CN1632521A - 多功能环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环境模拟装置。它包括传感器、控制系统、环境模拟室，传感器与控制系统相连接；其特征是：环境模拟室(39)内设有液体环境室(40)、气体环境室(43)、中心控制室(41)，中心控制室(41)位于液体环境室(40)与气体环境室(43)之间，控制系统(42)位于中心控制室(41)内；二氧化碳室(44)、二氧化硫室(45)内分别设有加热器(3)、调湿器(4)、金属试验架(15)、传感器组(1)；每个耐腐蚀玻璃钢容器(35)内分别设有传感器组(2)、加热器(3)，传感器组(2)由酸度计(31)、液位计(32)、温度传感器组成。本发明具有多功能、高智能化控制、适用范围广、应用价值高的优点。

Description

多功能环境模拟装置

技术领域

本发明涉及建筑工程材料耐久性测试领域，特别是一种环境模拟装置。

背景技术

随着科学技术的进步，人们生产生活领域的不断拓展，建筑工程材料在不同恶劣环境条件下的应用越来越广，以混凝土为例，像青藏铁路工程、南水北调工程的建设和各类跨海大桥、海上石油平台、电站大坝、超高层建筑等工程不断增多；同时环境污染加剧，工农业生产中CO₂、SO₂等有害气体大量排放等原因，使得各种建筑工程材料的应用环境更加多样化和复杂化，因而建筑工程材料在不同环境下的使用性能和劣化破坏过程的研究就显得特别重要。根据调查，目前绝大多数建筑工程的破坏失效，不是由于材料本身的强度不足，而是由于不同环境下材料的耐久性不足，从而导致大量实际工程需要不断维修和更换，浪费人力、物力和财力，以美国为例，从1990～2010年，仅道路与桥梁工程的翻修和维护就需投入2～3万亿美元。由此可见，研究建筑工程材料在不同使用环境条件下的使用性能和耐久性具有重要的理论意义和实际价值。

建筑材料的耐久性破坏形式因使用地域和用途而异，我国三北地区以冻融循环为主；西北地区往往是盐类侵蚀和干湿循环破坏较多；沿海建筑主要受海水侵蚀破坏；西南地区近几年来经常遭受酸雨危害；工业区和化工厂建筑受酸、碱、盐侵蚀和碳化破坏较多；另外，钢筋锈蚀、碱骨料反应等也是导致混凝土结构直接破坏的主要原因，但它们是在碳化、酸、碱、盐溶液侵蚀等环境条件下引起的，因而在此不单独列出。而研究材料在不同环境条件下的劣化过程和耐久性，最重要的是如何准确地模拟出实际使用环境条件或有效的加速实验环境条件，从目前国内外现有设备和技术情况看，主要的环境模拟设备有：Ph高温实验箱，高低温交变湿热实验箱，高低温冲击实验箱，温度、湿度、振动三综合环境实验箱，小型超低温实验箱，高低温低气压实验箱，步入式高低温湿热实验箱等几类。它们的主要特点是：1)大多是单体工作室，因而只能模拟一种或简单的几种环境条件，适应范围窄，与实际工程的使用环境条件相差较远；2)无耐腐蚀性气体的检测系统，不能模拟酸雨等恶劣环境条件；3)不能同时提供不同液体侵蚀环境、冻融破坏、干湿交替、液面升降等多种环境条件及其组合环境条件。

因此说，功能单一、智能化控制程度低、提供的环境参数控制不准确等是目前同类设备存在的主要问题，这也是目前实验室研究的材料性能与实际应用性能相脱节的主要原因所在，因而不利于材料耐久性的深入研究和工程应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为克服上述现有技术的不足，提供一种具有多功能、可实现高智能化控制的多功能环境模拟装置。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案如下：多功能环境模拟装置，它包括传感器、控制系统、环境模拟室，传感器与控制系统相连接；其特征是：环境模拟室39内设有液体环境室40、气体环境室43、中心控制室41，中心控制室41位于液体环境室40与气体环境室43之间，控制系统42位于中心控制室41内；

所述的气体环境室43由二氧化碳室44、二氧化硫室45构成，二氧化碳室44上设有双层密封门11，二氧化硫室45上设有双层密封门13，二氧化碳室44、二氧化硫室45内分别设有加热器3、调湿器4、金属试验架15、传感器组1，致冷机组7的致冷管23位于二氧化碳室44、二氧化硫室45内，二氧化硫室45内设有多角度闭路监控器14；二氧化碳储气罐21由二氧化碳进气管17与二氧化碳室44相连通，二氧化碳进气管17上设有电磁阀20，电磁阀20由导线与控制系统相连接，二氧化碳室44上设有二氧化碳排气管16，二氧化碳排气管16上设有电磁阀20，电磁阀20由导线与控制系统相连接，二氧化碳排气管16的输出端与气体过滤净化器9相连通；二氧化硫储气罐22由二氧化硫进气管18与二氧化硫室45相连通，二氧化硫进气管18上设有电磁阀20，电磁阀20由导线与控制系统相连接，二氧化硫室45上设有二氧化硫排气管19，二氧化硫排气管19上设有电磁阀20，电磁阀20由导线与控制系统相连接，二氧化硫排气管19的输出端与气体过滤净化器9相连通；传感器组1由温度、湿度和气体浓度传感器组成，传感器组1由数据线12与控制系统相连接；

所述的液体环境室40内设有四至八个耐腐蚀玻璃钢容器35，淡水容器24、酸溶液容器25、碱溶液容器26、盐溶液容器27分别由连接管30与左边四个耐腐蚀玻璃钢容器35相对应连通，连接管30上设有耐酸碱电磁泵28、耐腐蚀电磁阀29，耐酸碱电磁泵28和耐腐蚀电磁阀29分别由导线与控制系统相连接；每个耐腐蚀玻璃钢容器35内分别设有传感器组2、加热器3，传感器组2由酸度计31、液位计32、温度传感器组成，传感器组2由数据线与控制系统相连接；致冷机组7的致冷管37位于四至八个耐腐蚀玻璃钢容器35上部，每个耐腐蚀玻璃钢容器35上分别设有排液管，排液管与综合处理池6相连通。

本发明采用上述结构，环境模拟室39内设有液体环境室40、气体环境室43，气体环境室43由二氧化碳室44、二氧化硫室45构成，二氧化碳室44、二氧化硫室45内分别设有加热器3、调湿器4、金属试验架15、传感器组1，传感器组1由温度、湿度和气体浓度传感器组成，其中的温度、湿度和有害气体浓度等参数可通过传感器输送到中心控制室41，系统软件会根据这些实测的环境参数自动启动或停止调温设备、调湿设备和加气阀门，从而使环境参数值达到预先设定好数值。同样，液体环境室40内设有八个耐腐蚀玻璃钢容器35，八个耐腐蚀玻璃钢容器35内分别设有传感器组2、加热器3，传感器组2由酸度计31、液位计32、温度传感器组成，液体环境室中溶液的温度、液面高度、PH值等均可通过传感器输入到中心控制室计算机中，系统软件会自动调整各参数到设定值。

本发明由于采用了多种高精度传感器、高效致冷、致热和调湿设备以及智能控制软件系统，因而可以模拟包括碳化、酸雨、干湿循环、冷热变化、冻融循环、酸碱盐溶液侵蚀和海洋侵蚀等多种环境条件。同时根据试验要求，可以调控各种环境参数，也可以模拟不同侵蚀环境叠加效果，具有多功能、智能化和精度高等特点。

该装置的基本参数包括：总容积为20立方米，温度控制范围为-30-80℃，精度为0.5℃；湿度控制范围为20-98％R.H，精度为2.5％R.H；有害气体浓度范围为0％-20％；液面高度变化范围为20～80cm，精度1％。该装置可用于模拟材料受典型的碳化侵蚀、酸雨侵蚀、干湿、冷热交变破坏、酸、碱、盐溶液侵蚀、冻融循环和海洋环境侵蚀破坏等环境条件，可适用于：水泥混凝土、沥青混凝土、墙体材料、陶瓷、涂料、石材、水泥土等多种建筑工程材料的耐久性测试试验。其提供的环境条件符合国家标准GB/T11972-1997，GB/T11975-1997，GB/T11974-1997，GB2420-81，GB9966.6-88，JC/T603-1995，GB/T2542-92；美国标准ASTM C1260-01，C1012-2002，C666-97，C586-99，D560-1996，C531-2000，C267-1997，C227-97a，C157M-99；和英国标准BS EN13383-2-2002，BS EN12808-3-2002，BS 812-123：1999等六十余种国内外现行标准实验环境的要求。从而为研究实际应用环境中各类建筑工程材料的耐久性能和使用寿命提供理想的研究平台，具有多功能、适用范围广、应用价值高的优点。

本发明能够提供碳化、酸雨、干湿循环、冷热交替、冻融循环、酸碱盐溶液侵蚀和海洋侵蚀环境的多功能。本发明可适用于：水泥混凝土、沥青混凝土、墙体材料、陶瓷、涂料、石材、水泥土等多种建筑工程材料的耐久性测试试验。为研究实际应用环境中各类建筑工程材料的耐久性能和使用寿命提供理想的研究平台，具有多功能、高智能化控制、适用范围广、应用价值高的优点。

附图说明

图1是本发明结构示意图

图2是本发明的气体环境室结构示意图

图3是本发明的液体环境室结构示意图

图中1-传感器组，2-传感器组，3-加热器，4-调湿器，5-溶液储存容器，6-综合处理池，7-致冷机组，8-储气罐，9-气体过滤净化器，10-双层密封门，11-双层密封门，12-数据线，13-双层密封门，14-多角度闭路监控器，15-金属试验架，16-二氧化碳排气管，17-二氧化碳进气管，18-二氧化硫进气管，19-二氧化硫排气管，20-电磁阀，21-二氧化碳储气罐，22-二氧化硫储气罐，23-致冷管，24-淡水容器，25-酸溶液容器，26-碱溶液容器，27-盐溶液容器，28-耐酸碱电磁泵，29-耐腐蚀电磁阀，30-连接管，31-酸度计，32-液位计，33-电磁阀，34-管道，35-耐腐蚀玻璃钢容器，37-致冷管，38-闭路监控器，39-环境模拟室，40-液体环境室，41-中心控制室，42-控制系统，43-气体环境室，44-二氧化碳室，45-二氧化硫室。

具体实施方式

以下结合附图对实施例作进一步详细说明。

如图1所示，多功能环境模拟装置，环境模拟室39内设有液体环境室40、气体环境室43、中心控制室41，中心控制室41位于液体环境室40与气体环境室43之间，控制系统42位于中心控制室41内，环境模拟室39、中心控制室41分别设有供出入的门。

如图2所示，所述的气体环境室43由二氧化碳室44、二氧化硫室45构成，二氧化碳室44上设有双层密封门11，二氧化硫室45上设有双层密封门13，二氧化碳室44、二氧化硫室45内分别设有加热器3、调湿器4、金属试验架15、传感器组1，致冷机组7的致冷管23位于二氧化碳室44、二氧化硫室45内，二氧化硫室45内设有多角度闭路监控器14；储气罐8由二氧化碳储气罐21、二氧化硫储气罐22构成，二氧化碳储气罐21由二氧化碳进气管17与二氧化碳室44相连通，二氧化碳进气管17上设有电磁阀，电磁阀由导线与控制系统相连接，二氧化碳室44上设有二氧化碳排气管16，二氧化碳排气管16上设有电磁阀20，电磁阀20由导线与控制系统相连接，二氧化碳排气管16的输出端与气体过滤净化器9相连通；二氧化硫储气罐22由二氧化硫进气管18与二氧化硫室45相连通，二氧化硫进气管18上设有电磁阀，电磁阀由导线与控制系统相连接，二氧化硫室45上设有二氧化硫排气管19，二氧化硫排气管19上设有电磁阀，电磁阀由导线与控制系统相连接，二氧化硫排气管19的输出端与气体过滤净化器9相连通；传感器组1由温度、湿度和气体浓度传感器组成，传感器组1由数据线12与控制系统相连接。

如图3所示，所述的液体环境室40上设有双层密封门10，液体环境室40内设有八个耐腐蚀玻璃钢容器35，左边四个耐腐蚀玻璃钢容器35与右边四个耐腐蚀玻璃钢容器35分别由管道34相对应连通，管道34上设有电磁阀33，电磁阀33由导线与控制系统相连接；溶液储存容器5包括淡水容器24、酸溶液容器25、碱溶液容器26、盐溶液容器27，淡水容器24、酸溶液容器25、碱溶液容器26、盐溶液容器27分别由连接管30与左边4个耐腐蚀玻璃钢容器35相对应连通，连接管30上设有耐酸碱电磁泵28、耐腐蚀电磁阀29，耐酸碱电磁泵28和耐腐蚀电磁阀29由分别导线与控制系统相连接；八个耐腐蚀玻璃钢容器35内分别设有传感器组2、加热器3，传感器组2由酸度计31、液位计32、温度传感器组成，传感器组2由数据线与控制系统相连接；致冷机组7的致冷管37分别位于八个耐腐蚀玻璃钢容器35上部，八个耐腐蚀玻璃钢容器35上分别设有排液管，排液管与综合处理池6相连通。

在气体环境室中均装配有传感器组1，根据传感器组1反馈到中心控制室41的各参数，控制系统会自动开启或停止致冷机组7、储气罐8、加热器件3和调湿器件4，以调整环境参数到设定值。当试验结束后，控制系统会自动发出指令将气体环境室中的有害气体通过气体过滤净化器9排出，避免了对人员和周围环境的污染。同样，根据传感器组2输入到控制系统中的溶液室中的温度、液面高度等参数值，加热器件3、致冷机组7和溶液储存容器5会自动开启或关闭，同时传感器组2还会输出溶液的PH值等参数。试验完毕后，试验所用溶液会被排放到综合处理池6中被处理净化后排放到自然环境中。液体环境室和气体环境室全部采用高密度聚胺脂PU保温彩钢板等保温、耐腐蚀材料制成；密封采用耐高低温的高弹性硅胶条，密封效果好。气体环境室、液体环境室中分别设有双层密封门10和双层密封门11，以便于操作人员将所测试材料拿出或放入到环境模拟室39中。

气体环境室的基本构造平面图如图2所示，由双层密封门13分隔为二氧化碳室和二氧化硫室两个独立工作室。在两个工作室中布置有独立的调湿器件4以调节空气相对湿度，模拟干湿变化环境；两个工作室分别设置有二氧化碳进气管17、二氧化硫进气管18与二氧化碳储气罐21、二氧化硫储气罐22相连接，以及二氧化碳排气管16、二氧化硫排气管19；在每个排气管和进气管中均设置有电磁阀20，通过控制系统自动打开与关闭。因此，这种气体环境室可以同时模拟出碳化和酸雨两种侵蚀环境，也可以将两个单元体连通起来仅模拟一种侵蚀环境以增加试验空间。在环境室中布置有不同高度间隙的四个防腐阻锈的金属试验架15，用来放置不同试验样品进行测试。致冷管23与箱体外部的致冷机组7相连，可以对环境室进行降温，它与加热元件3联合工作可以模拟冷热变化环境。另外，在二氧化硫室中设有一个多角度闭路监控器14，可以随时将工作室内部各器件的工作情况等传输到控制室，以便工作人员了解试验情况。因此，本气体环境室能够模拟出碳化、酸雨、干湿变化、冷热变化等多种环境条件。

液体环境室的基本构造平面图如图3所示，在环境室的左、右两边分别装有四个耐腐蚀玻璃钢容器35，通过管道34将它们相互连通，从而形成了两个为一组共四组容器。分布在环境室左侧的四个容器分别与室外分别装有淡水24、酸溶液25、碱溶液26和盐溶液27的四个大容器由连接管30相连接，在每个连接管30上安装了耐酸碱电磁泵28和耐腐蚀电磁阀29，它们可以通过控制程序自动开启和关闭，给环境室中不同容器中注入一定量的溶液，从而实现同时模拟淡水、酸、碱、盐溶液侵蚀环境。如果实验量较小时，可以通过控制程序自动关闭电磁阀门33，只保留左侧四个容器处于工作状态；也可以在关闭电磁阀门33的条件下在右侧四个容器中装入其它四种不同溶液，从而实现同时模拟八种不同溶液侵蚀环境，以扩充实验功能。同时在左侧的每个容器中安置有酸度计31和液位计32，一方面可以随时监测溶液的PH值随时间变化情况，另一方面可以控制溶液液位高度按设定程序变化，以模拟出海洋环境液面变化对材料的破坏作用。每个容器中安装有加热器3，致冷管37与外部的致冷机组7相连，从而实现室内温度变化以模拟出冷热变化、冻融循环等环境条件。同样，在液体环境室内安装了闭路监控器38，随时掌握室内各仪器的运转情况。

综上所述，本发明可为工程材料耐久性研究提供碳化、酸雨、干湿循环、冷热变化、冻融循环、酸碱盐溶液侵蚀和海洋侵蚀环境等多种环境条件，具有多功能、智能化、高精度和适应范围广等特点。

Claims (4)

1.多功能环境模拟装置，它包括传感器、控制系统、环境模拟室，传感器与控制系统相连接；其特征是：环境模拟室(39)内设有液体环境室(40)、气体环境室(43)、中心控制室(41)，中心控制室(41)位于液体环境室(40)与气体环境室(43)之间，控制系统(42)位于中心控制室(41)内；

所述的气体环境室(43)由二氧化碳室(44)、二氧化硫室(45)构成，二氧化碳室(44)、二氧化硫室(45)内分别设有加热器(3)、调湿器(4)、金属试验架(15)、传感器组(1)，致冷机组(7)的致冷管(23)位于二氧化碳室(44)、二氧化硫室(45)内，二氧化硫室(45)内设有多角度闭路监控器(14)；二氧化碳储气罐(21)由二氧化碳进气管(17)与二氧化碳室(44)相连通，二氧化碳进气管(17)上设有电磁阀，电磁阀由导线与控制系统相连接，二氧化碳室(44)上设有二氧化碳排气管(16)，二氧化碳排气管(16)上设有电磁阀(20)，电磁阀(20)由导线与控制系统相连接，二氧化碳排气管(16)的输出端与气体过滤净化器(9)相连通；二氧化硫储气罐(22)由二氧化硫进气管(18)与二氧化硫室(45)相连通，二氧化硫进气管(18)上设有电磁阀，电磁阀由导线与控制系统相连接，二氧化硫室(45)上设有二氧化硫排气管(19)，二氧化硫排气管(19)上设有电磁阀，电磁阀由导线与控制系统相连接，二氧化硫排气管(19)的输出端与气体过滤净化器(9)相连通；传感器组(1)由温度、湿度和气体浓度传感器组成，传感器组(1)由数据线(12)与控制系统相连接；

所述的液体环境室(40)内设有四至八个耐腐蚀玻璃钢容器(35)，淡水容器(24)、酸溶液容器(25)、碱溶液容器(26)、盐溶液容器(27)分别由连接管(30)与左边四个耐腐蚀玻璃钢容器(35)相对应连通，连接管(30)上设有耐酸碱电磁泵(28)、耐腐蚀电磁阀(29)，耐酸碱电磁泵(28)和耐腐蚀电磁阀(29)分别由导线与控制系统相连接；每个耐腐蚀玻璃钢容器(35)内分别设有传感器组(2)、加热器(3)，传感器组(2)由酸度计(31)、液位计(32)、温度传感器组成，传感器组(2)由数据线与控制系统相连接；致冷机组(7)的致冷管(37)位于四至八个耐腐蚀玻璃钢容器(35)上部，每个耐腐蚀玻璃钢容器(35)上分别设有排液管，排液管与综合处理池(6)相连通。

2.根据权利要求1所述的多功能环境模拟装置，其特征是：二氧化碳室(44)上设有双层密封门(11)，二氧化硫室(45)上设有双层密封门(13)。

3.根据权利要求1所述的多功能环境模拟装置，其特征是：液体环境室(40)上设有双层密封门(10)。

4.根据权利要求1所述的多功能环境模拟装置，其特征是：耐腐蚀玻璃钢容器(35)为八个，分为左右两边各四个，左边四个耐腐蚀玻璃钢容器(35)与右边四个耐腐蚀玻璃钢容器(35)分别由管道(34)相对应连通，管道(34)上设有电磁阀(33)，电磁阀(33)由导线与控制系统相连接。

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