CN115078220A - 一种水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置和方法,涉及防水性能测试领域。该测试装置包括支座、环境温度控制机构、给水温度控制机构和给水压力控制机构,支座设置于环境温度控制机构的下方,环境温度控制机构与支座围成试验腔,试验腔包括用于容纳防水材料的容纳腔和对防水材料施加水压的集水腔,容纳腔的下表面与集水腔的上表面接触,支座上设置有进水口,进水口与集水腔连通,给水压力控制机构与进水口连通,给水温度控制机构和给水压力控制机构连通。其能够模拟高岩温和高水温,从而来评判防水材料在高岩温和高水温耦合作用下的抗渗性能。
Description
技术领域
本发明涉及防水性能测试领域,具体而言,涉及一种水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置和方法。
背景技术
高海拔、高地温、高地应力、高烈度等隧道施工运营所遇到的地质环境愈加复杂,尤其是川藏线的建设,高地温问题尤为突出,高岩温、高水温,甚至是高岩温与高水温耦合作用下防水材料的抗渗性能是防水材料自身对于水的阻断能力的关键指标,现有的高温下抗渗性能只能通过在烘箱中加热冷却到室温后放置到不透水仪或是混凝土抗渗试验仪中进行测试,但这种方法本质上是防水材料经过变温后的抗水压能力,与实际工程中防水材料是处于高温的不断作用下的抗水压能力有着本质区别。
鉴于此,特提出本申请。
发明内容
本发明的目的包括,例如,提供了一种水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置和方法,其能够模拟高岩温和高水温,从而来评判防水材料在高岩温和高水温耦合作用下的防水性能。
本发明的实施例可以这样实现:
第一方面,本发明提供一种水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,所述测试装置包括支座、环境温度控制机构、给水温度控制机构和给水压力控制机构,所述支座设置于所述环境温度控制机构的下方,所述环境温度控制机构与所述支座围成试验腔,所述试验腔包括用于容纳防水材料的容纳腔和对所述防水材料施加水压的集水腔,所述容纳腔的下表面与所述集水腔的上表面接触,所述支座上设置有进水口,所述进水口与所述集水腔连通,所述给水压力控制机构与所述进水口连通,所述给水温度控制机构和所述给水压力控制机构连通。
在可选的实施方式中,所述环境温度控制机构包括内壁、外壁和控温夹层,所述控温夹层设置于所述内壁和所述外壁之间,所述控温夹层内设置有加热件。
在可选的实施方式中,所述环境温度控制机构还设置有温度传感器,所述温度传感器与所述加热件连通。
在可选的实施方式中,所述内壁和所述外壁均是由导热材料制成,所述外壁的外侧还设置有保温隔热层。
在可选的实施方式中,所述加热件为加热线或加热板。
在可选的实施方式中,所述给水压力控制机构为变频增压泵或静液压试验机。
在可选的实施方式中,所述水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置还设置有用于防止水从所述防水材料的侧边渗漏的密封安装组件,所述密封安装组件包括圆形钢圈和密封圈,所述密封圈的外圈与所述圆形钢圈的内侧壁接触,所述密封圈和所述圆形钢圈围成用于容纳所述防水材料的安装腔,所述防水材料安装于所述安装腔内,且所述防水材料的上表面高于所述钢圈的上环形面10-12mm;
优选地,所述密封安装组件还包括环形钢板,所述圆形钢圈的下环形面竖直焊接于所述环形钢板的外圈,所述密封圈设置于所述环形钢板上;
所述防水材料的侧面、所述防水材料与所述安装腔接触的下表面、与所述接触的下表面对应的上表面以及所述安装腔的内侧面均涂覆有防水涂料层;
优选地,所述防水涂料为聚氨酯防水涂料。
第二方面,本发明提供一种防水材料抗渗性能测试方法,其包括采用如前述实施方式任一项所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置对防水材料的抗渗性能进行检测。
在可选的实施方式中,将所述防水材料置于所述试验腔内,开启所述给水压力控制机构和所述给水温度控制机构向所述集水腔内通入预设温度和预设压力的水,开启所述环境温度控制机构对所述防水材料的环境温度进行加热,观测所述给水压力控制机构的压力变化曲线。
本发明实施例的有益效果包括,例如:
本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置和测试方法,通过环境温度控制机构实现对防水材料试件的环境温度进行加热或制冷,通过给水温度控制机构实现对进入集水腔内的水进行加热或制冷,通过给水压力控制机构实现对进入集水腔内的水进行加压,可以实现对防水材料所处环境的模拟,使得防水材料在特定的温度环境下进行,例如高水温环境、高岩温环境。其本质上是实现对水温和环境温度进行自主控制。本申请可以通过观察防水材料顶部是否出现渗水以及加压曲线是否大幅下降来判定防水材料的防水性能,记录此时给水压力控制机构的压力值,该压力值就是防水材料的极限抗水压力,可以用来评价防水材料在水热耦合条件下的防水性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的结构示意图;
图2为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的环境温度控制机构的结构示意图;
图3为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的固定机构的结构示意图;
图4为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的七孔盘的结构示意图;
图5为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的密封安装组件的结构示意图;
图6为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的密封安装组件的圆形钢圈的结构示意图;
图7为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的一种密封安装组件的截面图;
图8为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的密封安装组件的圆形钢圈和环形钢板组合的结构示意图;
图9为本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置的另一种密封安装组件的截面图。
图标:100-水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置;110-支座;111- 试验腔;112-容纳腔;113-集水腔;114-进水口;120-环境温度控制机构; 121-内壁;122-外壁;123-控温夹层;124-加热件;125-智能温控箱;126-温度传感器;127-保温隔热层;130-给水温度控制机构;140-给水压力控制机构;150-固定机构;151-空心圆盘;152-支撑杆;153-调节件;154-固定板; 155-螺纹孔;156-七孔盘;157-观测孔;
160-密封安装组件;161-圆形钢圈;162-密封圈;163-环形钢板;164-安装腔;165-防水涂料层;
200-防水材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例中的特征可以相互结合。
第一实施例
请参考图1,本实施例提供了一种水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置100,其包括支座110、环境温度控制机构120、给水温度控制机构 130和给水压力控制机构140。
支座110设置于环境温度控制机构120的下方用于实现对环境温度控制机构120进行支撑,环境温度控制机构120与支座110围成试验腔111,试验腔111包括用于容纳防水材料200的容纳腔112和对防水材料200施加水压的集水腔113,容纳腔112的下表面与集水腔113的上表面接触,支座110上设置有进水口114,进水口114与集水腔113连通,给水压力控制机构140与进水口114连通,给水温度控制机构130和给水压力控制机构 140连通。
本申请中,通过给水温度控制机构130对进入进水口114的水温进行调控,随后利用给水压力控制机构140对水压力进行调控,使得具有一定的温度和压力的水进入集水腔113并充满集水腔113,同时还可以利用环境温度控制机构120对整个试验腔111的环境进行加热用来模拟高温岩环境,此时置于容纳腔112内的防水材料200的下表面与集水腔113内水的上表面进行接触,本申请中,通过环境温度控制机构120、给水温度控制机构130 和给水压力控制机构140实现了防水材料200在高温环境和高压热水的条件下检测抗渗性能,满足高地温隧道中高岩温和高水温的耦合。本申请通过给水压力控制机构140检测水压的变化,当防水材料200未吸水时,水压基本呈一条直线或者在沿着上下轻微波动。当防水材料200开始渗透吸水时,水压瞬间降低,此时给水压力控制机构140向集水腔113内补充部分水以维持恒定的水压。本申请中,通过观察防水材料200顶部是否出现渗水来判定防水材料200的防水性能,记录此时给水压力控制机构140的压力值,该压力值就是防水材料200的极限抗水压力,可以用来评价防水材料200在高岩温和高水温耦合条件下的防水性能。
具体来说,本申请中,环境温度控制机构120用于实现检测环境的加热,从而模拟高岩温。实际工程中,山岭隧道径向的传热过程是围岩→喷射混凝土初衬→防水层→现浇混凝土二衬→隧道内环境。因此,防水层是岩石热量传递给初衬然后到其自身,这之间存在一个传热过程,而为了最大限度的模拟这个传热过程,应该先对防水材料200所处的集成系统升温,然后让集成系统加热防水材料200,在这个过程中防水材料200可能会受到热水压力的作用,所以更应该体现出这个过程。
请结合参阅图1和图2,本申请中,采用夹层集成系统的方法实现环境的升温,环境温度控制机构120包括内壁121、外壁122、控温夹层123和智能温控箱125,控温夹层123设置于内壁121和外壁122之间,内壁121 和外壁122均是由导热材料制成,外壁122的外侧还设置有保温隔热层127,保温隔热层127可以保证试件环境温度,同时隔绝温度外散造成试验安全问题。本申请中,控温夹层123内设置有加热件124;加热件124可以为加热线或加热板。加热件124设置有引线,引线从控温夹层123的底部孔洞引出,连接智能温控箱125,用于对加热件124的加热情况进行控制,另外,设置温度传感器126实现对控温夹层123温度的实时监测,温度传感器126 也从控温夹层123底部孔洞引出。
此外,如果仅仅在防水材料200的下方设置橡胶垫圈,由于防水材料 200(例如高聚物喷涂材料)较软,橡胶垫圈偏硬,无论是去表皮的还是未去表皮的喷涂材料在压力作用下橡胶垫圈直接镶嵌在防水材料200内部,橡胶垫圈与防水材料200接触部位无法完全密封,致使水沿橡胶垫圈与防水材料200接触缝隙中穿过,最终从镶嵌部位渗出。其根本原因是防水材料200偏软,橡胶垫圈过硬,橡胶垫圈密封作用难以体现。进而在开展防水材料200的不透水性能试验过程中,发现水直接从防水材料200的侧边渗漏,而非从防水材料200顶部渗出,这与试验目的相背离。
为此,请参阅图5、图6和图7,本申请提出了水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置100还设置有用于防止水从防水材料200的侧边渗漏的密封安装组件160,密封安装组件160包括圆形钢圈161和密封圈162,密封圈162的外圈与圆形钢圈161的内侧壁接触,密封圈162和圆形钢圈 161围成用于容纳防水材料200的安装腔164,防水材料200安装于安装腔 164内,且防水材料200的上表面高于圆形钢圈161的上环形面10-12mm;本申请中在防水材料200底部增设弹性体,以增大压力和防水材料200之间的接触面积,减小防水材料200所受的压力,以免密封圈162镶嵌进防水材料200中。
此外,本申请中密封圈162的设置可以保证圆形钢圈161和支座110 之间的防水效果,可以有效避免试验过程中水从两刚性体(圆形钢圈161和支座110)界面之间渗出。
优选地,请参阅图8和图9,密封安装组件还包括环形钢板163,圆形钢圈161的下环形面竖直焊接于环形钢板163的外圈,密封圈162设置于环形钢板163下方,与集水腔113顶部相贴合;本申请中采用圆形钢圈161 和环形钢板163连接形成截面为L的环形支撑件,可以实现对防水材料200 更好的支撑。本申请中的圆形钢圈161和环形钢板163通过焊接的方式进行连接,可以有效避免不锈钢的圆形钢圈161和环形钢板163之间由于防水材料200工艺差而产生渗漏的问题。
为了进一步提升防水的效果,本申请中,在防水材料200的侧面、防水材料200与安装腔164接触的下表面、与接触的下表面对应的上表面以及安装腔164的内侧面均涂覆有防水涂料层165;值得注意的是,这里一定是同时涂抹,本试验采用的防水涂料为聚氨酯防水涂料;将涂抹完防水涂料的防水材料200试件放置于安装腔164内,形成一整体。
给水压力控制机构140为变频增压泵或静液压试验机。变频增压泵或静液压试验机均可实现对水进行加压并维持水压在特定的范围内。其中,静液压试验机包括加压主机和加压泵两部分,加压主机即可实现检测水压的变化。变频增压泵,可以实现对高温热水的加压,其可以通过设置压力传感器来实现检测水压的变化。
给水温度控制机构130为常规的加热机构,其目的是为了实现对常温水进行加热。
进一步地,由于目前防水材料200包含混凝土、防水卷材、防水板、喷涂防水材料、丙烯酸盐喷膜防水材料,混凝土、高聚物注浆材料抗渗性能测试的尺寸要求是上底为170mm、下底为180mm、高度为150mm的圆台,防水卷材、硬泡聚氨酯材料的尺寸要求是150mm*3mm的圆柱,丙烯酸盐喷膜防水材料的尺寸要求为150mm*150mm方形试样,因此为了统一测试,选择按照防水卷材的底面尺寸作为试验系统的底面尺寸,高度可调节,因此,本申请的环境温度控制机构120与支座110围成的试验腔111为底面直径150mm高度为150mm圆柱形空腔,同时,本申请中在容纳腔112 内设置有用于将试件进行固定的固定机构150,固定机构150可以实现将不同高度的试件进行固定。
具体来说,请结合参阅图1、图3和图4,本申请中的固定机构150包括空心圆盘151、支撑杆152、调节件153、固定板154和七孔盘156,空心圆盘151用于压至防水材料200的上表面,支撑杆152为多根且均匀圆周分布于空心圆盘151内,多根支撑杆152交汇于空心圆盘151的轴线上,固定板154上开设有螺纹孔155,调节件153上设置有与螺纹孔155配合的外螺纹,调节件153穿过螺纹孔155且连接至多根支撑杆152的交汇处;支撑杆152为弧形结构。本申请中,通过调节件153与固定板154之间的转动实现对防水材料200进行固定,通过改变调节件153的旋转圈数可以实现将不同厚度的防水材料200进行固定,固定的位置可以调节。也即是同一水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置100可以实现多种尺寸的不同防水材料200进行固定和测量。
七孔盘156设置于空心圆盘151和防水材料200之间,七孔盘下底面与防水材料200上顶面接触,同时七孔盘156上设置有多个观测孔157,观测孔157的设置可以便于观测防水材料200上表面是否有水渗出,同时七孔盘156的设置还可以防止防水材料200在进水后鼓泡等情况的出现。
根据实际工程中传热规律可发现,七孔盘156可作为防水层的背水侧,温度传递的过程是岩石、水、初衬、防水层和二衬,试验中环境温度模拟工程中的岩温,热水模拟实际工程中的裂隙水,裂隙水直接作用在防水层上,先作用在迎水侧,然后随着时间的推移不断向背水侧传递热量,因此背水侧的温度是由常温或者是围岩传热的温度,基于此,本申请中七孔盘156设置为不锈钢板,无需设置为加热板。
本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置100通过设置了环境温度控制机构120、给水温度控制机构130和给水压力控制机构 140,可以实现模拟高岩温、高水温、高岩温和高水温耦合条件下隧道防水层材料抗渗性能测试方法,并能获得其对应的极限抗水压力;同时通过对环境温度控制机构120的加热温度进行控制,还可以实现模拟高地温隧道中防水层材料处于不同的高岩温条件,给水温度控制机构130的设置可以实现模拟流动热水或流动冷水对防水材料200冲击的条件,而给水压力控制机构140的设置使得水的压力得到良好的控制,并且可以根据水的压力曲线对防水材料200是否渗漏水进行定量化准确的判断。
第二实施例
本实施例提供一种防水材料200抗渗性能的测试方法,其包括采用第一实施例提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置100对防水材料200的抗渗性能进行检测,将防水材料200置于试验腔111内,开启给水压力控制机构140和给水温度控制机构130向集水腔113内通入预设温度和预设压力的水,开启环境温度控制机构120对防水材料200的环境温度进行加热,观测给水压力控制机构140的压力变化曲线。
具体来说,包括如下步骤:
(1)确定防水材料200种类,调节固定机构150的高度,达到指定高度;
(2)装入试件前,是否需要先打开给水机构排除管内空气影响。置于所述试验腔后,是否需要旋转所述调节件,通过所述支撑杆对所述空心盘施加压力,使得所述防水材料被压紧在集水腔顶部。
(3)放置防水材料200;
(4)确定防水材料200试样抗渗试验的水温和环境温度;
(5)开启给水温度控制机构130,对水加热至设定的温度;
(6)开启环境温度加热机构,对试件环境温度进行预热;
(7)对试件周围环境温度、控温给水装置进行试验前一小时预热;
(8)开启给水压力控制机构140,对输出的热水加压,使其流入集水腔113;
(9)通过观察时间表面渗水情况或给水压力控制机构140的压力曲线变化表征防水材料200的渗水情况,记录此时的水压力值;
(10)试验结束,关闭电源,清理试验台。
综上所述,本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置100和测试方法,通过环境温度控制机构120实现对防水材料200试件进行加热或制冷,通过给水温度控制机构130实现对进入集水腔113内的水进行加热或制冷,通过给水压力控制机构140实现对进入集水腔113内的水进行加压,可以实现对防水材料200所处环境的模拟,使得防水材料200在特定的温度环境下进行,例如高温环境、低温环境。其本质上是实现对水温和环境温度进行自主控制。本申请可以通过观察防水材料200顶部是否出现渗水来判定防水材料200的防水性能,记录此时给水压力控制机构140 的压力值,该压力值就是防水材料200的极限抗水压力,可以用来评价防水材料200在高岩温和高水温耦合条件下的抗渗性能。本申请提供的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置100通过固定机构150可以实现对所有防水材料200的加紧作用,可实现不更换试件模具的方式对防水卷材、混凝土、喷涂防水材料、注浆防水材料等各种防水材料200进行不透水测试。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,其特征在于,所述测试装置包括支座、环境温度控制机构、给水温度控制机构和给水压力控制机构,所述支座设置于所述环境温度控制机构的下方,所述环境温度控制机构与所述支座围成试验腔,所述试验腔包括用于容纳防水材料的容纳腔和对所述防水材料施加水压的集水腔,所述容纳腔的下表面与所述集水腔的上表面接触,所述支座上设置有进水口,所述进水口与所述集水腔连通,所述给水压力控制机构与所述进水口连通,所述给水温度控制机构和所述给水压力控制机构连通。
2.根据权利要求1所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,其特征在于,所述环境温度控制机构包括内壁、外壁和控温夹层,所述控温夹层设置于所述内壁和所述外壁之间,所述控温夹层内设置有加热件。
3.根据权利要求2所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,其特征在于,所述环境温度控制机构还设置有温度传感器,所述温度传感器与所述加热件连通。
4.根据权利要求2所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,其特征在于,所述内壁和所述外壁均是由导热材料制成,所述外壁的外侧还设置有保温隔热层。
5.根据权利要求2所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,其特征在于,所述加热件为加热线或加热板。
6.根据权利要求1所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,其特征在于,所述给水压力控制机构为变频增压泵或静液压试验机。
7.根据权利要求1所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,其特征在于,所述水热耦合作用下防水材料抗渗性能的测试装置还设置有用于防止水从所述防水材料的侧边渗漏的密封安装组件,所述密封安装组件包括圆形钢圈和密封圈,所述密封圈的外圈与所述圆形钢圈的内侧壁接触,所述密封圈和所述圆形钢圈围成用于容纳所述防水材料的安装腔,所述防水材料安装于所述安装腔内,且所述防水材料的上表面高于所述钢圈的上环形面10-12mm。
8.根据权利要求7所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置,其特征在于,所述密封安装组件还包括环形钢板,所述圆形钢圈的下环形面竖直焊接于所述环形钢板的外圈,所述密封圈设置于所述环形钢板上;所述防水材料的侧面、所述防水材料与所述安装腔接触的下表面、与所述接触的下表面对应的上表面以及所述安装腔的内侧面均涂覆有防水涂料层;
优选地,所述防水涂料为聚氨酯防水涂料。
9.一种防水材料抗渗性能测试方法,其特征在于,其包括采用如权利要求1-8任一项所述的水热耦合作用下防水材料抗渗性能测试装置对防水材料的抗渗性能进行检测。
10.根据权利要求9所述的防水材料抗渗性能测试方法,其特征在于,将所述防水材料置于所述试验腔内,开启所述给水压力控制机构和所述给水温度控制机构向所述集水腔内通入预设温度和预设压力的水,开启所述环境温度控制机构对所述防水材料的环境温度进行加热,观测所述给水压力控制机构的压力变化曲线。
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