CN210090193U - 一种模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于海工混凝土材料耐久性试验设备技术领域，具体涉及一种模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置，压力机单元、试验箱单元、吹风单元、储液单元、溶液循环单元和浪溅单元构成；试验箱单元位于压力机单元内，吹风单元和浪溅单元位于试验箱单元内，试验箱单元通过溶液循环单元与储液单元连接；本试验装置使混凝土试件同时受到化学与力学耦合作用、处于海洋的多种环境类型以及承受实际服役过程中的荷载类型，指导实际工程。

Description

一种模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置

技术领域：

本实用新型属于海工混凝土材料耐久性试验设备技术领域，具体涉及一种模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置。

背景技术：

多年来人们对氯离子侵蚀混凝土引起的耐久性问题进行了研究，但大都围绕单一影响因素展开。然而，实际工程中的混凝土并不是在单一因素下工作的，一般都承受两种或两种以上的因素共同作用。多种因素共同作用时，对混凝土的损伤作用并不是各单一因素作用的简单叠加，各因素产生的交互作用使得实际服役过程中混凝土的破坏过程复杂化。在实际工程中，几乎所有混凝土都会承受不同类型的荷载作用，荷载往往引起混凝土中微裂缝产生和扩展，从而影响氯离子在混凝土的渗透性。但绝大部分研究没有考虑荷载或裂缝对氯离子渗透性的影响，尤其是没有考虑荷载引起的微裂缝影响，很少将钢筋腐蚀规律、氯离子渗透性能与荷载引起的微裂缝或者与荷载本身联系起来研究，而实际的工程结构往往是承受各种荷载作用的，混凝土中总是存在着因各种因素引起的裂缝或微裂缝。近年来，人们逐步开展了多因素作用下混凝土破坏机理的研究，但受试验装置及试验时间等因素的制约，又受混凝土材料等因素的影响往往使得研究结论不能很好地用于指导工程实践。

国内外在混凝土结构耐久性方面已开展了大量研究工作，但多数研究采用加速试验法。这类试验方法是通过提高温度、相对湿度、侵蚀介质浓度或引入现场不存在的因素(如电流等)来加速混凝土结构耐久性劣化，导致混凝土结构耐久性侵蚀机理、过程和结果与实际状况不符，研究成果难以应用于实际工程中。此外，现有混凝土耐久性研究方法多针对材料层次，欠缺混凝土结构耐久性方面试验方法。例如：中国专利201410380371.7公开的一种持续荷载下氯盐腐蚀钢筋混凝土构件的测试装置包括：持续荷载加载装置、氯盐快速腐蚀装置、测控装置，所述持续荷载加载装置包括：加载框架、加载驱动装置；所述加载框架包括：下横梁、上横梁、试验梁支撑架、反力梁、加载框架螺杆、螺帽、边支座，上横梁、试验梁支撑架、下横梁两端由四根加载框架螺杆依次穿孔连接组成井字型框架结构；反力梁两端固定于两根下横梁上方；边支座固定于上横梁下方；所述加载驱动装置包括：千斤顶、荷载传感器、分配梁；所述千斤顶固定于反力梁中部，千斤顶顶部设置有荷载传感器，荷载传感器顶部设置有球铰支座，球铰支座顶部设置分配梁，分配梁顶部两端对称设置有滚轴加载板；所述氯盐快速腐蚀装置包括：直流电源、氯盐溶液盛放框、腐蚀阴极及空气泵；所述氯盐溶液盛放框密封固定于试验梁中上部；所述直流电源负极连接有腐蚀阴极；所述空气泵连接有输气软管；所述氯盐溶液盛放框采用有机玻璃材质，氯盐溶液盛放框上边缘高于试验梁顶面 30-80mm，侧面底边缘低于试验梁中纵向钢筋20-80mm，氯盐溶液盛放框底边缘与试验梁通过粘结剂密封；氯盐溶液盛放框底面两端均设置有直径为8-15mm的溶液排出孔；所述测控装置包括：电化学测试仪、荷载测试装置、挠度测量装置、主控制箱；所述荷载测试装置包括：荷载传感器、荷载采集仪；所述挠度测量装置包括：位移计、位移采集仪；所述位移计通过位移计定位块固定于角钢中部，所述角钢通过螺杆与试验梁侧面相连接；所述主控制箱内设置有电化学测试仪、直流电源、荷载采集仪、位移采集仪、空气泵、单片机，电化学测试仪正输入端口与主控制箱A端口相连接，电化学测试仪负输入端口控制箱B端口相连接；直流电源正极与主控制箱A端口相连接，直流电源负极与主控制箱B端口相连接；空气泵出气口与主控制箱C端口相连接；所述主控制箱C端口与多条输气软管相连接，输气软管通至氯盐溶液盛放框底部，相邻输气软管排气端口的间距设置为 200-500mm；位移采集仪输入端口与主控制箱D端口相连接；荷载采集仪输入端口与主控制箱E端口相连接；所述主控制箱A端口通过导线与试验梁的纵筋相连接，主控制箱B端口通过导线与腐蚀阴极相连接，主控制箱C端口与输气软管相连接，主控制箱D端口通过数据线与位移计相连接，主控制箱E端口通过数据线与荷载传感器相连接；电化学测试仪、直流电源、荷载采集仪、位移采集仪、空气泵的控制端均与单片机相连接；所述单片机与输出设备相连接，可实时采集、显示、存储并打印输出测量数据；中国专利201710003604.5公开的一种荷载与环境耦合作用下试件耐久性试验装置包括一个模拟环境的工作舱、加载夹具、试件、内部传力装置、外部传力装置、内部支撑、外部支撑、千斤顶、反力架以及测试系统；其中外部支撑固定在大地上，工作舱安放在外部支撑上，工作舱内设置盐雾喷头、湿度测试仪以及氯离子含量测试仪，用于模拟和控制舱内环境对试件的氯离子侵蚀作用；内部传力装置连同加载夹具和试件，安放在工作舱内的内部支撑上，并通过内部传力装置穿出孔洞与外部传力装置连接；外部传力装置与千斤顶以及反力架相连；通过开启千斤顶，反力架将千斤顶引起的顶升力传递给外部传力装置，进而将力传递给内部传力装置和加载夹具并最终传递给试件，从而实现对工作舱内试件施加荷载，整个过程中通过测试系统完成试件在多因素共同作用下的耐久性性能测试；中国专利201810381886.7公开的一种可模拟滨海环境侵蚀与疲劳荷载耦合作用的实验装置包括疲劳荷载压力机，还包括储水型硅胶套、鼓风机、抽水泵、储液箱、第一电动阀、第二电动阀以及控制系统，所述储水型硅胶套中央设置有待测试件，待测试件与储水型硅胶套的上下两端接触处为密封连接，且待测试件伸出储水型硅胶套的上下两端，并置于疲劳荷载压力机的加载台面上；所述储水型硅胶套的上端设置有进水口，所述储水型硅胶套的下端设置有出水出气口；所述进水口通过进水管依次与第一电动阀、抽水泵以及储液箱依次连接；所述出水出气口通过出水出气管直接与储液箱连接；所述第一电动阀与进水口之间的进水管上还设置有进风口，所述进风口通过进气管依次与第二电动阀以及鼓风机连接；所述第一电动阀、第二电动阀均与控制系统连接。因此，研发设计一种模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置，同时考虑化学与力学耦合作用、海洋的多种环境类型以及实际服役过程中承受荷载类型，使其符合混凝土服役所处环境，能够广泛应用于混凝土耐久性试验。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置，使混凝土试件同时受到化学与力学耦合作用、处于海洋的多种环境类型以及承受实际服役过程中的荷载类型，指导实际工程。

为了实现上述目的，本实用新型涉及的模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置由压力机单元、试验箱单元、吹风单元、储液单元、溶液循环单元和浪溅单元构成；试验箱单元位于压力机单元内，吹风单元和浪溅单元位于试验箱单元内，试验箱单元通过溶液循环单元与储液单元连接；压力机单元的主体结构包括立柱、上横板、下横板、螺栓、螺丝帽、支撑架、垫板、传力板、活塞、螺杆、压力传感器、千斤顶、上压板和下压板；试验箱单元的主体结构包括试验箱、试验箱盖、试验箱通气孔、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器和温度传感器；吹风单元为吊扇；储液单元的主体结构包括连通水管、储液箱、连通阀门和储液箱通气孔；溶液循环单元的主体结构包括管架、进水水泵、进水阀门、出水管、出水水泵和出水阀门；浪溅单元的主体结构包括喷淋水管和喷淋头；四根立柱与上横板和下横板通过螺栓和螺丝帽连接成框架，上横板和下横板与螺丝帽之间均设置有支撑架和垫板，上横板的上表面设置有传力板，传力板的上表面设置有活塞，活塞与穿过上横板和传力板的螺杆的一端连接，螺杆的另一端进入设置在框架内部的试验箱后通过压力传感器与千斤顶连接，千斤顶的下方设置有上压板，试验箱的底部设置有下压板，试验箱的顶部设置有两扇对开的半圆形结构的试验箱盖，试验箱与试验箱盖铰接式连接，试验箱盖开设有一列试验箱通气孔，试验箱内壁等间距式设置有一圈吊扇，试验箱内侧壁上设置有上水位传感器和下水位传感器，试验箱内侧壁上还设置有温湿度传感器和温度传感器，试验箱通过连通水管与独立设置的内空式结构的储液箱连接，连通水管上设置有连通阀门，储液箱的顶部开设有两排平行的储液箱通气孔，门字形结构的管架由储液箱引出后进入试验箱，管架由设置在右侧的右立管、设置在左侧的弯折结构的左立管和设置在右立管与左立管之间的横立管连接构成，横立管为进水管，进水管上设置有进水水泵，左立管上部设置有进水阀门，右立管上分支出与左立管连接的出水管，出水管上设置有出水水泵和出水阀门，进水管与左立管交界处分支出两排喷淋水管，喷淋水管与设置在试验箱盖下表面的喷淋头连接，独立设置的控制箱通过导线分别与吊扇、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、连通阀门、进水水泵、进水阀门、出水水泵和出水阀门电连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：1、构造简单、安装方便，自动化程度较高，节省了人工、材料与时间成本，同时控制箱的整体控制功能和实时进行检测记录功能，提高了准确度；2、上水位传感器、下水位传感器、连通水管、试验箱与储液箱配合进行干湿循环试验，保证了水下区、潮汐区与浪溅区的界限分明，使水下区始终处于浸泡环境，潮汐区处于浸泡与干燥环境，浪溅区处于喷淋环境；3、同时考虑化学与力学耦合作用和动静联合加载的特点，更加符合混凝土服役所处的环境，能够广泛的应用于混凝土耐久性试验场合。

附图说明：

图1为本实用新型的主体结构原理示意图。

图2为本实用新型的局部结构剖视图。

图3为本实用新型涉及的试验箱盖的结构原理示意图。

图4为本实用新型涉及的吊扇的分布示意图。

图5为本实用新型涉及的储液箱通气孔的分布示意图。

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：

本实施例涉及的模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置的主体结构包括立柱1、上横板2、下横板3、螺栓4、螺丝帽5、支撑架7、垫板8、传力板9、活塞10、螺杆11、试验箱12、压力传感器13、千斤顶14、上压板15、下压板16、试验箱盖17、试验箱通气孔18、吊扇19、上水位传感器20、下水位传感器21、温湿度传感器22、温度传感器23、连通水管24、储液箱25、连通阀门26、储液箱通气孔27、管架28、进水水泵30、进水阀门31、出水管32、出水水泵33、出水阀门34、喷淋水管35、喷淋头36、控制箱37和导线38；四根立柱1与上横板2和下横板3通过螺栓4和螺丝帽5 连接成框架6，上横板2和下横板3与螺丝帽5之间均设置有支撑架 7和垫板8，上横板2的上表面设置有传力板9，传力板9的上表面设置有活塞10，活塞10与穿过上横板2和传力板9的螺杆11的一端连接，螺杆11的另一端进入设置在框架6内部的试验箱12后通过压力传感器13与千斤顶14连接，千斤顶14的下方设置有上压板15，试验箱12的底部设置有下压板16，试验箱12的顶部设置有两扇对开的半圆形结构的试验箱盖17，试验箱12与试验箱盖17铰接式连接，试验箱盖17开设有一列试验箱通气孔18，试验箱12内壁等间距式设置有一圈吊扇19，试验箱12内侧壁上设置有上水位传感器20 和下水位传感器21，试验箱12内侧壁上还设置有温湿度传感器22 和温度传感器23，试验箱12通过连通水管24与独立设置的内空式结构的储液箱25连接，连通水管24上设置有连通阀门26，储液箱 25的顶部开设有两排平行的储液箱通气孔27，门字形结构的管架28 由储液箱25引出后进入试验箱12，管架28由设置在右侧的右立管、设置在左侧的弯折结构的左立管和设置在右立管与左立管之间的横立管连接构成，横立管为进水管29，进水管上设置有进水水泵30，左立管上部设置有进水阀门31，右立管上分支出与左立管连接的出水管32，出水管32上设置有出水水泵33和出水阀门34，进水管29 与左立管交界处分支出两排喷淋水管35，喷淋水管35与设置在试验箱盖17下表面的喷淋头36连接，独立设置的控制箱37通过导线38 分别与吊扇19、上水位传感器20、下水位传感器21、温湿度传感器 22、温度传感器23、连通阀门26、进水水泵30、进水阀门31、出水水泵33和出水阀门34电连接。

本实施例涉及的活塞10的直径为150mm，行程为50nm；试验箱 12和储液箱25的材质均为耐盐溶液腐蚀的不锈钢，试验箱12的直径为500mm，高度为500mm，储液箱25的尺寸为0.4m×0.4m×0.4m；压力传感器13、千斤顶14、上压板15、下压板16、上水位传感器 20、下水位传感器21、温湿度传感器22、温度传感器23、连通水管 24、连通阀门26、管架28、进水水泵30、进水阀门31、出水管32、出水水泵33、出水阀门34、喷淋水管35、喷淋头36和导线38的材质均具有耐腐蚀性；上压板15和下压板16的长度和宽度均为200mm，上压板15与下压板16之间放置的混凝土试件的直径为100mm，高度为300mm，底层100mm为水下区，中间100mm为潮汐区，顶层100mm 为浪溅区；试验箱通气孔18的数量为6，每个试验箱盖17上有3个，试验箱通气孔18用于将干燥过程产生的水蒸气排出试验箱12；吊扇 19的数量为4，吊扇19之间的夹角为90°；上水位传感器20位于潮汐区与浪溅区交界处，下水位传感器21位于水下区与潮汐区交界处，上水位传感器20和下水位传感器21用于检测水位变化；温湿度传感器22位于连通水管24的上方，用于检测浪溅区混凝土试块所在环境的温度与湿度；温度传感器23位于水下区，用于检测水下区与潮汐区混凝土试块所在环境的温度；储液箱通气孔27的数量为8；控制箱37的外部设置有液晶显示屏，内部设置有单片机电路板，控制吊扇19、上水位传感器20、下水位传感器21、温湿度传感器22、温度传感器23、连通阀门26、进水水泵30、进水阀门31、出水水泵 33和出水阀门34的通断、设置干湿循环时间比，显示干湿状态，并记录干湿循环次数、温度、湿度和荷载值。

本实施例涉及的模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置使用时，在上压板15与下压板16之间放置混凝土试件，将压力传感器13与外接电脑相连，通过外接电脑设定混凝土试件所受荷载值，通过活塞10控制连接螺杆11、压力传感器13和千斤顶14下降，千斤顶14到达上压板15时，压力传感器13检测到混凝土试件受到的荷载，当荷载值达到设定值时，通过活塞10控制连接螺杆11、压力传感器13和千斤顶14停止下降，压力机单元始终处于工作状态；当底层和中间混凝土试件处于浸泡状态和顶层混凝土试件处于淋浴状态时，控制箱37控制连通阀门26、进水水泵30和进水阀门31开启，使连通水管24、进水管29和喷淋水管35连通储液箱25，储液箱25 中预先配置的溶液进入试验箱12中，当溶液到达上水位传感器20时，控制箱37控制进水阀门31关闭，试验箱12中的溶液升高到连通水管24后通过连通水管24回流至储液箱25，满足设定的湿润时间后，控制箱37控制连通阀门26和进水水泵30关闭，同时控制出水水泵 33和出水阀门34开启，使溶液排回储液箱25，当溶液降低到下水位传感器21时，控制箱37控制出水水泵33和出水阀门34关闭，使底层混凝土始终处于浸泡环境，相当于真实环境中的水下区，中间混凝土试件处于干湿循环环境，相当于真实环境中的潮汐区，顶层混凝土试件处于干湿循环环境，相当于真实环境中的浪溅区；当混凝土试件处于湿润状态时，控制箱37控制吊扇19关闭，当溶液排回储液箱 25后，控制箱37控制吊扇19开启，对混凝土试件进行干燥，水蒸气通过试验箱通气孔18排出，依此进行设定频次的混凝土试件干湿循环试验。

Claims (3)

1.一种模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置，其特征在于由压力机单元、试验箱单元、吹风单元、储液单元、溶液循环单元和浪溅单元构成；试验箱单元位于压力机单元内，吹风单元和浪溅单元位于试验箱单元内，试验箱单元通过溶液循环单元与储液单元连接。

2.根据权利要求1所述的模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置，其特征在于压力机单元的主体结构包括立柱、上横板、下横板、螺栓、螺丝帽、支撑架、垫板、传力板、活塞、螺杆、压力传感器、千斤顶、上压板和下压板；试验箱单元的主体结构包括试验箱、试验箱盖、试验箱通气孔、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器和温度传感器；吹风单元为吊扇；储液单元的主体结构包括连通水管、储液箱、连通阀门和储液箱通气孔；溶液循环单元的主体结构包括管架、进水水泵、进水阀门、出水管、出水水泵和出水阀门；浪溅单元的主体结构包括喷淋水管和喷淋头。

3.根据权利要求2所述的模拟海洋环境动静联合加载混凝土的试验装置，其特征在于四根立柱与上横板和下横板通过螺栓和螺丝帽连接成框架，上横板和下横板与螺丝帽之间均设置有支撑架和垫板，上横板的上表面设置有传力板，传力板的上表面设置有活塞，活塞与穿过上横板和传力板的螺杆的一端连接，螺杆的另一端进入设置在框架内部的试验箱后通过压力传感器与千斤顶连接，千斤顶的下方设置有上压板，试验箱的底部设置有下压板，试验箱的顶部设置有两扇对开的半圆形结构的试验箱盖，试验箱与试验箱盖铰接式连接，试验箱盖开设有一列试验箱通气孔，试验箱内壁等间距式设置有一圈吊扇，试验箱内侧壁上设置有上水位传感器和下水位传感器，试验箱内侧壁上还设置有温湿度传感器和温度传感器，试验箱通过连通水管与独立设置的内空式结构的储液箱连接，连通水管上设置有连通阀门，储液箱的顶部开设有两排平行的储液箱通气孔，门字形结构的管架由储液箱引出后进入试验箱，管架由设置在右侧的右立管、设置在左侧的弯折结构的左立管和设置在右立管与左立管之间的横立管连接构成，横立管为进水管，进水管上设置有进水水泵，左立管上部设置有进水阀门，右立管上分支出与左立管连接的出水管，出水管上设置有出水水泵和出水阀门，进水管与左立管交界处分支出两排喷淋水管，喷淋水管与设置在试验箱盖下表面的喷淋头连接，独立设置的控制箱通过导线分别与吊扇、上水位传感器、下水位传感器、温湿度传感器、温度传感器、连通阀门、进水水泵、进水阀门、出水水泵和出水阀门电连接。

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