CN116359481A - 微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法，涉及微生物混凝土裂缝修复领域，包括试验水槽、试件控制与自修复观测系统、注水排水系统、水流速度控制系统、含沙量控制系统和水温控制系统，所述试验水槽设置为环形，所述试件控制与自修复观测系统、所述注水排水系统、所述水流速度控制系统、所述含沙量控制系统和所述水温控制系统分别和所述试验水槽连接，所述试件控制与自修复观测系统设置于所述试验水槽的直形槽体部位的内部。本发明能够构建微生物混凝土裂缝自修复过程中所需水沙耦合环境，实现环境中水流速度、含沙量和水温的自动控制，能够调节混凝土开裂面与水流方向的夹角，观测裂缝自修复效果更加方便。
Description
技术领域
本发明涉及微生物混凝土裂缝修复领域，尤其涉及微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法。
背景技术
微生物自修复混凝土是一种新型智能混凝土材料，它是将包含细菌芽孢在内的微生物自修复剂预埋于混凝土内部而制成。当混凝土未开裂时，细菌芽孢在混凝土内部处于休眠状态。当混凝土开裂后，外部的水和氧气进入裂缝，激活裂缝周围的细菌芽孢，并利用MICP(Microbial Induced Carbonate Precipitate)的原理在裂缝中诱导产生CaCO3晶体，填充裂缝，实现裂缝的自修复。
研究成果表明，微生物自修复混凝土的裂缝修复过程必须要有自由水的参与，所以实验室中一般采用水下养护法进行微生物混凝土裂缝自修复试验。当水中有沙土存在时，悬浮的粉质沙土颗粒能够进入微生物自修复混凝土的裂缝，作为填充料的同时可以被裂缝中发生的MICP反应胶结，从而提高微生物自修复混凝土的修复效果。所以，微生物自修复混凝土在水沙环境中有更大的应用前景。但是，目前关于微生物自修复混凝土的试验装置主要关注于裂缝宽度的控制，还没有一种合适的试验装置和试验方法来检测微生物混凝土在水沙耦合环境中的裂缝自修复特性，无法对不同流速和不同含沙量条件下的裂缝自修复过程进行研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法，构建微生物混凝土裂缝自修复过程中所需的水沙耦合环境，解决水沙耦合环境中水流速度、含沙量和水温的自动控制的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，包括试验水槽、试件控制与自修复观测系统、注水排水系统、水流速度控制系统、含沙量控制系统和水温控制系统，所述试验水槽设置为环形，所述试件控制与自修复观测系统、所述注水排水系统、所述水流速度控制系统、所述含沙量控制系统和所述水温控制系统分别和所述试验水槽连接，所述试件控制与自修复观测系统设置于所述试验水槽的直形槽体部位。
优选的，所述试验水槽包括连接为一体的顶板、底板和侧板，所述试验水槽的两侧套装有角钢支架，所述角钢支架通过螺栓固定在地面上，所述侧板上设置有刻度尺，所述试验水槽采用透明有机玻璃材料制成。
优选的，所述试件控制与自修复观测系统包括试件夹具装置和试件观测装置，所述试件夹具装置包括底座、伸缩杆和试件转动系统，所述底座固定在所述底板上，所述底座的顶部连接有伸缩杆，所述伸缩杆的顶部连接有试件转动系统，所述试件转动系统包括支架、滑轨和试件夹具，所述试件夹具的背部通过转动铰连接在所述支架的顶部，所述滑轨设置为弧形，所述滑轨的一端固定在所述试件夹具背部的端部，所述滑轨的内部滑动连接有定位钉，所述滑轨的另一端通过定位钉连接在所述支架的侧方；
所述试件观测装置包括观测镜头、活动连杆和外部计算机设备,所述活动连杆的端部连接有观测镜头，所述活动连杆和所述观测镜头伸入所述试验水槽的内部，所述活动连杆通过导线和所述外部计算机设备电连接，所述顶板上开设有试件出入口。
优选的，所述试件夹具夹持有微生物自修复混凝土试件，且所述微生物自修复混凝土试件的开裂面朝外。
优选的，所述注水排水系统包括水泵和水槽出口，所述水泵的进水端与外部水源相连，所述水泵的出水端从所述试验水槽的顶板连通到内部，所述水槽出口设置在所述试验水槽的底端，且所述水槽出口上设置有阀门。
优选的，所述水流速度控制系统包括有流速控制器、流速计、水流推动器和稳流器，所述流速计、所述水流推动器和所述稳流器分别设置在所述试验水槽的内部，且所述流速计设置在所述微生物自修复混凝土试件的正前方，所述稳流器设置于所述流速计的前方，所述流速控制器设置在所述试验水槽的外部，所述流速计、水流推动器分别和所述流速控制器电连接。
优选的，所述水流推动器设置为螺旋桨，所述稳流器为多管道紧密结构。
优选的，所述含沙量控制系统包括加沙装置和立式搅拌器，所述加沙装置包括加沙漏斗、卧式搅拌器，所述加沙漏斗的底部穿过所述顶板伸入所述试验水槽的内部，所述卧式搅拌器安装在所述底板上，所述立式搅拌器伸入所述试验水槽的内部且所述立式搅拌器的顶部安装在所述顶板上；
所述立式搅拌器包括电动机械臂和塑料扫帚，所述电动机械臂的顶端连接有电源，所述电动机械臂的底端连接塑料扫帚。
优选的，所述水温控制系统包括水温控制器、水温计和加热器，所述水温计和所述加热器分别安装在所述顶板上，且所述水温计的底部和所述加热器的底部分别伸入所述试验水槽的液体中，所述水温控制器安装在所述试验水槽的外部，所述水温计、所述加热器分别和水温控制器电连接。
利用如上所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置的实验方法：
S1：试件布置，将预制裂缝的微生物自修复混凝土试件从所述试件出入口放置于所述试件夹具中，然后松动定位钉，使微生物自修复混凝土试件和滑轨围绕转动铰旋转，最终使试件开裂面达到试验条件要求的角度，之后旋紧定位钉，使微生物自修复混凝土试件固定不动，调整伸缩杆，使试件达到一个合适的高度；
S2：注水，关闭水槽出口的阀门，打开水泵向试验水槽中注水，通过侧板上的刻度尺读取注水体积，当注水体积达到设定水量V时，关闭水泵，注水停止；
S3：设置流速，根据试验条件要求，设置流速控制器的水流速度为Q，此时流速控制器开始控制水流推动器工作，试验水槽中的水开始流动，流速计实时监测水流速度，并将数据传送给流速控制器，当水流速度达到设计流速Q时，流速控制器控制水流推动器的转速，使水槽中水流保持在恒定流速Q；
S4：加沙，根据试验条件中对含沙密度η的要求，采用公式一计算需要加入水槽的沙土质量m，通过加沙漏斗向水槽中加入质量为m的沙土，同时打开卧式搅拌器和立式搅拌器，使沙土在水中充分分散，并预防沉积，计算公式如下：
m＝η·V，
式中，m为沙土质量，η为沙土密度，V为沙土体积；
S5：设置水温，根据试验条件中对水温的要求，设置水温控制器的温度为T，此时水温计将试验水槽中的水温传输给水温控制器，若测量水温低于设计的水温T，水温控制器会控制加热器工作，使水温上升，当水温达到设计水温T后，水温控制器会控制加热器停止工作，在试验过程中，水温会被实时监控，以使水温保持在设计水温T；
S6：开展试验，当所有试验条件均达到设计要求后，开始微生物混凝土的裂缝自修复试验，每天通过外部计算机设备控制活动连杆，采用观测镜头观察裂缝的自修复状态，利用观测镜头得到的裂缝图像，测量裂缝在试验过程中的宽度变化，计算裂缝的自修复率，计算公式如下：
式中，w为裂缝自修复率，Di为初始裂缝宽度，Df为修复后裂缝宽度。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法，能够构建微生物混凝土裂缝自修复过程中所需的水沙耦合环境，且实现环境中水流速度、含沙量和水温的自动控制；同时，在开展微生物混凝土的裂缝自修复试验时，能够调节混凝土开裂面与水流方向的夹角，观测裂缝的自修复效果更加方便。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置平面示意图；
图2为本发明试件控制与自修复观测系统示意图；
图3为本发明注水排水系统示意图；
图4为本发明稳流器结构示意图；
图5为本发明含沙量控制系统示意图；
图6为本发明水温控制系统示意图；
图7为本发明裂缝修复前图像；
图8为本发明裂缝28天修复后图像。
附图标记说明：1、试验水槽；1-1、顶板；1-2、底板；1-3、侧板；1-4、刻度尺；1-5、角钢支架；1-6、螺栓；2、试件控制与自修复观测系统；2-1、微生物自修复混凝土试件；2-2、底座；2-3、伸缩杆；2-4、滑轨；2-5、定位钉；2-6、转动铰；2-7、试件夹具；2-8、观测镜头；2-9、活动连杆；2-10、外部计算机设备；2-11、导线；2-12、试件出入口；3、水泵；4、水槽出口；5、流速控制器；6、流速计；7、水流推动器；8、稳流器；9、加沙装置；9-1、加沙漏斗；9-2、卧式搅拌器；10、立式搅拌器；10-1、电动机械臂；10-2、塑料扫帚；11、水温控制器；12、水温计；13、加热器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-8所示，一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，包括试验水槽1、试件控制与自修复观测系统2、注水排水系统、水流速度控制系统、含沙量控制系统和水温控制系统，所述试验水槽1设置为环形，所述试件控制与自修复观测系统2、所述注水排水系统、所述水流速度控制系统、所述含沙量控制系统和所述水温控制系统分别和所述试验水槽1连接，所述试件控制与自修复观测系统2设置于所述试验水槽1的直形槽体部位，使开展试验时试件处于稳定的水流状态中。
如图3所示，所述试验水槽1包括连接为一体的顶板1-1、底板1-2和侧板1-3，所述试验水槽1的两侧套装有角钢支架1-5，所述角钢支架1-5通过螺栓1-6固定在地面上，保证水槽在试验过程中的稳定性，所述侧板1-3上设置有刻度尺1-4，可以读出水槽中水的体积，所述试验水槽1采用透明有机玻璃材料制成，方便观察水槽中的试验过程。
如图2所示，所述试件控制与自修复观测系统2包括试件夹具装置和试件观测装置，所述试件夹具装置包括底座2-2、伸缩杆2-3和试件转动系统，所述底座2-2固定在所述底板1-2上，所述底座2-2的顶部连接有伸缩杆2-3，所述伸缩杆2-3的顶部连接有试件转动系统，所述试件转动系统包括支架、滑轨2-4和试件夹具2-7，所述试件夹具2-7的背部通过转动铰2-6连接在所述支架的顶部，所述滑轨2-4设置为弧形，所述滑轨2-4的一端固定在所述试件夹具2-7背部的端部，所述滑轨2-4的内部滑动连接有定位钉2-5，所述滑轨2-4的另一端通过定位钉2-5连接在所述支架的侧方；定位钉2-5旋松时，滑轨2-4沿定位钉2-5定位调节位置，从而实现开裂面与水流方向之间的夹角在0°～90°之间变化。
所述试件观测装置包括观测镜头2-8、活动连杆2-9和外部计算机设备2-10,所述活动连杆2-9的端部连接有观测镜头2-8，所述活动连杆2-9和所述观测镜头2-8伸入所述试验水槽1的内部，所述活动连杆2-9通过导线2-11和所述外部计算机设备2-10电连接，所述顶板1-1上开设有试件出入口2-12，具体的，通过计算机设备可以控制活动连杆2-9的转动，进而将观测镜头2-8移动至裂缝处进行观测。观测镜头2-8上设置有刻度尺，可以测量观测裂缝宽度。
所述试件夹具2-7夹持有微生物自修复混凝土试件2-1，且所述微生物自修复混凝土试件2-1的开裂面朝外，与水槽中的水沙耦合环境充分接触。
如图3所示，所述注水排水系统包括水泵3和水槽出口4，所述水泵3的进水端与外部水源相连，所述水泵3的出水端从所述试验水槽1的顶板1-1连通到内部，所述水槽出口4设置在所述试验水槽1的底端，且所述水槽出口4上设置有阀门。
如图1所示，所述水流速度控制系统包括有流速控制器5、流速计6、水流推动器7和稳流器8，所述流速计6、所述水流推动器7和所述稳流器8分别设置在所述试验水槽1的内部，且所述流速计6设置在所述微生物自修复混凝土试件2-1的正前方，所述稳流器8设置于所述流速计6的前方，所述流速控制器5设置在所述试验水槽1的外部，所述流速计6、水流推动器7分别和所述流速控制器5电连接。
所述水流推动器7设置为螺旋桨，可以通过转速快慢调节试验水槽中水流速度的大小，如图4所示，所述稳流器8为多管道紧密结构，用于使流经混凝土试件的水流尽可能达到稳流状态。
如图5所示，所述含沙量控制系统包括加沙装置9和立式搅拌器10，所述加沙装置包括加沙漏斗9-1、卧式搅拌器9-2，所述加沙漏斗9-1的底部穿过所述顶板1-1伸入所述试验水槽1的内部，所述卧式搅拌器9-2安装在所述底板1-2上，所述立式搅拌器10伸入所述试验水槽1的内部且所述立式搅拌器10的顶部安装在所述顶板1-1上；加沙漏斗9-1用于向水槽中加入沙子，卧式搅拌器9-2用来搅拌加入水槽中的沙子，使其能够充分分散于水中。
所述立式搅拌器10包括电动机械臂10-1和塑料扫帚10-2，所述电动机械臂10-1的顶端连接有电源，所述电动机械臂10-1的底端连接塑料扫帚10-2。电动机械臂10-1能够利用外部电源搅动，塑料小扫帚10-2能够随着电动机械臂搅动，并能扫起沉积于水槽底板1-2上的沙土。具体的，立式搅拌器10可以在试验水槽中多点布置，以达到较好的防沉淀效果。其中，一个具体的实施例中，立式搅拌器10设置有四组，均匀安装在试验水槽1的弧形槽体部位的内部。
如图6所示，所述水温控制系统包括水温控制器11、水温计12和加热器13，所述水温计12和所述加热器13分别安装在所述顶板1-1上，且所述水温计12的底部和所述加热器13的底部分别伸入所述试验水槽1的液体中，所述水温控制器11安装在所述试验水槽1的外部，所述水温计12、所述加热器13分别和水温控制器11电连接。具体的，水温计12设置于微生物自修复混凝土试件2-1附近，用来测量水槽中的水温，并将数据传输给水温控制器11，当水温低于设定值时，水温控制器11控制加热器13工作来提高水温，当水温达到设定值时，水温控制器11控制加热器13停止工作，可以根据水槽尺寸，设置多个加热器13。
利用如上所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置的实验方法：
S1：试件布置，将预制裂缝的微生物自修复混凝土试件2-1从所述试件出入口2-12放置于所述试件夹具2-7中，然后松动定位钉2-5，使微生物自修复混凝土试件2-1和滑轨2-4围绕转动铰2-6旋转，最终使试件开裂面达到试验条件要求的角度，之后旋紧定位钉2-5，使微生物自修复混凝土试件2-1固定不动，调整伸缩杆2-3，使试件达到一个合适的高度；
S2：注水，关闭水槽出口4的阀门，打开水泵3向试验水槽1中注水，通过侧板1-3上的刻度尺1-4读取注水体积，当注水体积达到设定水量V时，关闭水泵3，注水停止；
S3：设置流速，根据试验条件要求，设置流速控制器5的水流速度为Q，此时流速控制器5开始控制水流推动器7工作，试验水槽1中的水开始流动，流速计6实时监测水流速度，并将数据传送给流速控制器5，当水流速度达到设计流速Q时，流速控制器5控制水流推动器7的转速，使水槽中水流保持在恒定流速Q；
S4：加沙，根据试验条件中对含沙密度η的要求，采用公式(一)计算需要加入水槽的沙土质量m，通过加沙漏斗9-1向水槽中加入质量为m的沙土，同时打开卧式搅拌器9-2和立式搅拌器10，使沙土在水中充分分散，并预防沉积，计算公式如公式一所示：
m＝η·V(一)，
式中，m为沙土质量，η为沙土密度，V为沙土体积；
S5：设置水温，根据试验条件中对水温的要求，设置水温控制器11的温度为T，此时水温计12将试验水槽中的水温传输给水温控制器11，若测量水温低于设计的水温T，水温控制器11会控制加热器13工作，使水温上升，当水温达到设计水温T后，水温控制器11会控制加热器13停止工作，在试验过程中，水温会被实时监控，以使水温保持在设计水温T；
S6：开展试验，当所有试验条件均达到设计要求后，开始微生物混凝土的裂缝自修复试验，每天通过外部计算机设备2-10控制活动连杆2-9，采用观测镜头2-8观察裂缝的自修复状态，利用观测镜头2-8得到的裂缝图像，测量裂缝在试验过程中的宽度变化，计算裂缝的自修复率，计算公式如公式二所示：
式中，w为裂缝自修复率，Di为初始裂缝宽度，Df为修复后裂缝宽度。
其中一个实施例为，试验设计：微生物自修复混凝土试件尺寸为40mm×40mm×160mm，混凝土试件开裂面与水流方向成30°角，水流速度控制为1m/s，水中含沙量控制为1kg/m3，水温控制为30℃，试验天数28天。
该试验具体实施方式如下：
(1)将预制裂缝的微生物自修复混凝土2-1试件从出口2-12置于试件夹具2-7中，松动定位钉2-5，使试件2-1与滑轨2-4围绕转动铰2-6旋转，最终使试件开裂面与水流方向成30°角。旋紧定位钉2-5，使试件2-1固定不动。调整伸缩杆2-3，使试件2-1的高度低于最终的水面高度。
(2)关闭试验水槽出口4的阀门，打开水泵3向水槽中注水，直至水面没过试件。通过水槽侧板1-3上的刻度尺1-4读取注水总体积为0.5m3，关闭水泵。
(3)设置流速计6的水流速度为1m/s，此时流速控制器5开始控制水流推动器7工作，试验水槽中的水开始流动。流速计6会实时检测水流速度，并将数据传送给水流控制器5。经过水流控制器5的调节，最终水槽中的水流速度保持为1m/s。
(4)根据试验条件要求，水中含沙量控制为1kg/m3。采用公式(一)计算，需要加入水槽的沙土质量为0.5kg。将0.5kg的试验用沙缓慢通过加沙漏斗9-1加入水槽中，加入前打开卧式搅拌器9-2和立式搅拌器10，使沙土在水中充分分散，并预防沉积。
(5)设置水位控制器11的温度为30℃，此时水温计12将试验水槽中的水温传输给水温控制器11，若测量水温低于设计水温30℃，水温控制器11会控制加热器13工作，使水温上升。当水温达到设计水温30℃后，水温控制器11会控制加热器13停止工作。在试验过程中，水温会被实时监控，按照上述方式动态调节，以使水温保持在设计水温30℃。
(6)当所有试验条件均达到设计要求后，开始微生物混凝土的裂缝自修复试验。每天通过外部计算机设备2-10控制活动连杆2-9，采用观测镜头2-8观察裂缝的自修复状态。利用观测镜头2-8得到的裂缝图像，如图7所示。测量裂缝在试验过程中的宽度变化，计算裂缝的自修复率，计算公式如公式(二)所示。从图7-8可以看到，修复前裂缝宽度为0.76mm，经过28天的自修复过程，修复后裂缝的宽度为0。经计算，裂缝的自修复率可达到100％。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：包括试验水槽(1)、试件控制与自修复观测系统(2)、注水排水系统、水流速度控制系统、含沙量控制系统和水温控制系统，所述试验水槽(1)设置为环形，所述试件控制与自修复观测系统(2)、所述注水排水系统、所述水流速度控制系统、所述含沙量控制系统和所述水温控制系统分别和所述试验水槽(1)连接，所述试件控制与自修复观测系统(2)设置于所述试验水槽(1)的直形槽体部位的内部。
2.根据权利要求1所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述试验水槽(1)包括连接为一体的顶板(1-1)、底板(1-2)和侧板(1-3)，所述试验水槽(1)的两侧套装有角钢支架(1-5)，所述角钢支架(1-5)通过螺栓(1-6)固定在地面上，所述侧板(1-3)上设置有刻度尺(1-4)，所述试验水槽(1)采用透明有机玻璃材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述试件控制与自修复观测系统(2)包括试件夹具装置和试件观测装置，所述试件夹具装置包括底座(2-2)、伸缩杆(2-3)和试件转动系统，所述底座(2-2)固定在所述底板(1-2)上，所述底座(2-2)的顶部连接有伸缩杆(2-3)，所述伸缩杆(2-3)的顶部连接有试件转动系统，所述试件转动系统包括支架、滑轨(2-4)和试件夹具(2-7)，所述试件夹具(2-7)的背部通过转动铰(2-6)连接在所述支架的顶部，所述滑轨(2-4)设置为弧形，所述滑轨(2-4)的一端固定在所述试件夹具(2-7)背部的端部，所述滑轨(2-4)的内部滑动连接有定位钉(2-5)，所述滑轨(2-4)的另一端通过定位钉(2-5)连接在所述支架的侧方；
所述试件观测装置包括观测镜头(2-8)、活动连杆(2-9)和外部计算机设备(2-10),所述活动连杆(2-9)的端部连接有观测镜头(2-8)，所述活动连杆(2-9)和所述观测镜头(2-8)伸入所述试验水槽(1)的内部，所述活动连杆(2-9)通过导线(2-11)和所述外部计算机设备(2-10)电连接，所述顶板(1-1)上开设有试件出入口(2-12)。
4.根据权利要求3所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述试件夹具(2-7)夹持有微生物自修复混凝土试件(2-1)，且所述微生物自修复混凝土试件(2-1)的开裂面朝外。
5.根据权利要求2所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述注水排水系统包括水泵(3)和水槽出口(4)，所述水泵(3)的进水端与外部水源相连，所述水泵(3)的出水端从所述试验水槽(1)的顶板(1-1)连通到内部，所述水槽出口(4)设置在所述试验水槽(1)的底端，且所述水槽出口(4)上设置有阀门。
6.根据权利要求4所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述水流速度控制系统包括有流速控制器(5)、流速计(6)、水流推动器(7)和稳流器(8)，所述流速计(6)、所述水流推动器(7)和所述稳流器(8)分别设置在所述试验水槽(1)的内部，且所述流速计(6)设置在所述微生物自修复混凝土试件(2-1)的正前方，所述稳流器(8)设置于所述流速计(6)的前方，所述流速控制器(5)设置在所述试验水槽(1)的外部，所述流速计(6)、水流推动器(7)分别和所述流速控制器(5)电连接。
7.根据权利要求6所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述水流推动器(7)设置为螺旋桨，所述稳流器(8)为多管道紧密结构。
8.根据权利要求2所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述含沙量控制系统包括加沙装置(9)和立式搅拌器(10)，所述加沙装置包括加沙漏斗(9-1)、卧式搅拌器(9-2)，所述加沙漏斗(9-1)的底部穿过所述顶板(1-1)伸入所述试验水槽(1)的内部，所述卧式搅拌器(9-2)安装在所述底板(1-2)上，所述立式搅拌器(10)伸入所述试验水槽(1)的内部且所述立式搅拌器(10)的顶部安装在所述顶板(1-1)上；
所述立式搅拌器(10)包括电动机械臂(10-1)和塑料扫帚(10-2)，所述电动机械臂(10-1)的顶端连接有电源，所述电动机械臂(10-1)的底端连接塑料扫帚(10-2)。
9.根据权利要求2所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述水温控制系统包括水温控制器(11)、水温计(12)和加热器(13)，所述水温计(12)和所述加热器(13)分别安装在所述顶板(1-1)上，且所述水温计(12)的底部和所述加热器(13)的底部分别伸入所述试验水槽(1)的液体中，所述水温控制器(11)安装在所述试验水槽(1)的外部，所述水温计(12)、所述加热器(13)分别和水温控制器(11)电连接。
10.利用权利要求1-9任一项所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置的实验方法，其特征在于：
S1：试件布置，将预制裂缝的微生物自修复混凝土试件(2-1)从试件出入口(2-12)放置于试件夹具(2-7)中，然后松动定位钉(2-5)，使微生物自修复混凝土试件(2-1)和滑轨(2-4)围绕转动铰(2-6)旋转，最终使试件开裂面达到试验条件要求的角度，之后旋紧定位钉(2-5)，使微生物自修复混凝土试件(2-1)固定不动，调整伸缩杆(2-3)，使试件达到一个合适的高度；
S2：注水，关闭水槽出口(4)的阀门，打开水泵(3)向试验水槽(1)中注水，通过侧板(1-3)上的刻度尺(1-4)读取注水体积，当注水体积达到设定水量V时，关闭水泵(3)，注水停止；
S3：设置流速，根据试验条件要求，设置流速控制器(5)的水流速度为Q，此时流速控制器(5)开始控制水流推动器(7)工作，试验水槽(1)中的水开始流动，流速计(6)实时监测水流速度，并将数据传送给流速控制器(5)，当水流速度达到设计流速Q时，流速控制器(5)控制水流推动器(7)的转速，使水槽中水流保持在恒定流速Q；
S4：加沙，根据试验条件中对含沙密度η的要求，采用公式(一)计算需要加入水槽的沙土质量m，通过加沙漏斗(9-1)向水槽中加入质量为m的沙土，同时打开卧式搅拌器(9-2)和立式搅拌器(10)，使沙土在水中充分分散，并预防沉积，计算公式如公式一所示：
m＝η·V(一)，
式中，m为沙土质量，η为沙土密度，V为沙土体积；
S5：设置水温，根据试验条件中对水温的要求，设置水温控制器(11)的温度为T，此时水温计(12)将试验水槽中的水温传输给水温控制器(11)，若测量水温低于设计的水温T，水温控制器(11)会控制加热器(13)工作，使水温上升，当水温达到设计水温T后，水温控制器(11)会控制加热器(13)停止工作，在试验过程中，水温会被实时监控，以使水温保持在设计水温T；
S6：开展试验，当所有试验条件均达到设计要求后，开始微生物混凝土的裂缝自修复试验，每天通过外部计算机设备(2-10)控制活动连杆(2-9)，采用观测镜头(2-8)观察裂缝的自修复状态，利用观测镜头(2-8)得到的裂缝图像，测量裂缝在试验过程中的宽度变化，计算裂缝的自修复率，计算公式如公式二所示：
式中，w为裂缝自修复率，Di为初始裂缝宽度，Df为修复后裂缝宽度。
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| CN (1) | CN116359481A (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116930468A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-10-24 | 西南石油大学 | 一种开裂混凝土试件生物矿化修复检测一体化装置 |
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2023
- 2023-05-10 CN CN202310518252.2A patent/CN116359481A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN116930468A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-10-24 | 西南石油大学 | 一种开裂混凝土试件生物矿化修复检测一体化装置 |
| CN116930468B (zh) * | 2023-08-28 | 2024-01-19 | 西南石油大学 | 一种开裂混凝土试件生物矿化修复检测一体化装置 |
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