CN116879044A - 一种可实现交变压力试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可实现交变压力试验装置和方法，该装置包括控制系统和施压检测系统；控制系统按照预设的加压模式通过控制位移大小来改变压力大小，通过施压检测系统将不同大小的压力形成压力波，并将压力波传递到被施加对象上，从而达到对被施压对象形成预设的交变压力测过程。本装置解决了现目前对水泥基材试样(例如：混凝土)施加水压力的试验控制装置无法让试件承受周期性交变水压力作用的问题。利用气压控制水压实时变化的压力装置可同时让不同的水泥基试样受到大小随时间周期性交替变化的水压力，改变了常规恒定水压力装置的检测方式，解决了水泥基试样无法受周期性交变水压作用的问题，为之后的相关科学研究打下基础、提供便利。

Description

一种可实现交变压力试验装置及方法

技术领域

本发明涉及混凝土检测技术领域，特别是一种可实现交变压力试验装置及方法。

背景技术

目前，最常见的对水泥基材试样(例如：混凝土)施加水压力的控制装置为抗渗仪，抗渗仪是利用密封容器内压力处处相等的原理(水位差忽略不计)，用水泵对整个系统输压，并通过电接点压力表或压力控制器加压来实现液体由下向上渗透压向装在模具中的试件。

然而，在持续一段时间内，抗渗仪只能产生大小相同的水压力，即抗渗仪只能对试件施加固定的水压力，具有明显的局限性。若要达到持续时间内试件受到大小逐渐变化的水压力这一目的，至今还未有相关技术或设备能够实现。

因此，十分有必要在已有研究基础上进行创新，打破传统压力装置(如：抗渗仪)只能对水泥基材试样施加恒定水压力的局限性，研发出对水泥基材试样施加交变水压力的装置，为今后相关的科研试验打下基础。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可实现交变压力试验装置，该装置利用压缩空气传递压强的方法，使得通过控制位移大小来改变待检测对象受力面上压力大小从而实现不同对象承受不同压力的检测模式。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的可实现交变压力试验装置，包括控制系统和施压检测系统；所述控制系统按照预设的加压模式通过控制位移大小来改变压力大小，所述压力通过施压检测系统传递到被施压对象上方的液体层，所述液体层将压力传递到被施压对象上，从而达到对被施压对象形成预设的交变压力的试验过程。

进一步，所述预设的加压模式按照预设的压力波形式进行，所述压力波设置为不同施压对象需要施加压力大小值，将所述压力波输入到控制系统中，所述控制系统按照预设的压力波控制施压检测系统。

进一步，所述施压检测系统采用水压系统，所述水压系统包括刚性圆筒、活塞和受力杆件；

所述刚性圆筒中设置活塞，所述活塞与受力杆件连接；所述受力杆件与控制系统连接；

所述控制系统用于控制受力杆件的运动状态；

所述活塞下方为空气柱，所述空气柱下方设置有液体，所述液体下方为待加压的试验试件，所述控制系统按照预设的加压模式对受力杆件施加预设的压力波；所述压力波通过活塞的位移对空气施加作用力，所述作用力通过液体对待加压的试验试件产生压力。

进一步，所述控制系统是按照预设的压力文件波来实现对施压检测系统的控制，控制系统按照文件波下达加压指令给施压检测系统，产生实时交替改变的压力，从而实现在试验试件表面施加周期性交变压力的功能。

进一步，还包括传感器，所述传感器用于监测作用于水压系统的压力，所述传感器设置于受力杆件上，获取受力杆件受到的力信号，并将力信号反馈到控制系统，所述控制系统根据力信号调整产生对受力杆件的作用力；通过传感器实现自动控制。

进一步，所述施压检测系统包括若干水压系统、横向受力杆件和竖向受力杆件，每个水压系统的设置有竖向受力杆件，所述竖向受力杆件与横向受力杆件连接，所述横向受力杆件与控制系统连接。

进一步，所述刚性圆筒内的活塞初始高度根据预设需要施加压力大小进行设置，所述压力大小满足以下公式：

其中，f表示待测对象受压面承受的压力，P′表示活塞运动后钢筒内末态气体压强，p表示钢筒内初始气体压强，所述初始气体压强一般为大气压,S表示活塞面积，h表示钢筒内气体初始高度，x表示活塞下降高度，n表示气体物质的量，T表示气体温度，V表示钢筒内气体体积。

进一步，所述施压检测系统采用弹性加压系统，所述弹性加压系统包括刚性圆筒、活塞、弹性体、液体层；所述液体层设置于活塞和待施压对象之间，所述活塞上方设置弹性体，所述弹性体上按照弹性体的弹性系数和弹性体长度产生弹力作用，所述弹力通过液体层传递到待施压对象上。

本发明提供的了一种利用上述可实现交变压力试验装置来进行的试验方法，包括以下步骤：

S1：构建交变压力试验装置和试验试件，具体可以根据试验工况所需，按照刚性圆筒的几何尺寸制备与之匹配的足量试验试件；

S2：将试验试件外侧包裹一层防水胶套并将之安置固定于刚性圆筒底部；所述试验试件为试验试件；

S3：在所述试验试件上方灌入足量高度的NaCl溶液，根据预设文件波按照以下公式计算得到在不同预设压力fi(i＝1,2,3……)情况下，钢筒内部的气体初始高度hi(i＝1,2,3……)；

S4：根据得到的气体初始高度hi设置交变压力试验装置，在控制系统的控制作用下对试验试件施加相应的压力测试试验；

进一步，还包括以下步骤：

S5：待试验试件经历不同试验工况下不同周期的交变水压力作用后，将试验试件取出，沿着氯离子浸透表面向下逐层磨粉取样，并进一步用电化学方法或滴定法实测混凝土粉末样品中的氯离子浓度结果，获得试验试件在交变水压力作用下的氯离子浓度分布规律。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种可实现交变压力试验装置及方法，该装置包括控制系统和施压检测系统；控制系统按照预设的加压模式通过控制位移大小来改变压力大小，通过施压检测系统将不同大小的压力形成压力波，并将压力波传递到被施加对象上，从而达到对被施压对象形成预设的交变压力测过程。本装置解决了现目前对水泥基材试样(例如：混凝土)施加水压力的试验控制装置无法让试件承受周期性交变水压力作用的问题。利用气压控制水压实时变化的压力装置可同时让不同的水泥基试样受到大小随时间周期性交替变化的水压力，改变了常规恒定水压力装置的检测方式，解决了水泥基试样无法受周期性交变水压作用的问题，为之后的相关科学研究打下基础、提供便利。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1是单个刚性圆筒内水泥基材试样受力示意图；

图2是利用气压控制水压交替变化的加压装置原理图；

图3是加压装置的简易三维示意图。

图中，1-横向受力杆件，2-竖向支撑杆件，3-内部活塞(不透气、不绝热)，4-刚性圆筒(防腐)，5-透气气孔和堵气阀，6-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种可实现交变压力试验装置，包括控制系统和施压检测系统；所述控制系统按照预设的加压模式通过控制位移大小来改变压力大小，通过施压检测系统将不同大小的压力形成压力波，并将压力波传递到被施加对象上，从而达到对被施压对象形成预设的交变压力测过程。

本实施例中的所述施压检测系统采用水压系统，所述水压系统包括刚性圆筒、活塞、受力杆件；

所述刚性圆筒中设置活塞，所述活塞与受力杆件连接；所述受力杆件与控制系统连接；

所述控制系统用于控制受力杆件的运动状态；

所述活塞下方为空气柱，所述空气柱下方设置有液体，所述液体下方为待加压的混凝土，所述控制系统按照预设的加压模式对受力杆件施加预设的压力波；所述压力波通过活塞的位移对空气施加作用力，所述作用力通过液体对待加压的混凝土产生压力。

本实施例提供的水压系统在控制系统的作用下，通过圆筒活塞移动不同的位移，对圆筒内空气产生不同的压缩，圆筒内空气的压强改变，增加的压强通过流体传递到液体表面，液体将压强传递到待加压的混凝土上，从而对混凝土施加不同的压力，只需通过控制压缩圆筒内空气的位移，就可以改变混凝土所受到的压力大小，系统控制方便可靠。

本实施例提供的控制系统是按照预设的压力文件波来实现对施压检测系统的控制，控制系统按照文件波下达加压指令给施压检测系统，产生实时交替改变的压力，从而实现在水泥基试样表面施加周期性交变压力的功能。具体的是：按照预设的压力文件波来实现对水压系统的控制，控制系统按照文件波下达加压指令给水压系统，产生实时交替改变的水压力，从而实现在水泥基试样表面施加周期性交变水压力的功能。

本实施例中的所述施压检测系统采用弹性加压系统，所述弹性加压系统包括刚性圆筒、活塞、弹性体、液体层；所述液体层设置于活塞和待施压对象之间，所述活塞上方设置弹性体，所述弹性体上按照弹性体的弹性系数和弹性体长度产生弹力作用，所述弹力通过液体层传递到待施压对象上，所述液体层采用水，所述水层下方为待加压的混凝土，所述控制系统按照预设的加压模式对弹性体施加预设的压力波；所述压力波通过压缩弹性体的位移量对液体层施加作用力，所述作用力通过水层对待加压的混凝土产生压力。

本实施例提供的装置还包括传感器，所述传感器用于监测作用于水压系统的压力，所述传感器设置于受力杆件上，获取受力杆件受到的力信号，并将力信号反馈到控制系统，所述控制系统根据力信号调整产生对受力杆件的作用力；通过传感器实现自动控制。

本实施例以其中一个刚性圆筒为例进行受力分析，不对装置施加外力，即活塞处于初始状态，圆筒内部的气压等于大气压。假设圆筒内气体遵循理想气体状态方程PV＝nRT，压动活塞，使其下降高度x，此时状态方程为：

P′·s(h-x)＝nRT；

进而可得到圆筒内的气体压强为：

故混凝土试件受压面所受水压力大小为：

其中，f表示待测对象受压面承受的压力，P′表示活塞运动后钢筒内末态气体压强，p表示钢筒内初始气体压强，所述初始气体压强一般为大气压,S表示活塞面积，h表示钢筒内气体初始高度，x表示活塞下降高度，n表示气体物质的量，T表示气体温度，V表示钢筒内气体体积。

如图2所示，本实施例中的施压检测系统包括若干水压系统、横向受力杆件和竖向受力杆件，每个水压系统的受力杆件分别与竖向受力杆件连接，所述竖向受力杆件与横向受力杆件连接，所述横向受力杆件与控制系统连接；

所述刚性圆筒内的活塞初始高度均不相同，故使得刚性气筒内部的气体体积各不相同。

在控制系统中输入设置好的文件波，从而按照设定好的程序压动横向受力杆件带动竖向受力杆件对活塞施力，推动刚性气筒内部的气体对水产生压力，进而产生水压作用于水泥基材试样的受压面，试样受压面所收到的水压力大小根据相应力学公式换算即等于对应竖向杆件受力大小f，其大小由竖向受力杆件上的传感器监测得到，并上传给显示调控系统，若传感器回馈拟合出来的压力曲线和最初设置的文件波不对应，调控系统将重新优化程序算法下达新指令给加压控制系统。

本实施例中的施压检测系统包括若干弹性加压系统、横向受力杆件和竖向受力杆件，每个弹性加压系统的受力杆件分别与竖向受力杆件连接，所述竖向受力杆件与横向受力杆件连接，所述横向受力杆件与控制系统连接；

本实施例中所述弹性体上按照弹性体的弹性系数和弹性体长度产生弹力作用，所述弹力通过液体层传递到待施压对象上，不同施压混凝土块需要的压力不同，其对应的弹性体的弹性系统设置不同，根据压力大小确定弹性系统和弹性体长度，由于横向受力杆件移动的位移相同，所以不同大小压力的产生所需弹性系数不同，控制系统根据不同弹性加压系统所需的压力大小和位移量产生预设的压力波，可以通过该系统在相同位移的情况下，对不同的待加压混凝土上产生不同的压力，提高了加压检测的效率。

如图3所示，本实施例提供的控制系统为加压控制系统和显示调控系统，其工作原理如下：

通过显示控制系统对加压控制系统下达加压指令给装置施加一个总力F来实现产生不同大小水压力的目的，随着F随时间的实时交替改变，不同刚性圆筒内部将会随之产生不同且实时改变的水压力fi(i＝1,2,3...)，从而实现在不同水泥基试样表面施加周期性交变水压力的功能。

小水箱上部的压力传感器实时监测其内水压力大小并上传到显示调控装置中，显示调控装置根据设置好的文件波对返回的压力变化曲线进行验证及调控。小水箱上部的顶盖在智能开关的控制下从中间弹开，待混凝土试件干燥完成后自动弹合关闭进行下一轮的交变水压循环。

把交变水压装置放在环境模拟试验箱中。控制系统根据设置好的文件波把储水池里的水泵送到小水箱中，待加压完成之后，抽空小水箱内的水，控制智能开关打开小水箱顶盖使得混凝土试件临水面与环境模拟试验箱中的空气接触从而实现干湿循环。

本实施例提供的试验装置的可以用于通过在周期性交变水压力作用下对混凝土受氯离子侵蚀的试验进行研究。

实施例2

本实施例提供了一种可实现交变压力试验方法，包括以下步骤：

1、构建交变压力试验装置和试验试件，具体可以根据试验工况所需，按照刚性圆筒的几何尺寸制备与之匹配的足量混凝土试验试件；

2、将试验试件外侧包裹一层防水胶套并将之安置固定于刚性圆筒底部；所述试验试件为混凝土试件；

3、在所述试验试件上方灌入足量高度的NaCl溶液(不可压缩液体)，根据预设文件波按照以下公式计算得到在不同预设压力fi(i＝1,2,3……)情况下，钢筒内部的气体初始高度hi(i＝1,2,3……)；

4、根据得到的气体初始高度hi设置交变压力试验装置，在在控制系统的控制作用下对试验试件施加相应的压力测试试验；

5、待试验试件经历不同试验工况下不同周期的交变水压力作用后，将试验试件取出，沿着氯离子浸透表面(试件顶面)向下逐层磨粉取样，并进一步用电化学方法或滴定法实测混凝土粉末样品中的氯离子浓度结果，获得试验试件在交变水压力作用下的氯离子浓度分布规律。

本实施例提供的试验方法是利用上述试验装置通过在周期性交变水压力作用下对混凝土受氯离子侵蚀的试验进行研究的方法。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.可实现交变压力试验装置，其特征在于：包括控制系统和施压检测系统；所述控制系统按照预设的加压模式通过控制位移大小来改变压力大小，所述压力通过施压检测系统传递到被施压对象上方的液体层，所述液体层将压力传递到被施压对象上，从而达到对被施压对象形成预设的交变压力的试验过程。

2.如权利要求1所述的可实现交变压力试验装置，其特征在于：所述预设的加压模式按照预设的压力波形式进行，所述压力波设置为不同施压对象需要施加压力大小值，将所述压力波输入到控制系统中，所述控制系统按照预设的压力波控制施压检测系统。

3.如权利要求1所述的可实现交变压力试验装置，其特征在于：所述施压检测系统采用水压系统，所述水压系统包括刚性圆筒、活塞和受力杆件；

所述刚性圆筒中设置活塞，所述活塞与受力杆件连接；所述受力杆件与控制系统连接；

所述控制系统用于控制受力杆件的运动状态；

所述活塞下方为空气柱，所述空气柱下方设置有液体，所述液体下方为待加压的试验试件，所述控制系统按照预设的加压模式对受力杆件施加预设的压力波；所述压力波通过活塞的位移对空气施加作用力，所述作用力通过液体对待加压的试验试件产生压力。

4.如权利要求2所述的可实现交变压力试验装置，其特征在于：所述控制系统是按照预设的压力文件波来实现对施压检测系统的控制，控制系统按照文件波下达加压指令给施压检测系统，产生实时交替改变的压力，从而实现在试验试件表面施加周期性交变压力的功能。

5.如权利要求1所述的可实现交变压力试验装置，其特征在于：还包括传感器，所述传感器用于监测作用于水压系统的压力，所述传感器设置于受力杆件上，获取受力杆件受到的力信号，并将力信号反馈到控制系统，所述控制系统根据力信号调整产生对受力杆件的作用力；通过传感器实现自动控制。

6.如权利要求2所述的可实现交变压力试验装置，其特征在于：所述施压检测系统包括若干水压系统、横向受力杆件和竖向受力杆件，每个水压系统设置有竖向受力杆件，所述竖向受力杆件与横向受力杆件连接，所述横向受力杆件与控制系统连接。

7.如权利要求6所述的可实现交变压力试验装置，其特征在于：所述刚性圆筒内的活塞初始高度根据预设需要施加压力大小进行设置，所述压力大小满足以下公式：

其中，f表示待测对象受压面承受的压力，P′表示活塞运动后钢筒内末态气体压强，p表示钢筒内初始气体压强，所述初始气体压强一般为大气压,S表示活塞面积，h表示钢筒内气体初始高度，x表示活塞下降高度，n表示气体物质的量，T表示气体温度，V表示钢筒内气体体积。

8.如权利要求1所述的可实现交变压力试验装置，其特征在于：所述施压检测系统采用弹性加压系统，所述弹性加压系统包括刚性圆筒、活塞、弹性体、液体层；所述液体层设置于活塞和待施压对象之间，所述活塞上方设置弹性体，所述弹性体上按照弹性体的弹性系数和弹性体长度产生弹力作用，所述弹力通过液体层传递到待施压对象上。

9.利用权利要求1-8中任一项所述的可实现交变压力试验装置来进行的试验方法，包括以下步骤：

S1：构建交变压力试验装置和试验试件，具体可以根据试验工况所需，按照刚性圆筒的几何尺寸制备与之匹配的足量试验试件；

S2：将试验试件外侧包裹一层防水胶套并将之安置固定于刚性圆筒底部；

S3：在所述试验试件上方灌入足量高度的NaCl溶液，根据预设文件波按照以下公式计算得到在不同预设压力fi(i＝1,2,3……)情况下，钢筒内部的气体初始高度hi(i＝1,2,3……)；

S4：根据得到的气体初始高度hi设置交变压力试验装置，在控制系统的控制下对试验试件施加相应的交变压力，开展交变压力作用下的氯离子浸透试验。

10.如权利要求9所述的可实现交变压力试验方法，其特征在于：还包括以下步骤：

S5：待试验试件经历不同试验工况下不同周期的交变水压力作用后，将试验试件取出，沿着氯离子浸透表面向下逐层磨粉取样，并进一步用电化学方法或滴定法实测混凝土粉末样品中的氯离子浓度结果，获得试验试件在交变水压力作用下的氯离子浓度分布规律。