队着手开发具有多因素调控方法的加速试验装置。专利“CN201610039911.4-一种多侵蚀介质可变流速混凝土溶蚀试验装置”公开的一种装置将混凝土圆柱体试件密封在试模中，上部施加一定的水压力，在水压力作用下使混凝土试件发生渗漏，从而分析溶蚀效果；该装置可以更换溶蚀液的种类，同时结合流量计控制溶液流速。专利“CN201710285871.6模拟高水力梯度下水工混凝土溶蚀劣化试验装置及方法”公开了一种装置通过密封箱向混凝土标准试件施加高水力梯度的侵蚀液，并施加三向压应力，溶液压力和应力水平可以根据需要调控。

然而，实际工程中几乎所有的水工混凝土结构都受到水压力的作用，并且压力水的温度随着季节等的变化出现一定范围内的波动。针对上述问题，本发明提出一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，该装置原理清晰、可操作性强，溶蚀介质种类、温度和压力均可调，可以模拟水工混凝土溶蚀情况，实现快速、准确地评价混凝土的抗溶蚀性能。

发明内容

针对水工混凝土存在的压力水溶蚀破坏，且水压和温度随时间和地点的变化而有所不同的情况，对于水工混凝土抗溶蚀性能测试与评价，本发明提供了一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置及溶蚀试验方法。

本发明提供了一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，包括压力控制系统、温度控制系统、供压阀门、泄压阀门、介质箱、驱动电机、压力泵、冷凝器、压力表、连接管、试样筒、量筒、框架Ⅰ及框架Ⅱ；

所述框架Ⅰ设有一个纵向操作台和两层平台，纵向操作台位于框架Ⅰ上方，纵向操作台下方为上下两层平台；所述压力控制系统、温度控制系统、供压阀门和泄压阀门固定在所述纵向操作台上；所述介质箱固定设置在框架Ⅰ的上层平台上，介质箱内为侵蚀介质溶液，所述驱动电机、压力泵、压力表和冷凝器固定设置在所述框架Ⅰ的下层平台上；

所述框架Ⅰ的介质箱、驱动电机、压力泵、压力表依次相连，且压力泵和压力表与压力控制系统相连；

所述介质箱内置有加热丝和温度传感器，所述温度控制系统同时与加热丝、冷凝器及温度传感器分别相连，控制所述介质箱中的溶液温度；温度传感器用于监测介质箱内的温度；

所述试样筒包括上盖板、下盖板和筒体，所述上盖板中心处设置有进水接口，下盖板中心处设置有出水接口，所述出水接口连接有快接水嘴，每个试样筒的进水接口分别与介质箱通过连接管相连，且所有连接管连有同一个泄压阀门，不同连接管上均分别设置一个供压阀门；所述快接水嘴是漏斗形，把水导入量筒中，防止水花四溅；

所述框架Ⅱ设有上下两层平台，上层平台有若干个圆形通孔，所述每个试样筒放置在一个通孔上，且通孔与试样筒下盖板中心处设置的出水接口对齐，快接水嘴穿过通孔；

所述量筒固定在下层平台上且每个量筒均位于一个试样筒的正下方，试样筒与量筒一一对应；将量筒放置在快接水嘴正下方，衡量溶蚀液多少；从介质箱出来的溶蚀介质经连接管进入试样筒上的进水接口，通过压力控制系统控制作用在每一个所述试样筒上的水压力。

所述试样筒优选6个。

所述试样筒、介质箱和连接管均采用316不锈钢加工制成，可以盛放多种酸、碱和盐溶液。

所述试样筒的上盖板和下盖板的周向均设置有容置槽，筒体的两端嵌入容置槽构成试样筒，容置槽内衬有密封圈，用于保证上盖板、下盖板和筒体之间连接处的密封性能。

采用本发明所述试验装置的溶蚀试验方法，包括如下步骤：

(1)开始试验前，检查设备是否正常，零件是否齐全；泄压阀门和加压阀门均应处于关闭状态，收集溶液的量筒与试样筒一一对应；

(2)将待测试试件放入试样筒中，在试件表面涂刷不透水材料，然后在压力机上压入试样筒内，且在低温试验时，钢模应预先加热；之后紧固螺栓，将试件固定在试样筒上；

在低温试验时，钢模应预先加热的原因在于，这样容易密封，密封材料遇热融化，填充试件与试样筒之间的空隙，冷却后重新硬化；

(3)根据待测试环境，在介质箱中加入侵蚀介质溶液；

(4)连接电源，输入密码，进入控制页面；

(5)根据待测试环境在压力控制系统中设置压力下限值、压力上限值、递增压力值和保持时间等参数；根据待测试环境通过温度控制系统调节设置侵蚀介质溶液温度；

(6)依次拧开不同试件的试样筒与介质箱的连接管上的供压阀门进行加压；

(7)若试件密封不好，会发生漏水等情况，压力无法加到设置值，应取下试件重新密封后再次加压；

(8)试验过程中，溶液会在压力作用下逐渐渗透试件进入量筒，收集量筒内的溶蚀液进行分析，用ICP设备分析其中的钙离子含量；混凝土抗溶蚀性能的评判依据下表进行：

(9)试验结束后，点击停止按钮，拧开泄压阀门泄压，将加压阀门关闭，关闭电源，取下试件，清理实验设备。

步骤(2)中所述不透水材料为沥青或石蜡。

本发明的有益效果：

(1)相比于其他加速溶蚀装置，本发明所述装置可以同时调控溶蚀介质种类、温度和压力；

(2)采用316不锈钢制备试样筒、介质箱和连接水管等结构，可以盛装酸、碱、盐等多种侵蚀介质，增加了可模拟的实验范围；

(3)本发明原理清晰，可操作性强，可以很好地模拟实际工程中混凝土结构所受溶蚀状况，实现了快速、准确地评价混凝土的抗溶蚀性能。

附图说明

图1为本发明所述溶蚀试验装置的主视图。

图2为本发明所述溶蚀试验装置框架Ⅰ中各结构的连接示意图。

图3为本发明所述溶蚀试验装置中介质箱的示意图。

图4为本发明所述试样筒、量筒及介质箱连接示意图。

图5为本发明所述试样筒的结构示意图。

图6为本发明所述试样筒的上盖板及下盖板的结构示意图。

图7为本发明所述框架Ⅱ的结构图。

图1-7中各标注为：1压力控制系统、2温度控制系统、3泄压阀门、4供压阀门、5框架Ⅰ、6介质箱、7驱动电机、8压力泵、9冷凝器、10加热丝、11连接管、12框架Ⅱ、13试样筒、13-1上盖板，13-2下盖板，13-3筒体，14量筒、15进水接口、16出水接口、17快接水嘴、18温度传感器、19容置槽、20密封圈、21压力表，22通孔。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”、“左”“右”等空间技术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

本发明提供了一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，包括压力控制系统1、温度控制系统2、供压阀门4、泄压阀门3、介质箱6、驱动电机7、压力泵8、冷凝器9、压力表21、连接管11、试样筒13、量筒14、框架Ⅰ5及框架Ⅱ12；

所述框架Ⅰ5设有一个纵向操作台和两层平台，纵向操作台位于框架Ⅰ5上方，纵向操作台下方为上下两层平台；所述压力控制系统1、温度控制系统2、供压阀门和4泄压阀门3固定在所述纵向操作台上；所述介质箱6固定设置在框架Ⅰ5的上层平台上，介质箱6内为侵蚀介质溶液，所述驱动电机7、压力泵8、压力表21和冷凝器9固定设置在所述框架Ⅰ5的下层平台上；

所述介质箱6、驱动电机7、压力泵8、压力表21依次相连，且压力泵8和压力表21与压力控制系统1相连；所述介质箱6内置有加热丝10和温度传感器18，所述温度控制系统2同时与加热丝10、冷凝器9及温度传感器18分别相连；所述试样筒13包括上盖板13-1、下盖板13-2和筒体13-3，所述上盖板13-1中心处设置有进水接口15，下盖板13-2中心处设置有出水接口16；

所述框架Ⅱ12设有上下两层平台，上层平台有若干个圆形通孔22，所述每个试样筒13放置在一个通孔22上，且通孔22与试样筒下盖板中心处设置的出水接口16对齐；每个试样筒13的进水接口15分别与介质箱6通过连接管11相连，且所有连接管11连有同一个泄压阀门3，不同连接管上均分别设置一个供压阀门4；所述量筒14固定在下层平台上且每个量筒14均位于一个试样筒13的正下方，试样筒13与量筒14一一对应。所述试样筒的出水接口16连接有快接水嘴17，快接水嘴17穿过通孔22；所述快接水嘴17是漏斗形。所述量筒14放置在快接水嘴17正下方。

所述试样筒为6个。

所述试样筒13、介质箱6和连接管11均采用316不锈钢加工制成。

所述试样筒的上盖板13-1和下盖板13-2的周向均设置有容置槽19，筒体13-3的两端嵌入容置槽19构成试样筒，容置槽19内衬有密封圈20。用于保证上盖板、下盖板和筒体之间连接处的密封性能。

采用上述试验装置的溶蚀试验方法，包括如下步骤：

(1)开始试验前，检查设备是否正常，零件是否齐全；泄压阀门和加压阀门均应处于关闭状态，收集溶液的量筒与试样筒一一对应；

(2)将待测试试件放入试样筒中，在试件表面涂刷不透水材料，然后在压力机上压入试样筒内，且在低温试验时，钢模应预先加热；之后紧固螺栓，将试件固定在试样筒上；

(3)根据待测试环境，在介质箱中加入侵蚀介质溶液；

(4)连接电源，输入密码，进入控制页面；

(5)根据待测试环境在压力控制系统中设置压力下限值、压力上限值、递增压力值和保持时间等参数；根据待测试环境通过温度控制系统调节设置侵蚀介质溶液温度；

(6)依次拧开不同试件的试样筒与介质箱的连接管上的供压阀门进行加压；

(7)若试件密封不好，会发生漏水等情况，压力无法加到设置值，应取下试件重新密封后再次加压；

(8)试验过程中，溶液会在压力作用下逐渐渗透试件进入量筒，收集量筒内的溶蚀液进行分析，用ICP设备分析其中的钙离子含量；混凝土抗溶蚀性能的评判依据下表进行：

钙离子溶蚀量(mg)	等级判定
		<100	微
100～500	低
		500～1000	中
>1000	高

(9)试验结束后，点击停止按钮，拧开泄压阀门泄压，将加压阀门关闭，关闭电源，取下试件，清理实验设备。

步骤(2)中所述不透水材料为沥青或石蜡。

显然，上述实例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，譬如可以增加或减少试样筒的数量、改变试样筒的大小尺寸，这里无法对所有的实施方式予以穷举。由于本发明的核心为可以调控介质种类、温度和压力的混凝土溶蚀装置，并利用该装置对混凝土试件进行试验，进而实现对混凝土耐溶蚀性能的评价。因此凡是属于本发明技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

实施例

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，它包括如下组件：

包括压力控制系统、温度控制系统、供压阀门、泄压阀门、介质箱、驱动电机、压力泵、冷凝器、连接管、试样筒、量筒、框架Ⅰ及框架Ⅱ；

压力控制系统：压力控制范围0～8MPa，精度为±0.2％；

温度控制系统：温度控制范围为5～80℃，精度为±1℃；

介质箱、试样筒和连接管采用316不锈钢制成，可以盛放各种酸、碱和盐溶液；

试样筒大小为ф150mm*150mm，精度为±4mm，总共6个。

对某项目的混凝土试件进行抗溶蚀测试与评价，采用石蜡密封，密封前对试样筒进行预热，在试样表面涂刷石蜡，然后在压力机上压入试样筒内，加载到设备上进行溶蚀实验。

溶蚀压力为2.0MPa，溶蚀介质为超纯水，溶蚀液温度控制在20℃，加压3d后，混凝土试件开始发生渗漏，加压7d后，渗水量达到200mL，对溶蚀液进行分析，发现其中钙离子含量达到500mg/L，结合判定标准对其进行分析评价，可知其溶蚀程度已达低等级，实现了对混凝土抗溶蚀性能的测试与评价。

实施例2

一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，它包括如下组件：

包括压力控制系统、温度控制系统、供压阀门、泄压阀门、介质箱、驱动电机、压力泵、冷凝器、连接管、试样筒、量筒、框架Ⅰ及框架Ⅱ；

压力控制系统：压力控制范围0～10MPa，精度为±0.2％；

温度控制系统：温度控制范围为-5～100℃，精度为±1℃；

介质箱、试样筒和连接管采用304不锈钢制成，可以盛放大多数酸、碱和盐溶液；

试样筒大小为ф100mm*100mm，精度为±4mm，总共6个。

对某项目的混凝土试件进行抗溶蚀测试与评价，采用沥青密封，密封前对试样筒进行预热，在试样表面涂刷沥青，然后在压力机上将试样压入试样筒内，加载到试验箱上进行溶蚀实验。

溶蚀压力为2.0MPa，溶蚀介质为NaCl溶液，溶蚀液温度控制在5℃，加压1d后，混凝土试件开始发生渗漏，加压7d后，渗水量达到300mL，对溶蚀液进行分析，发现其中钙离子含量达到2000mg/L，结合判定标准对其进行分析评价，可知其溶蚀程度已达中等级，实现了对混凝土抗溶蚀性能的测试与评价。

Claims (8)

1.一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，其特征在于：包括压力控制系统(1)、温度控制系统(2)、供压阀门(4)、泄压阀门(3)、介质箱(6)、驱动电机(7)、压力泵(8)、冷凝器(9)、压力表(21)、连接管(11)、试样筒(13)、量筒(14)、框架Ⅰ(5)及框架Ⅱ(12)；

所述框架Ⅰ(5)设有一个纵向操作台和两层平台，纵向操作台位于框架Ⅰ(5)上方，纵向操作台下方为上下两层平台；所述压力控制系统(1)、温度控制系统(2)、供压阀门和(4)泄压阀门(3)固定在所述纵向操作台上；所述介质箱(6)固定设置在框架Ⅰ(5)的上层平台上，介质箱(6)内为侵蚀介质溶液，所述驱动电机(7)、压力泵(8)、压力表(21)和冷凝器(9)固定设置在所述框架Ⅰ(5)的下层平台上；

所述框架I中的介质箱(6)、驱动电机(7)、压力泵(8)、压力表(21)依次相连，且压力泵(8)和压力表(21)与压力控制系统(1)相连；

所述介质箱(6)内置有加热丝(10)和温度传感器(18)，所述温度控制系统(2)同时与加热丝(10)、冷凝器(9)及温度传感器(18)分别相连；

所述试样筒(13)包括上盖板(13-1)、下盖板(13-2)和筒体(13-3)，所述上盖板(13-1)中心处设置有进水接口(15)，下盖板(13-2)中心处设置有出水接口(16)；

所述框架Ⅱ(12)设有上下两层平台，上层平台有若干个圆形通孔(22)，所述每个试样筒(13)放置在一个通孔(22)上，且通孔(22)与试样筒下盖板中心处设置的出水接口(16)对齐；每个试样筒(13)的进水接口(15)分别与介质箱(6)通过连接管(11)相连，且所有连接管(11)连有同一个泄压阀门(3)，不同连接管上均分别设置一个供压阀门(4)；

所述量筒(14)固定在下层平台上且每个量筒(14)均位于一个试样筒(13)的正下方，试样筒(13)与量筒(14)一一对应。

2.根据权利要求1所述的一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，其特征在于，所述试样筒的出水接口(16)连接有快接水嘴(17)，快接水嘴(17)穿过通孔(22)；所述快接水嘴(17)是漏斗形。

3.根据权利要求2所述的一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，其特征在于，所述量筒(14)放置在快接水嘴(17)正下方。

4.根据权利要求1所述的一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，其特征在于，所述试样筒为6个。

5.根据权利要求1所述的一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，其特征在于，所述试样筒(13)、介质箱(6)和连接管(11)均采用316不锈钢加工制成。

6.根据权利要求1所述的一种多介质耦合变温压力溶蚀试验装置，其特征在于，所述试样筒的上盖板(13-1)和下盖板(13-2)的周向均设置有容置槽(19)，筒体(13-3)的两端嵌入容置槽(19)构成试样筒，容置槽(19)内衬有密封圈(20)。

7.采用权利要求1至6任一项试验装置的溶蚀试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)开始试验前，检查设备是否正常，零件是否齐全；泄压阀门和加压阀门均应处于关闭状态，收集溶液的量筒与试样筒一一对应；

(2)将待测试试件放入试样筒中，在试件表面涂刷不透水材料，然后在压力机上压入试样筒内，且在低温试验时，钢模应预先加热；之后紧固螺栓，将试件固定在试样筒上；

(3)根据待测试环境，在介质箱中加入侵蚀介质溶液；

(4)连接电源，输入密码，进入控制页面；

(5)根据待测试环境在压力控制系统中设置压力下限值、压力上限值、递增压力值和保持时间等参数；根据待测试环境通过温度控制系统调节设置侵蚀介质溶液温度；

(6)依次拧开不同试件的试样筒与介质箱的连接管上的供压阀门进行加压；

(7)若试件密封不好，会发生漏水等情况，压力无法加到设置值，应取下试件重新密封后再次加压；

(8)试验过程中，溶液会在压力作用下逐渐渗透试件进入量筒，收集量筒内的溶蚀液进行分析，用ICP(等离子体发射光谱仪)设备分析其中的钙离子含量；混凝土抗溶蚀性能的评判依据下表进行：

(9)试验结束后，点击停止按钮，拧开泄压阀门泄压，将加压阀门关闭，关闭电源，取下试件，清理实验设备。

8.根据权利要求7所述的溶蚀试验方法，其特征在于，步骤(2)中所述不透水材料为沥青或石蜡。

Images