CN209690111U - 一种平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于混凝土材料耐久性检测设备技术领域，具体涉及一种平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置，主体结构包括混凝土试件、下钢板、钢箍、钢圆柱群、环形板、硅胶管、上钢板、螺纹杆、弹簧、螺母、供水箱、注水管、注水阀门、储水箱、气压平衡孔、硅胶软管、出水管、质量传感器、多通道数据采集器、计算机和应变片，混凝土试件利用钢圆柱群进行加载，以实现平行持载方向的混凝土吸水量测试，在施加持续荷载作用的同时，测量平行持载方向混凝土的表面吸水率，能够解决荷载作用与平行持载方向混凝土吸水过程的耦合问题，为研究平行于持载方向的混凝土吸水影响机理和变化规律奠定基础；其结构简单，操作简便，使用环境友好。

Description

一种平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置

技术领域：

本实用新型属于混凝土材料耐久性检测设备技术领域，具体涉及一种平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置。

背景技术：

混凝土在服役过程中不仅会经受氯盐的侵蚀、冻融、碳化作用，而且风、车辆、波浪荷载也会加快其恶化过程，造成混凝土开裂甚至剥落。荷载产生的微裂缝对混凝土结构耐久性有明显影响，且与服役环境的双重作用又会加速混凝土性能退化。此外，对于混凝土材料的诸多耐久性劣化问题，水分的存在和传输是不可或缺的关键因素。水分及其所携带的有害介质由毛细作用侵入混凝土内部，产生一系列的物理、化学反应，导致混凝土结构承载力降低，极大减少结构的服役寿命。目前，广泛采用吸水率来评价建筑材料的吸水特征，并进而将其作为描述建筑材料耐久性的一个重要指标。然而，荷载方向会影响水分传输过程，决定着其水分传输速率。

现有的混凝土吸水率测试设备不少：中国专利201810127829.6公开的一种再生无砂多孔混凝土吸水率测试装置包括称重器，称重器上放置有圆柱型容器，圆柱型容器上方放置有输水管，输水管上安装有夹持器，输水管另一端与容器瓶相连，容器瓶与称重传感器固定连接，称重传感器通过导线与计算机连接，称重传感器固定安装在立杆上部，立杆底部安装有三角支架；圆柱型容器中部为试样区，试样区下方为圆柱型容器底部，在试样区上方A2处安装有第二传感器，在A2下方A3处安装有第三传感器，A3处于试样区范围内，在A2上方A1处安装有第一传感器，第一传感器、第二传感器、第三传感器通过导线与模拟数字转换器连接，第一传感器、第二传感器、第三传感器互相并联，模拟数字转换器通过导线与处理器连接，处理器一侧通过导线与蜂鸣器连接；处理器另一侧通过导线与无线数据发射器连接，无线数据接收器通过导线与数据处理器连接，数据处理器通过导线与控制器连接，控制器通过导线与第一电阻连接，第一电阻通过导线与三极管连接，三极管包括基极、集电极、发射极，集电极通过导线与第二电阻相连；夹持器内安装有电磁感应装置，集电极通过导线与电磁感应装置的C1端相连，控制器和发射极通过导线与电磁感应装置的C2端相连，电磁感应装置包括线圈铁芯，线圈铁芯外环绕有漆包线线圈，电磁感应装置一侧安装有第一弹簧，电磁感应装置另一侧安装有第二弹簧，电磁感应装置一端对应的夹持器内壁处安装有第一金属片，电磁感应装置另一端对应的夹持器内壁处安装有第二金属片，第二弹簧另一侧安装有夹持器上端口、夹持器下端口；中国专利201710698341.4公开的一种实时监测混凝土类材料吸水率的监测系统由吸水监测装置和水蒸发监测装置两部分构成；所述吸水监测装置由固定端、绳索、盛水容器I、网兜、测试材料、电子天平I和监控装置I构成，其中：所述绳索的上端与固定端相连，下端与网兜相连；所述网兜位于盛水容器I内，测试材料安装在网兜中；所述盛水容器I放置在电子天平I上；所述监测装置I用于连续记录电子天平I的示数变化；所述水蒸发监测装置由进水管、盛水容器II、电子天平II和监控装置II构成，其中：所述进水管设置在盛水容器II的上方；所述盛水容器II放置在电子天平II上；所述监控装置II用于连续记录电子天平II的示数变化；中国专利201720610281.1公开的一种混凝土表面吸水率测定仪包括测试水箱、进水管、控制阀、水位计、立杆、夹紧装置和位置感应器；所述进水管固定安装在测试水箱)的下端一侧壁上；所述控制阀固定安装在进水管上；所述水位计固定安装在测试水箱的中段侧壁上，且位于进水管的相对端；所述立杆的下端固定安装在测试水箱的内部底端；所述夹紧装置固定安装在立杆的顶端上；所述位置感应器固定安装在测试水箱的内壁上，且安装高度和立杆的高度相同；中国专利201720023957.7公开的一种测定混凝土表面硅烷涂层吸水率的装置包括顶部全开口的长方体试验盒，在所述的试验盒内部设有多个固定在底面上的支撑棒，所述的支撑棒用于架空混凝土试件，且所有支撑棒的最高点位于同一水平面；在所述的试验盒的外部设有一个顶面全开口的调节盒，在所述的调节盒一个侧面上有一个排水口，与之相对的另一个侧面上设有一个进水口，所述的进水口的位置比排水口高；所述的调节盒用连通管与试验盒连通，其用于控制试验盒的水面高度；在取放混凝土试件、混凝土试件吸水作用以及水分蒸发作用会造成水面高度变化时，通过进水口注水，排水口排水，保持调节盒内部水面高度恒定，再通过连通管保持试验盒内部水面高度恒定；中国专利201720349209.8公开的一种混凝土表面吸水率测定仪包括混凝土取样箱、吸水率测定箱、盖板、位置调节器、橡胶垫圈、弹性绳、紧固卡扣、吸水海绵、测量用水和湿度传感器；所述吸水率测定箱的下方设置有橡胶垫圈，所述吸水率测定箱的外侧设置有混凝土取样箱，所述混凝土取样箱的侧面设置有位置调节器，所述位置调节器向内连接有湿度传感器，所述吸水率测定箱的上方设置有盖板，所述盖板的边沿设置有弹性绳，所述弹性绳通过紧固卡扣可拆卸的固定在混凝土取样箱的外侧，所述吸水率测定箱内部的上方设置有吸水海绵，所述吸水率测定箱内部的下方设置有测量用水。

由于受试验室条件的制约，难以同时实现持载—介质传输方向平行的操作，关于持载下混凝土吸水性能研究，大部分仅开展卸载后或垂直持载方向吸水性能分析。混凝土内部裂缝与孔隙在卸载后会出现闭合的现象，其实际服役情况下的损伤状况和介质传输性质未能真实反映；同时，荷载作用下混凝土的纵横向应变相差较大，平行持载方向混凝土的内部裂缝及孔隙发展状况也不同于垂直持载的情况。另外，现有技术中的混凝土吸水率测试装置未能实现混凝土吸水过程的实时、连续性监测。因此，开展平行持载方向混凝土吸水率实时监测装置研发，对完善混凝土耐久性基础理论及对提高混凝土服役寿命预测准确性具有重要作用。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的难以实现监测平行持载方向的混凝土吸水率测试的问题和无法对混凝土试件吸水量进行实时、连续监测的问题，研发一种平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置。

为了实现上述目的，本实用新型涉及的平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置的主体结构包括混凝土试件、下钢板、钢箍、钢圆柱群、环形板、硅胶管、上钢板、螺纹杆、弹簧、螺母、供水箱、注水管、注水阀门、储水箱、气压平衡孔、硅胶软管、出水管、质量传感器、多通道数据采集器、计算机和应变片；圆柱形结构的混凝土试件的下表面与矩形板状结构的下钢板粘接式连接，混凝土试件的顶端外围套设有环状结构的钢箍，混凝土试件的上表面与圆形结构的钢圆柱群粘接式连接，钢圆柱群的外围套设有环状结构的环形板，硅胶管的上端与环形板连接，硅胶管的下端与混凝土试件连接并由钢箍紧固，混凝土试件通过钢箍和硅胶管与环形板连接，钢圆柱群的顶面均与矩形板状结构的上钢板连接，环形板与上钢板粘贴式连接，环形板和硅胶管将混凝土试件以上，上钢板以下，钢圆柱群的外围包围形成密封空间，四根圆柱形的螺纹杆穿过上钢板的四个角部后与下钢板连接，螺纹杆的顶端套设弹簧后与螺母连接，内空式结构的供水箱的底部设置有注水管，注水管上设置有两个注水阀门，注水管的另一端与环形板连接，内空式结构的储水箱的顶部设置有气压平衡孔，储水箱的底部设置有硅胶软管，硅胶软管的另一端与出水管连接，出水管与环形板连接，储水箱的下方设置有质量传感器，质量传感器与多通道数据采集器电连接，多通道数据采集器分别与计算机和粘贴在混凝土试件侧面的应变片电连接，质量传感器与计算机通过USB连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：1、混凝土试件利用钢圆柱群进行加载，以实现平行持载方向的混凝土吸水量测试，在施加持续荷载作用的同时，测量平行持载方向混凝土的表面吸水率，能够解决荷载作用与平行持载方向混凝土吸水过程的耦合问题，为研究平行于持载方向的混凝土吸水影响机理和变化规律奠定基础；2、上钢板与螺母之间通过弹簧进行传力，减少混凝土试件徐变造成的应力损失，混凝土试件上粘贴的应变片能够实时监控混凝土试件所处的应力水平，在应力发生的损失时能够及时通过调整螺母保证应力处于目标状态；3、由于质量传感器与计算机连接，储水箱质量减少量与时间的变化规律能够实时传递至计算机中并实时绘制混凝土试件累计吸水量曲线，减小人为读数引起的误差；4、混凝土试件通过钢箍和硅胶管与环形板连接，操作简单且能够重复利用，储水箱放在质量传感器上实时、连续测试混凝土试件的毛细吸水量，能够在不同荷载下实现混凝土试件毛细吸水率的高精度测量要求；其结构简单，操作简便，使用环境友好。

附图说明：

图1为本实用新型的主体结构原理示意图。

图2为本实用新型的主体结构侧视原理示意图。

图3为本实用新型涉及的上钢板的结构原理示意图。

图4为本实用新型涉及的钢箍的结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置的主体结构包括混凝土试件1、下钢板2、钢箍3、钢圆柱群4、环形板5、硅胶管6、上钢板7、螺纹杆8、弹簧9、螺母10、供水箱11、注水管12、注水阀门13、储水箱14、气压平衡孔15、硅胶软管16、出水管17、质量传感器18、多通道数据采集器19、计算机20和应变片21；圆柱形结构的混凝土试件1的下表面与矩形板状结构的下钢板2粘接式连接，混凝土试件1的顶端外围套设有环状结构的钢箍3，混凝土试件1的上表面与圆形结构的钢圆柱群4粘接式连接，钢圆柱群4的外围套设有环状结构的环形板5，硅胶管6的上端与环形板5连接，硅胶管6的下端与混凝土试件1连接并由钢箍3紧固，混凝土试件1通过钢箍3和硅胶管6与环形板5连接，钢圆柱群4的顶面均与矩形板状结构的上钢板7连接，环形板5与上钢板7粘贴式连接，环形板5和硅胶管6将混凝土试件1以上，上钢板7以下，钢圆柱群4的外围包围形成密封空间，四根圆柱形的螺纹杆8穿过上钢板7的四个角部后与下钢板2连接，螺纹杆8的顶端套设弹簧9后与螺母10连接，内空式结构的供水箱11的底部设置有注水管12，注水管12上设置有两个注水阀门13，注水管12的另一端与环形板5连接，内空式结构的储水箱14的顶部设置有气压平衡孔15，储水箱14的底部设置有硅胶软管16，硅胶软管16的另一端与出水管17连接，出水管17与环形板5连接，储水箱14的下方设置有质量传感器18，质量传感器18与多通道数据采集器19电连接，多通道数据采集器19分别与计算机20和粘贴在混凝土试件1侧面的应变片21电连接，质量传感器18与计算机20通过USB(通用串行总线)连接。

本实施例涉及的混凝土试件1的上表面为吸水面；下钢板2和上钢板7的厚度相同，均为20-50mm，以使钢圆柱群4的每根钢圆柱受力相同；钢箍3的材质为不锈钢；钢圆柱群4由若干根圆柱形结构的钢圆柱组成，钢圆柱群4与上钢板7为一体式结构，钢圆柱群4对混凝土试件1的吸水面施加作用力；硅胶管6连接混凝土试件1一端的直径小于硅胶管6连接环形板5一端的直径；环形板5、供水箱11、注水管12、注水阀门13、储水箱14和出水管17的材质均为有机玻璃；螺纹杆8和螺母10通过弹簧9对上钢板7施加作用力，上钢板7与螺母10之间通过弹簧9进行传力，能够避免由于混凝土试件1的徐变造成应力损失；注水管12的直径大于出水管17的直径，以使供水箱11快速注满水，减小注水过程中混凝土试件1短期吸水对后期测量结果的影响，优选的，注水管12的外径和内经分别为10-15mm和8-13mm，出水管17的外径和内径分别为3-5mm和2-4mm；储水箱14为正方体结构，储水箱14内底面的坡度为2°，储水箱14的内底面比上钢板7的底面高1-2mm，以保证水充分回流；质量传感器18的量程范围为0-500g，精度为0.01g；多通道数据采集器19为USB接口数据采集产品，能够与带USB接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工控机连接构成高性能的数据采集测量系统；计算机20的内部储存有能够编写和记录储水箱14的质量减少量与时间关系的程序；应变片21为电阻应变片。

本实施例涉及的平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置使用时的工艺过程为：

一、使用建筑结构胶将环形板5与上钢板7永久密封连接，用环氧树脂对底面直径为100mm，高度为150mm的混凝土试件1的四个侧面做防水处理，并在其中一个侧面粘贴应变片21，将应变片21通过多通道数据采集器19连接至计算机20，使用硅胶管6将混凝土试件1与环形板5连接，并用钢箍3夹紧硅胶管6做密封处理，使用四根螺纹杆8将上钢板7和下钢板2连接，在螺纹杆8上套设弹簧9和螺母10，通过压力机对混凝土试件1施加作用力，待计算机20上显示混凝土试件1达到预定的应力水平后拧紧弹簧9上方的螺母10；

二、将储水箱14放置在质量传感器18上，使储水箱14的底面高于上钢板7的底面1-2mm，将储水箱14底部设置的硅胶软管16与出水管17连接，将质量传感器18连接至计算机20；

三、打开注水阀门13，供水箱11内的水流至储水箱14中，待储水箱14的质量增加值达到220-280g时，关闭注水阀门13，加水过程中，供水箱11内部的水位线保持高于储水箱14的底面10-15mm，停止加水后，打开计时器，运行计算机20中记录储水箱14的质量减少量与时间关系的程序，记录储水箱14的初始质量，计算机20实时监测储水箱14的质量减少量；

四、通过计算机20记录储水箱14的质量减少量随时间的变化规律，储水箱14的质量减少量的数值等于平行于加载方向的混凝土试件1的吸水量的数值，计算机20对储水箱14的质量减少量随时间变化的规律进行数据处理，实时绘制平行持载作用方向的混凝土试件1的累计吸水量曲线。

Claims (1)

1.一种平行持载作用方向的混凝土吸水率测试装置，其特征在于主体结构包括混凝土试件、下钢板、钢箍、钢圆柱群、环形板、硅胶管、上钢板、螺纹杆、弹簧、螺母、供水箱、注水管、注水阀门、储水箱、气压平衡孔、硅胶软管、出水管、质量传感器、多通道数据采集器、计算机和应变片；圆柱形结构的混凝土试件的下表面与矩形板状结构的下钢板粘接式连接，混凝土试件的顶端外围套设有环状结构的钢箍，混凝土试件的上表面与圆形结构的钢圆柱群粘接式连接，钢圆柱群的外围套设有环状结构的环形板，硅胶管的上端与环形板连接，硅胶管的下端与混凝土试件连接并由钢箍紧固，混凝土试件通过钢箍和硅胶管与环形板连接，钢圆柱群的顶面均与矩形板状结构的上钢板连接，环形板与上钢板粘贴式连接，环形板和硅胶管将混凝土试件以上，上钢板以下，钢圆柱群的外围包围形成密封空间，四根圆柱形的螺纹杆穿过上钢板的四个角部后与下钢板连接，螺纹杆的顶端套设弹簧后与螺母连接，内空式结构的供水箱的底部设置有注水管，注水管上设置有两个注水阀门，注水管的另一端与环形板连接，内空式结构的储水箱的顶部设置有气压平衡孔，储水箱的底部设置有硅胶软管，硅胶软管的另一端与出水管连接，出水管与环形板连接，储水箱的下方设置有质量传感器，质量传感器与多通道数据采集器电连接，多通道数据采集器分别与计算机和粘贴在混凝土试件侧面的应变片电连接，质量传感器与计算机通过USB连接。