CN207114545U - 用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，属于水利土木工程领域，可以在混凝土天然愈合能力研究，仿生自愈合研究及在水泥基中掺入特殊材料实现自愈合能力研究等测试领域应用。本实用新型的水箱高度可调节，进而可灵活调节实验水压力值；可同时进行多组试件的愈合实验；施加水压可从上往下进行，也可从下而上进行；混凝土试件的形状不限，方形或圆柱形均可；通过透明材料形成的观测窗口，实验过程中裂缝闭合情况可以全程跟踪记录。本实用新型可从多角度研究混凝土试件的裂缝自愈能力，并且结构简单，操作方便。

Description

用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，属于水利土木工程领域，可以在混凝土天然愈合能力研究，仿生自愈合研究及在水泥基中掺入特殊材料实现自愈合能力研究等测试领域应用。

背景技术

对于水工建筑物的防渗构件,总是担心由内部反作用或外部影响造成损坏,使材料特性发生改变或产生裂缝。裂缝引起防渗构件漏水,甚至逐渐引发整个建筑物崩溃。混凝土结构失效的主要原因是微裂缝的扩展，所以及时对扩展裂缝进行修复就可以很好地减缓失效。但若采用人工修复技术不仅延误了最佳修复时间，并且耗费人力财力。如果混凝土能在产生裂缝后立刻做出反应自行愈合，那么结构修复的经济性和有效性就会大大提高，而自愈合是指当混凝土结构开裂其本身会自动修复裂缝。

从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明,混凝土的裂缝是不可避免的。同时经验显示,某些暴露于水环境中的混凝土裂缝能自愈合,水通过裂缝的渗透随着构筑物使用时间的增加逐渐减弱甚至消失。这种现象在混凝土结构中是普遍存在的。混凝土裂缝的自愈合以裂缝处有白色的碳酸钙结晶为特征，这种混凝土“裂缝自愈合”特性包含了复杂的物理以及化学过程。

由于水下混凝土长期处于水中或是干湿交替的环境中，给水下混凝土裂缝的修补增加了很多困难。一般情况下，应该尽量避免在水下修补混凝土裂缝。但是，由于结构物性能或使用的需要，带缝工作的大坝和一些大桥的高强度混凝土桩只能在饱水状态下进行修补。

随着混凝土应用范围的不断扩大，其在天然情况下由于浇筑质量不好而导致的裂缝问题逐渐引起大家的重视。在水电工程中，大部分混凝土结构位于水下，往往承受一定的水压力，因此很有必要寻找一种实验方法测试混凝土的自愈能力，从而研究混凝土在不同水压力作用下自身裂缝的自愈合能力。

当混凝土试件添加某些水泥基材料后，会导致试件裂缝遇水之后的自愈能力得到很大的提高，而为了检验材料的自愈性质，往往需要一套实验装置，测试混凝土裂缝在水的作用下因化学反应导致裂缝被封堵的情况。目前在国际文献中没有找到与混凝凝土自愈性能测试相关的已经批准的标准或实验方法，当前研究混凝土自愈性能的实验方法还比较混乱，大多在自行设计的实验装置上进行。

目前已有的实验方法，以下面两种最为有名。一是H.萨克加测试沥青混凝土裂缝的自愈特性采用的方法，其将已经带有裂缝的混凝土立方体试件放在一个特制的钢模中,使裂缝处于水平方向。试件与钢壁之间填充细砂(0～2mm)作为支承,细砂浸水并留置2h。然后,将该立方体试件在压力机中施以恒定静荷载(在水中),迫使在一定的大坝深度下发生裂缝自愈，最后通过分析其自愈前后劈裂力来检验其自愈性能，参靠文献[H.萨克加.室内模拟沥青混凝土裂缝的自愈特性[J].水利水电快报，2004，25(2)：28–30]。二是河海大学的方永浩等将不同裂缝宽度的圆饼状试件侧面用硅橡胶密封，并用环氧树脂粘在长度约为30mm，直径为90mm的塑料管上，塑料管则用环氧树脂粘贴在100mm×100mm的塑料板上，试件上方塑料板设置一进水口和一放水螺孔，进水口经由塑料管连接到放置于不同高度的储水槽，储水槽上方开启的水龙头则保证其始终处于满水状态，最终通过测量单位时间内透过裂缝的水量来研究其自愈性能，参靠文献[方永浩，安普斌，赵伟，岑奕侃.含裂缝水泥基材料的渗透溶蚀及其自愈[J].硅酸盐学报，2008，36(4):451-456]。

综合分析现有测试技术发现，目前并无成型的实验装置，而且实验过程操作复杂，无法同时进行多个试件的自愈实验，而且施加水压只能从上往下进行，往往只能进行同一种形状的混凝土试件的自愈性测试。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有背景技术中存在的不足之处，提供一种用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，可从多角度研究其愈合能力，实验操作更加方便。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，包括水箱A和试件密封装置A；水箱A通过竖向升降装置A安装于水箱支架A上；试件密封装置A的各面板之间均通过胶结材料进行粘接,形成一个密闭箱体；试件密封装置A安装于试件测试平台上；试件密封装置A的底板中部固定连接有竖向设置的进水筒体，进水筒体的顶端相对于试件密封装置A的底板凸起设置；进水筒体的底部具有水管接口a；试件密封装置A的顶部设置有水管接口b；水箱A的出水口连接有出水管A，出水管A上设置有阀门，出水管A的出水端连接于水管接口a或水管接口b；试件密封装置A的外表面设置有透明材料形成的观测窗口。

进一步的是：试件密封装置A的四周侧面板及顶板均采用透明材料制作。

进一步的是：试件密封装置A的水平方向断面为矩形。

进一步的是：试件密封装置A上方设置有顶部支架，顶部支架上设置有螺纹连接的螺杆，螺杆的尾端竖直向下设置，螺杆用于抵接试件密封装置A的顶板。

进一步的是：还包括水箱B，水箱B通过竖向升降装置B安装于水箱支架B上；水箱B的出水口连接有出水管B，出水管B上设置有阀门；试件密封装置A数量为多个，并且使得其中一部分试件密封装置A的水管接口a连接出水管A、另一部分试件密封装置A的水管接口b连接出水管B，或者使得其中一部分试件密封装置A的水管接口a连接出水管B、另一部分试件密封装置A的水管接口b连接出水管A。

进一步的是：还包括水箱B和试件密封装置B；水箱B通过竖向升降装置B安装于水箱支架B上；试件密封装置B安装于试件测试平台上；试件密封装置B包括用于封闭混凝土试件上表面的上部水槽以及用于封闭混凝土试件下表面的下部水槽；上部水槽的开口朝下、顶部设置有水管接口c；下部水槽的开口朝上、底部设置有水管接口d；水箱B的出水口连接有出水管B，出水管B上设置有阀门，出水管B的出水端连接水管接口c或水管接口d；试件密封装置B的外表面设置有透明材料形成的观测窗口。

进一步的是：上部水槽整体采用透明材料制作，下部水槽的四周侧面板均采用透明材料制作。

进一步的是：试件密封装置B上方设置有顶部支架，顶部支架上设置有螺纹连接的螺杆，螺杆的尾端竖直向下设置，螺杆用于抵接试件密封装置B的顶板。

进一步的是：还包括混凝土试件，混凝土试件在试件密封装置A内的安装结构为：混凝土试件的底面与进水筒体的顶端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件的四周与试件密封装置A的内壁通过胶结材料封闭连接，混凝土试件的裂缝竖向设置；

混凝土试件在试件密封装置B内的安装结构为：混凝土试件的底面与下部水槽的顶端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件的顶面与上部水槽的底端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件的裂缝竖向设置。

本实用新型的有益效果是：水箱高度可调节，进而可灵活调节实验水压力值；可同时进行多组试件的愈合实验；施加水压可从上往下进行，也可从下而上进行；混凝土试件的形状不限，方形或圆柱形均可；通过透明材料形成的观测窗口，实验过程中裂缝闭合情况可以全程跟踪记录。综上所述，本实用新型可从多角度研究混凝土试件的裂缝自愈能力，并且结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为试件密封装置A的结构示意图一；

图3为试件密封装置A的结构示意图二；

图4为试件密封装置B的结构示意图；

图中标记为：1-水箱A、2-水箱支架A、3-竖向升降装置A、4-试件密封装置A、5-试件测试平台、6-进水筒体、7-顶部支架、8-螺杆、9-水箱B、10-竖向升降装置B、11-水箱支架B、12-试件密封装置B、13-上部水槽、14-下部水槽、15-混凝土试件、16-水管接口a、17-水管接口b、18-水管接口c、19-水管接口d。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1至图4所示，本实用新型包括水箱A1和试件密封装置A4；水箱A1通过竖向升降装置A3安装于水箱支架A2上；试件密封装置A4的各面板之间均通过胶结材料进行粘接,形成一个密闭箱体；试件密封装置A4安装于试件测试平台5上；试件密封装置A4的底板中部固定连接有竖向设置的进水筒体6，进水筒体6的顶端相对于试件密封装置A4的底板凸起设置；进水筒体6的底部具有水管接口a16；试件密封装置A4的顶部设置有水管接口b17；水箱A1的出水口连接有出水管A，出水管A上设置有阀门，出水管A的出水端连接于水管接口a16或水管接口b17；试件密封装置A4的外表面设置有透明材料形成的观测窗口。此外，可根据需要布置排水管路，排水管路上也可设置调节阀门。

其中竖向升降装置A3用于调节水箱A1的高度，在本实用新型中优选采用升降梯的方式，实施时将水箱A1固定在升降梯的底板上即可。

水箱支架A2和试件测试平台5均可采用钢结构进行制作。出水管A在试件密封装置A4的这一端可采用硬质管，由于水箱A1要进行升降调节，因而出水管A连接水箱A1的一端应采用软管。

为方便在实验过程中对裂缝闭合情况进行全面观测，试件密封装置A4的四周侧面板及顶板均采用透明材料制作，该透明材料可选用有机玻璃。

混凝土试件15在试件密封装置A4内的安装结构为：混凝土试件15的底面与进水筒体6的顶端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件15的四周与试件密封装置A4的内壁通过胶结材料封闭连接，混凝土试件15的裂缝竖向设置。由于混凝土试件15要与试件密封装置A4内壁贴合，因而试件密封装置A4需现场安装，可通过环氧树脂等胶结材料进行粘接。此外，试件密封装置A4的底板可单独设置，也可借用试件测试平台5作为其底板，两种结构分别如图2和图3所示。

为方便混凝土试件15的四周与试件密封装置A4之间的贴合，试件密封装置A4的水平方向断面为矩形。混凝土试件15优选为正方形，相应地，试件密封装置A4的水平方向断面为正方形。

试件密封装置A4上方设置有顶部支架7，顶部支架7上设置有螺纹连接的螺杆8，螺杆8的尾端竖直向下设置，螺杆8用于抵接试件密封装置A4的顶板。顶部支架7可采用钢结构，螺杆8抵接在试件密封装置A4的顶板上，起固定作用，尤其是当施加水压从下而上进行时，也可很好地保持试件密封装置A4的结构稳定。顶部支架7同时可用于布置顶部的走水管路。

本实用新型中，试件密封装置A4可设置一个，也可设置多个；优选设置为多个，同时进行多个混凝土试件的实验。此时出水管A可采用一母管多支管的结构。

为方便同时进行施加水压从下而上和从上而下的实验，本实用新型还包括水箱B9，水箱B9通过竖向升降装置B10安装于水箱支架B11上；水箱B9的出水口连接有出水管B，出水管B上设置有阀门；试件密封装置A4数量为多个，并且使得其中一部分试件密封装置A4的水管接口a16连接出水管A、另一部分试件密封装置A4的水管接口b17连接出水管B，或者使得其中一部分试件密封装置A4的水管接口a16连接出水管B、另一部分试件密封装置A4的水管接口b17连接出水管A。出水管B在试件密封装置B12的这一端可采用硬质管，由于水箱B9要进行升降调节，因而出水管B连接水箱B9的一端应采用软管。

对于多组实验同时进行的情形，本实用新型还提供另外一种试件密封装置B12，与试件密封装置A4进行组合应用，此时也包括水箱B9，具体结构为：水箱B9通过竖向升降装置B10安装于水箱支架B11上；试件密封装置B12安装于试件测试平台5上；试件密封装置B12包括用于封闭混凝土试件上表面的上部水槽13以及用于封闭混凝土试件下表面的下部水槽14；上部水槽13的开口朝下、顶部设置有水管接口c18；下部水槽14的开口朝上、底部设置有水管接口d19；水箱B9的出水口连接有出水管B，出水管B上设置有阀门，出水管B的出水端连接水管接口c18或水管接口d19；试件密封装置B12的外表面设置有透明材料形成的观测窗口。此种结构，试件密封装置B12和试件密封装置A4也可分别设置多个，出水管A和出水管B均采用一母管多支管的结构，在出水管A和出水管B中，一个从下而上施加水压、另一个从上而下施加水压。

同理，为方便实验过程中对裂缝闭合情况进行全面观测，上部水槽13整体采用透明材料制作，下部水槽14的四周侧面板均采用透明材料制作，该透明材料也可选用有机玻璃。由于上部水槽13和下部水槽14可分别采用整体结构，不需现场拼接，因而上部水槽13和下部水槽14均可整体采用透明有机玻璃进行制作。

为提高结构稳定性，试件密封装置B12上方设置有顶部支架7，顶部支架7上设置有螺纹连接的螺杆8，螺杆8的尾端竖直向下设置，螺杆8用于抵接试件密封装置B12的顶板。

混凝土试件15在试件密封装置B12内的安装结构为：混凝土试件15的底面与下部水槽14的顶端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件15的顶面与上部水槽13的底端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件15的裂缝竖向设置。对于试件密封装置B12，混凝土试件15优选采用正方形试件或圆柱形试件均可。试件密封装置B12可通过环氧树脂等胶结材料与混凝土试件15进行粘接。与混凝土试件15的形状规格相适配，上部水槽13、下部水槽14均采用圆筒形结构，或者均采用方形槽结构。

优选实施例：

本实用新型包括水箱A1、水箱B9、试件密封装置A4、试件密封装置B12；水箱A1通过竖向升降装置A3安装于水箱支架A2上；水箱B9通过竖向升降装置B10安装于水箱支架B11上；试件密封装置A4、试件密封装置B12分别设置3件，安装于试件测试平台5上。

试件密封装置A4的各面板之间均通过胶结材料进行粘接,形成一个密闭箱体；试件密封装置A4的底板中部固定连接有竖向设置的进水筒体6，进水筒体6的顶端相对于试件密封装置A4的底板凸起设置；进水筒体6的底部具有水管接口a16；试件密封装置A4的顶部设置有水管接口b17；水箱A1的出水口连接有出水管A，出水管A上设置有阀门，出水管A的出水端连接于水管接口a16。

试件密封装置B12包括用于封闭混凝土试件上表面的上部水槽13以及用于封闭混凝土试件下表面的下部水槽14；上部水槽13的开口朝下、顶部设置有水管接口c18；下部水槽14的开口朝上、底部设置有水管接口d19；水箱B9的出水口连接有出水管B，出水管B上设置有阀门，出水管B的出水端连接水管接口c18。

试件密封装置A4、试件密封装置B12均整体采用透明有机玻璃制作；竖向升降装置A3和竖向升降装置B10均采用升降梯。

试件密封装置A4上方设置有顶部支架7，顶部支架7上设置有螺纹连接的螺杆8，螺杆8的尾端竖直向下设置，螺杆8用于抵接试件密封装置A4的顶板。

试件密封装置A4的水平方向断面为正方形。试件密封装置B12的上部水槽13、下部水槽14采用圆筒形结构。

混凝土试件15包括两种：边长为150mm的正方形试件3件，直径为100mm、高度为50mm的圆柱形试件3件。正方形试件通过水箱A1和试件密封装置A4进行施加水压从下而上的实验，圆柱形试件通过水箱B9和试件密封装置B12进行施加水压从上而下的实验。

实验过程如下：首先选择相应尺寸的混凝土试件15，之后将已经带有裂缝的混凝土试件放到相应的试件密封装置A4和试件密封装置B12中，之后采用环氧树脂等胶结材料将混凝土试件15安装固定。然后利用升降梯分别调节水箱A1和水箱B9至指定高程，之后不断充水保证水位维持恒定，此时水体分别沿着出水管A、出水管B与混凝土试件15接触，自愈过程开始发生。

最后，本实用新型通过调节水箱A1和水箱B9的高度，来改变混凝土试件15承受的水压力，从而实现在一定水压力的情况下，混凝土的自愈能力测试实验。每次实验可以进行两组，每组三个试件，正方形试件与圆柱形试件可以同时进行，两套水压系统独立相互不干扰，从而实现实验的真实可靠性。实验结束时，测量人造缝的闭合程度，并结合自愈实验前后裂缝处混凝土碎片的SEM图像，综合评价实验效果。

Claims (10)

1.用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：包括水箱A(1)和试件密封装置A(4)；水箱A(1)通过竖向升降装置A(3)安装于水箱支架A(2)上；试件密封装置A(4)的各面板之间均通过胶结材料进行粘接,形成一个密闭箱体；试件密封装置A(4)安装于试件测试平台(5)上；试件密封装置A(4)的底板中部固定连接有竖向设置的进水筒体(6)，进水筒体(6)的顶端相对于试件密封装置A(4)的底板凸起设置；进水筒体(6)的底部具有水管接口a(16)；试件密封装置A(4)的顶部设置有水管接口b(17)；水箱A(1)的出水口连接有出水管A，出水管A上设置有阀门，出水管A的出水端连接于水管接口a(16)或水管接口b(17)；试件密封装置A(4)的外表面设置有透明材料形成的观测窗口。

2.如权利要求1所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：试件密封装置A(4)的四周侧面板及顶板均采用透明材料制作。

3.如权利要求1所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：试件密封装置A(4)的水平方向断面为矩形。

4.如权利要求1所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：试件密封装置A(4)上方设置有顶部支架(7)，顶部支架(7)上设置有螺纹连接的螺杆(8)，螺杆(8)的尾端竖直向下设置，螺杆(8)用于抵接试件密封装置A(4)的顶板。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：还包括水箱B(9)，水箱B(9)通过竖向升降装置B(10)安装于水箱支架B(11)上；水箱B(9)的出水口连接有出水管B，出水管B上设置有阀门；试件密封装置A(4)数量为多个，并且使得其中一部分试件密封装置A(4)的水管接口a(16)连接出水管A、另一部分试件密封装置A(4)的水管接口b(17)连接出水管B，或者使得其中一部分试件密封装置A(4)的水管接口a(16)连接出水管B、另一部分试件密封装置A(4)的水管接口b(17)连接出水管A。

6.如权利要求1至4中任意一项所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：还包括水箱B(9)和试件密封装置B(12)；水箱B(9)通过竖向升降装置B(10)安装于水箱支架B(11)上；试件密封装置B(12)安装于试件测试平台(5)上；试件密封装置B(12)包括用于封闭混凝土试件上表面的上部水槽(13)以及用于封闭混凝土试件下表面的下部水槽(14)；上部水槽(13)的开口朝下、顶部设置有水管接口c(18)；下部水槽(14)的开口朝上、底部设置有水管接口d(19)；水箱B(9)的出水口连接有出水管B，出水管B上设置有阀门，出水管B的出水端连接水管接口c(18)或水管接口d(19)；试件密封装置B(12)的外表面设置有透明材料形成的观测窗口。

7.如权利要求6所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：上部水槽(13)整体采用透明材料制作，下部水槽(14)的四周侧面板均采用透明材料制作。

8.如权利要求6所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：试件密封装置B(12)上方设置有顶部支架(7)，顶部支架(7)上设置有螺纹连接的螺杆(8)，螺杆(8)的尾端竖直向下设置，螺杆(8)用于抵接试件密封装置B(12)的顶板。

9.如权利要求1至4中任意一项所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：还包括混凝土试件(15)，混凝土试件(15)安装于试件密封装置A(4)内，混凝土试件(15)的底面与进水筒体(6)的顶端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件(15)的四周与试件密封装置A(4)的内壁通过胶结材料封闭连接，混凝土试件(15)的裂缝竖向设置。

10.如权利要求6所述的用于测试混凝土裂缝自愈能力的实验装置系统，其特征在于：还包括混凝土试件(15)，混凝土试件(15)在试件密封装置A(4)内的安装结构为：混凝土试件(15)的底面与进水筒体(6)的顶端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件(15)的四周与试件密封装置A(4)的内壁通过胶结材料封闭连接，混凝土试件(15)的裂缝竖向设置；

混凝土试件(15)在试件密封装置B(12)内的安装结构为：混凝土试件(15)的底面与下部水槽(14)的顶端面通过胶结材料封闭连接，混凝土试件(15)的顶面与上部水槽(13)的底端面通过胶结材料封闭连接；混凝土试件(15)的裂缝竖向设置。