CN202330242U - 模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及试验设备。一种模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，包括内部设有海水区和大气区的密封介质箱、调节介质箱内的海水区的温度的模拟海水温度单元、调节介质箱内的大气区氯离子浓度的模拟海面氯离子浓度单元和调节介质箱内的大气区二氧化碳浓度的模拟海面二氧化碳浓度单元。本实用新型提供了一种不需要亲临真实的海洋环境即可进行海洋环境中的钢筋混凝土结构耐久性测试的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，解决了需要亲临真实的海洋环境才能进行海洋环境中的钢筋混凝土结构耐久性测试所导致的费时费力效率低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及试验设备，尤其涉及一种模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置。
背景技术
钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，是工程结构设计的首选形式。上世纪初以来，钢筋混凝土结构得到日益广泛的应用，随着时间的推移人们逐渐认识到钢筋混凝土结构在很多环境条件下发生劣化难以满足设计要求。钢筋混凝土结构破坏的主要原因有钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用。海洋是一种复杂的天然平衡体系，处于典型海洋环境条件下的钢筋混凝土结构，遭受着更为严峻的自然环境考验，如海雾、潮差、二氧化碳、海水等腐蚀作用，从而导致使用寿命大大降低。针对海洋环境钢筋混凝土结构耐久性问题，各国学者对碳化的研究已初步形成一套较为完整的理论，开展了氯离子的扩散模型、引发钢筋锈蚀的临界氯离子浓度和氯腐蚀环境下混凝土结构耐久性评估与寿命预测等方面的理论研究。
在中国专利号为2008100417654、公开日为2009年1月7日、名称为“濒海地区混凝土钢筋锈蚀状况的电化学测试方法”的专利文献中公开了一种对海洋环境中的钢筋混凝土结构耐久性进行测试的方法。但是现有的对海洋环境中的钢筋混凝土结构进行耐久性测试时，都需要亲临真实海洋环境才能进行试验，故费时费力效率低。
实用新型内容
本实用新型提供了一种不需要亲临真实的海洋环境即可进行海洋环境中的钢筋混凝土结构耐久性测试的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，解决了需要亲临真实的海洋环境才能进行海洋环境中的钢筋混凝土结构耐久性测试所导致的费时费力效率低的问题。
以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，包括内部设有海水区和大气区的密封介质箱、调节介质箱内的海水区的温度的模拟海水温度单元、调节介质箱内的大气区的氯离子浓度的模拟海面氯离子浓度单元和调节介质箱内的大气区的二氧化碳浓度的模拟海面二氧化碳浓度单元。“海水区”是指在模拟试验过程中介质箱内一直被海水填充的部分，“大气区”是指在模拟试验过程中介质箱内一直不被海水填充的部分。使用时在介质箱内填充海水，把需要测试的钢筋混凝土试样（以下简称试样）放置在介质箱内，试样一部分位于海水区内另一部分位于大气区内，通过模拟海水温度单元使海水区的温度同需要模拟的海洋环境中的海水温度一致，通过模拟海面氯离子浓度单元来调节大气区的氯离子的浓度，使大气区内的氯离子浓度同需要模拟的海洋环境中的氯离子浓度一致，通过模拟海面二氧化碳浓度单元来调节大气区的二氧化碳浓度，使大气区内的二氧化碳浓度同需要模拟的海洋环境中的二氧化碳浓度一致，试样位于海洋区的部分就像位于需要模拟的海洋中的海水内的情况一样，试样位于大气区的部分就像位于需要模拟的海洋中的大气中的情况一样，通过对试样对应部分进行相应参数的测定，既能知道需要模拟的海洋环境的对应区域对钢筋混凝土结构耐久性的影响。
作为优选，所述模拟海水温度单元包括对介质箱内的海水区进行加热的电热器、检测介质箱内的海水区的温度的温度探头和温度控制模块，所述温度控制模块同所述电热器和温度探测头电连接在一起。当温度探头检测到海水区的温度低于设定的温度时、温度控制模块起动电热器对海水区进行加热，如果海水区的温度达到设定的温度时、温度控制模块使电热器停止对海水区进行加热。结构简单，便于制作。
作为优选，所述介质箱设有保温层。降低海水区热量散失的速度，节省能源。
作为优选，本实用新型还包括模拟海洋潮汐单元。“模拟海洋潮汐单元”是指用以使介质箱内的海水区的液面高度产生象海洋中的潮汐变化现象那样循环涨落的单元。通过对试样的处于介质箱内的潮差区的部分进行相应参数的测定，既能知道海水干湿交替对钢筋混凝土构件耐久性能的影响。“潮差区”是指在模拟试验过程中介质箱内有时被海水填充有时不被海水填充的部分。
作为优选，所述模拟海洋潮汐单元包括设置在介质箱内的液面高位检测探头、设置在介质箱内的液面低位检测探头、在介质箱与水槽之间进行供水的双向泵和液位控制模块，所述液位控制模块同所述液面高位检测探头、液面低位检测探头以及双向泵电连接在一起。液位控制模块根据液面高位检测探头和液面低位检测探头检测到的情况去控制双向泵的运转状态，使海水进出介质箱，海水液面的液位高度在设定的高位与地位之间循环涨落。
作为优选，模拟海面氯离子浓度单元包括检测介质箱内的大气区的氯离子浓度的氯离子含量探头、设置在所述介质箱内部上方的喷雾头、用于盛装海水的水槽、将水槽内的海水输送到喷头的水泵和氯离子浓度控制模块，所述氯离子控制模块同所述氯离子含量探头以及所述水泵电连接在一起。当氯离子含量探头检测到大气区的氯离子含量低于设定值时、氯离子浓度控制模块起动水泵，水泵使水槽内的海水经喷头喷到大气区，喷洒海水的过程中海水内的氯离子挥发到大气区中；当氯离子含量探头检测到大气区的氯离子含量达到设定值时、氯离子浓度控制模块使水泵停止，也即喷头不喷出海水。
作为优选，模拟海面二氧化碳浓度单元包括同所述介质箱连通的二氧化碳气源、控制二氧化碳气源同介质箱的通断的电控阀、检测介质箱内的大气区的二氧化碳浓度的二氧化碳含量探头和二氧化碳浓度控制模块，所述二氧化碳浓度控制模块同所述电控阀以及二氧化碳含量探头电连接在一起。当二氧化碳含量探头检测到大气区的二氧化碳的含量低于设定值时，二氧化碳浓度控制模块使电控阀开启，二氧化碳气源内的二氧化碳流到大气区内；当二氧化碳含量探头检测到大气区的二氧化碳含量达到设定值时，二氧化碳浓度控制模块使电控阀关闭，使得二氧化碳气源内的二氧化碳不能输送到大气区内。可以改变大气区二氧化碳含量的设定值，来研究二氧化碳浓度的变化对钢筋混凝土结构的耐久性的影响。
作为优选，本实用新型还设有用于显示所述二氧化碳气源的压力的压力表。便于直观地得知二氧化碳气源是否在供应二氧化碳给大气区。
作为优选，所述介质箱包括箱体和可开启的箱盖，所述箱盖密封连接在所述箱体上，所述介质箱内设有试样台。介质箱设计为由箱体和可开启的箱盖构成：对介质箱内部及位于介质箱内的部件进行维护安装时方便。设计试样台：安装试样时方便。
本实用新型具有下述优点，通过设置内部具有海水区和大气区的介质箱，且大气区的氯离子浓度和二氧化碳浓度都能调节，因此将试样放置在介质箱内的不同区域时，既能用于研究海水对钢筋混凝土结构的耐久性的影响，又能用于研究氯离子浓度及二氧化碳浓度对钢筋混凝土结构的耐久性的影响，进行海洋环境中的钢筋混凝土结构耐久性测试省时省力效率高；在优选方案中通过设置模拟海洋潮汐单元，使得本实用新型还能用于研究干湿变化对钢筋混凝土结构的耐久性的影响。
附图说明
图1为本实用新型的示意图。
图中：介质箱1，箱体11，箱盖12，螺栓13，密封圈14，试样台15，卡槽16，保温层17，刻度杆18，模拟海水温度单元2，电热器21，温度探头22，温度控制模块23，模拟海面氯离子浓度单元3，氯离子含量探头31，喷雾头32，水槽33，水泵34，氯离子浓度控制模块35，模拟海面二氧化碳浓度单元4，二氧化碳气源41，电控阀42，二氧化碳含量探头43，二氧化碳浓度控制模块44，管道45，压力表46，模拟海洋潮汐单元5，液面高位检测探头51，液面低位检测探头52，双向泵53，液位控制模块54，控制装置6。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
参见图1，一种模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，包括介质箱1、模拟海水温度单元2、模拟海面氯离子浓度单元3、模拟海面二氧化碳浓度单元4和模拟海洋潮汐单元5。
介质箱1包括箱体11和箱盖12。箱盖12通过螺栓13锁紧在箱体11上。在箱盖12和箱体11之间通过密封圈14进行密封。
介质箱1内设有三个试样台15。试样台15固定在箱体11的底部。试样台15的上端部设有卡槽16。
模拟海水温度单元2包括电热器21、温度探头22和温度控制模块23。温度控制模块23同电热器21和温度探测头22电连接在一起。
电热器21为盘式电热器。电热器21设置在箱体11的底部外表面上。
温度探头22安装在介质箱1的内部的下方。
介质箱1的箱体的外表面上设有保温层17。电热器21位于保温层17与箱体11之间。
模拟海面氯离子浓度单元3包括氯离子含量探头31、喷雾头32、水槽33、水泵34和氯离子浓度控制模块35。氯离子控制模块35同氯离子含量探头31以及水泵34电连接在一起。
氯离子含量探头31安装在箱体11内部的上端。
喷雾头32固定在箱盖12上且位于介质箱1内部的上方。喷雾头32的进口端通过管道同水泵34的出口端连接在一起。水泵34的进口端通过管道同水槽33连接在一起。
模拟海面二氧化碳浓度单元4包括二氧化碳气源41、电控阀42、二氧化碳含量探头43和二氧化碳浓度控制模块44。二氧化碳浓度控制模块44同电控阀42以及二氧化碳含量探头43电连接在一起。
二氧化碳气源41为瓶装压缩二氧化碳。二氧化碳气源41通过管道45同介质箱1内部相连通。电控阀42安装在管道45上用于控制二氧化碳气源41同介质箱1的通断。
二氧化碳含量探头43安装在介质箱1的箱体11的内部上端。
在管道45上安装有压力表46。压力表46用于显示二氧化碳气源41的压力。
模拟海洋潮汐单元5包括液面高位检测探头51、液面低位检测探头52、双向泵53和液位控制模块54。液位控制模块54同液面高位检测探头51、液面低位检测探头52以及双向泵53电连接在一起。
双向泵53的一个端口通过管道同介质箱1的内部相连通、双向泵53的另一个端口通过管道同水槽33相连通。
箱体11内设有竖直设置的刻度杆18。液面高位检测探头51和液面低位检测探头52安装在刻度杆18上，液面高位检测探头51位于液面低位检测探头52的上方。液面高位检测探头51和液面低位检测探头52在刻度杆18上的位置可以调整。
温度控制模块23、氯离子浓度控制模块35、二氧化碳浓度控制模块44和液位控制模块54都设置在控制装置6内。
下面以模拟潮差为50厘米、海水温度为30℃、海面空气中氯离子浓度为200ppm（ppm是指一百万体积的空气中所含物质的体积数的意思，下同）和海面空气中的二氧化碳浓度为1000ppm的海洋环境的对钢筋混凝土结构的影响为例对本实用新型的具体工作过程作具体说明如下：
开启箱盖12，将试样7的下端卡在卡槽16内；
调整液面低位检测探头52在刻度杆18上的位置，使液面低位检测探头距离介质箱底部的距离h2大于试验台的高度h1；
调整液面高位检测探头51在刻度杆18上的位置，使液面高位检测探头距离介质箱底部的距离h3比液面低位检测探头距离介质箱底部的距离h2大50厘米；
合上并锁紧箱盖12；
将海水区的温度值参数值30℃输入温度控制模块23；
将大气区的氯离子浓度参数值200ppm输入氯离子浓度控制模块35；
将大气区的氯离子浓度参数值1000ppm输入二氧化碳浓度控制模块44；
将完成一次潮差的时长参数值12小时输入液位控制模块54；
在水槽33内注入海水；
启动控制装置6；
液位控制模块54先控制双向泵53将水槽33内的海水输送到介质箱1内到水面81同液面高位检测探头51平齐、再控制双向泵53用12小时的时长将介质箱1内的海水输送到水槽33内到介质箱1内的水面81同液面低位检测探头52平齐、然后控制双向泵53用12小时的时长将水槽33内的海水输送到介质箱1内到水面81同液面高位检测探头51平齐，如此循环，使介质箱1内的海水产生涨落变化、形成潮差；
如果温度探头22探测到海水8的温度低于30℃时，温度控制模块23控制电热器21对介质箱1内的海水进行加热温度，当温度探头22探测到温度达到30℃时，温度控制模块23控制电热器21停止对介质箱1内的海水8进行加热，如此循环，使介质箱1内的海水8的温度保持在30℃；
如果氯离子含量探头31探测到大气区中的氯离子浓度低于200ppm，则氯离子浓度控制模块35控制水泵34启动，水泵34使水槽33内的海水从喷雾头32喷洒出，如果氯离子含量探头31探测到大气区中的氯离子浓度达到200ppm，则氯离子浓度控制模块35使水泵34停止，此时喷雾头32不喷洒海水，如此循环，使介质箱1内的大气区的氯离子浓度保持在200ppm；
如果二氧化碳含量探头43探测到大气区中的二氧化碳含量低于1000ppm，则二氧化碳浓度控制模块44控制电控阀42开启，二氧化碳气源41内的二氧化碳经管道45输入到介质箱1内，如果二氧化碳含量探头43探测到大气区中的二氧化碳含量达到1000ppm，则二氧化碳浓度控制模块44使电控阀42关闭，如此循环，使介质箱1内的大气区的二氧化碳浓度保持在1000ppm；
运行到所需试验时长后，停止控制装置6，将试样7从介质箱1内取出，即可通过测试试样7位于大气区、海水区和潮差区部分的对应差数，得知海洋环境中的二氧化碳浓度、氯离子浓度、海水和干湿交替各个因素对钢筋混凝土结构的耐久性的影响，需要得知不同的海洋环境对钢筋混凝土结构耐久性的影响时，只要改变对应的海水温度差数值、二氧化碳浓度差数值和氯离子浓度差数值使该三个差数同需要模拟的海洋环境一致即可。
Claims (10)
1.一种模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，包括内部设有海水区和大气区的密封介质箱、调节介质箱内的海水区温度的模拟海水温度单元、调节介质箱内的大气区氯离子浓度的模拟海面氯离子浓度单元和调节介质箱内的大气区二氧化碳浓度的模拟海面二氧化碳浓度单元。
2.根据权利要求1所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，所述模拟海水温度单元包括对介质箱内的海水区进行加热的电热器、检测介质箱内的海水区的温度的温度探头和温度控制模块，所述温度控制模块同所述电热器和温度探测头电连接在一起。
3.根据权利要求2所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，所述介质箱设有保温层。
4.根据权利要求1或2或3所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，还包括模拟海洋潮汐单元。
5.据权利要求4所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，所述模拟海洋潮汐单元包括设置在介质箱内的液面高位检测探头、设置在介质箱内的液面低位检测探头、给介质箱进行供水的双向泵和液位控制模块，所述液位控制模块同所述液面高位检测探头、液面低位检测探头以及双向泵电连接在一起。
6.根据权利要求4所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，模拟海面氯离子浓度单元包括检测介质箱内的大气区的氯离子浓度的氯离子含量探头、设置在所述介质箱内部上方的喷雾头、用于盛装海水的水槽、将水槽内的海水输送到喷头的水泵和氯离子浓度控制模块，所述氯离子控制模块同所述氯离子含量探头以及所述水泵电连接在一起。
7.根据权利要求6所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，模拟海面二氧化碳浓度单元包括同所述介质箱连通的二氧化碳气源、控制二氧化碳气源同介质箱的通断的电控阀、检测介质箱内的大气区的二氧化碳浓度的二氧化碳含量探头和二氧化碳浓度控制模块，所述二氧化碳浓度控制模块同所述电控阀以及二氧化碳含量探头电连接在一起。
8.根据权利要求7所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，还设有用于显示所述二氧化碳气源的压力的压力表。
9.根据权利要求4所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，模拟海面二氧化碳浓度单元包括同所述介质箱连通的二氧化碳气源、控制二氧化碳气源同介质箱的通断的电控阀、检测介质箱内的大气区的二氧化碳浓度的二氧化碳含量探头和二氧化碳浓度控制模块，所述二氧化碳浓度控制模块同所述电控阀以及二氧化碳含量探头电连接在一起。
10.根据权利要求1或2或3所述的模拟海洋环境对钢筋混凝土构件耐久性影响的装置，其特征在于，所述介质箱包括箱体和可开启的箱盖，所述箱盖密封连接在所述箱体上，所述介质箱内设有试样台。
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