复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置及方法，该装置通过正反向预紧力对面板试件施加恒定拉、压应力，密封高压侵蚀溶液施加高水压力和高水力梯度作用，并采用垫层摩擦装置提供面板所承受的摩擦力。该装置分为密封箱、隔离室和溶蚀室，密封箱密封高压侵蚀溶液，隔离箱用来保护传感器、加载轴等避免溶液侵蚀并作为拉应力施加的反力装置，溶蚀室限定渗透通道。滚轴支座使加载杆的水平压力全部由垫层块与面板试件间摩擦力来平衡，并通过压力传感器和水压传感器监控试件三向应力、垫层摩擦力和侵蚀溶液压力大小，并通过二次旋紧和补充溶液的方法来保持预紧力、摩擦力、溶液压力长期稳定。密封箱内可提供硫酸盐、氯盐等一种或几种渗透溶蚀环境。

【技术实现步骤摘要】
复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置及其方法
本专利技术属于模拟试验
，特别涉及一种复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置及其方法。本专利技术涉及到复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验方法及其装置，尤其是一种模拟混凝土面板复杂应力状态，承受垫层摩擦力作用和高水力梯度下硫酸盐、氯盐等侵蚀性溶液渗透溶蚀作用的试验装置及方法。
技术介绍
水工混凝土是一种多孔介质材料，应力状态与其孔隙比息息相关。在压应力较小时，混凝土内部孔隙闭合，在压应力较大时孔隙张开。承受拉力作用时，内部孔隙会张开，孔隙比增大。混凝土面板作为防渗结构在土石坝、砌石坝、碾压混凝土坝的防渗系统及其加固工程中被广泛应用。应力状态复杂，通常高混凝土面板坝的面板中间受压、两端受压，并且受到垫层摩擦力作用。混凝土面板长期受环境水作用，水中侵蚀性离子如硫酸根、氯离子等与水泥水化产物发生反应使其失去胶凝性而产生劣化，导致混凝土强度降低，面板承载力下降，严重的还会威胁大坝安全。因此，研究混凝土面板在拉、压应力-垫层摩擦-高水力梯度耦合作用下的溶蚀劣化性能对大坝安全运行和面板耐久性评价具有重要意义。国内外开展相对较多的是单向拉、压、弯曲荷载-化学侵蚀耦合作用下的混凝土溶蚀劣化试验，专门针对混凝土面板在拉、压应力、垫层摩擦以及高水力梯度耦合作用下的溶蚀劣化性能研究相对较少。如何对混凝土面板试件施加拉压应力、垫层摩擦力和侵蚀溶液高水力梯度作用是室内溶蚀试验的重点和难点。在对垫层施加水平向压力作用时，如何使垫层与试件间摩擦力与之平衡而不受反力支架及垫层底部透水石摩擦影响是试验能否进行的关键。并且，常规三向拉压荷载采用千斤顶液压加载，但是不能提供长期稳定荷载，装置成本高。配重和弹簧加载不能达到要的高应力水平，且装置笨重，不方便。
技术实现思路
为了实现在室内模拟混凝土面板在拉压力、垫层摩擦力和高水力梯度作用下的渗透溶蚀试验，本专利技术提供一种复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置及其方法，该装置及其方法可提供长期稳定垫层摩擦和三向应力作用研究侵蚀溶液对混凝土面板性能的影响。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置，包括密封室、隔离室和溶蚀室，所述密封室内设置有隔离室，隔离室内设置有溶蚀室；所述溶蚀室包括高弹性橡胶管2，高弹性橡胶管2内自下而上设置的基座8、下透水石9、钢珠轨道11、不锈钢珠10、垫层块12、混凝土面板试件1和上透水石15，基座8安装于密封室底板19上；所述混凝土面板试件1外高弹性橡胶管2两个相对的侧壁为受拉面，所述混凝土面板试件1外高弹性橡胶管2另外两个相对的侧壁为受压面，受拉面设置有拉力钢板3和拉力螺栓22，所述拉力螺栓22一端穿过拉力钢板3抵住混凝土面板试件1，另一端抵住受拉侧隔离室钢板16，所述拉力螺栓22上安装有拉力传感器24，所述受压面通过软钢垫层4连接压力钢板5，所述压力钢板5通过压力螺栓6固定于软钢垫层4上，所述压力螺栓6上安装有压力传感器7；所述隔离室包括受拉侧隔离室钢板16和受压侧隔离室钢板25，所述受拉侧隔离室钢板16和受压侧隔离室钢板25的底部固定于密封室底板19上，且分别位于受拉面和受压面外侧，受拉侧隔离室钢板16和受压侧隔离室钢板25的顶部分别连接高弹性橡胶管2顶部外壁，受拉侧隔离室钢板16、受压侧隔离室钢板25与高弹性橡胶管2之间形成密闭空间；所述密封室包括顶部设置有进水口、水压传感器29和内置轴压加载杆传感器36的轴压加载杆34，其中：所述上透水石15顶部设置有加压盖，所述加压盖的位置与轴压加载杆34相对应，溶蚀室对应的密封室底板19上设置有溶蚀室排水管，密封室外对应的密封室底板19上设置有密封箱排水管。进一步的，所述密封室包括密封室侧墙21，所述密封室侧墙21与密封室顶板35的相接处设置有密封箱止水橡皮32，所述轴压加载杆34穿过密封室顶板35伸入密封室，密封室顶板35与轴压加载杆34之间设置有轴压杆止水橡皮38，所述轴压加载杆34的伸入端外设置有轴压杆保护壳37。进一步的，所述垫层块12沿着不锈钢珠10运动的一侧设置有摩擦力加载轴13，所述摩擦力加载轴13上安装有摩擦力加载杆传感器33，所述摩擦力加载轴13通过加载支架14固定于密封室底板19上。进一步的，所述受拉侧隔离室钢板16、受压侧隔离室钢板25分别与高弹性橡胶管2的顶部外壁相接，且高弹性橡胶管2顶部内侧设有一凹槽，所述凹槽内设置有止水钢板，凹槽内外设置有止水橡皮27，所述止水橡皮27、高弹性橡胶管2和止水钢板通过螺钉26分别与受拉侧隔离室钢板16、受压侧隔离室钢板25固定。进一步的，所述受拉侧隔离室钢板16的外侧顶部通过传力杆20连接密封室侧墙21，所述受拉侧隔离室钢板16、受压侧隔离室钢板25的底部分别与密封室底板9之间设置有底面止水橡皮17，并通过底面螺栓18固定。进一步的，所述进水口上设置有进水口阀门28，所述溶蚀室排水管上设置有溶蚀室排水阀门31，所述密封室排水管上设置有密封室排水阀门30。进一步的，所述拉力螺栓22与受拉侧隔离室钢板16的连接处设置有滚轴支座23。进一步的，所述高弹性橡胶管的受拉面设置有预留孔，所述预留孔内安装有拉力钢板3，所述拉力钢板3和混凝土面板试件1通过结构胶粘结，所述高弹性橡胶管的受压面通过结构胶粘结软钢垫层4。进一步的，通过密封室的进水口通入侵蚀溶液，所述侵蚀溶液为硫酸钠、硫酸镁、氯化钠、氯化镁中任意一种或几种溶液的混合液。一种复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验方法，包括以下步骤：第一步，侵蚀溶液压力计算；第二步，压力螺栓和拉力螺栓强度要求计算；第三步，密封混凝土试件，首先在浇筑并养护好的混凝土标准试件1的受压面涂上乳胶，并采用高弹性橡胶管2在混凝土标准试件1外面密封；密封后，在受拉面的高弹性橡胶管2上切开预留口，并涂抹结构胶，将拉力钢板3粘贴在混凝土面板试件1上，待其达到粘结强度后，在受压面的高弹性橡胶管外粘贴软钢垫层4，在软钢垫层4上粘贴压力钢板5，在压力钢板5、拉力钢板3上均预留螺栓孔；限定渗流通道自混凝土标准试件1顶部流向底部；第四步，正向预紧力施加：采用压力螺栓6穿过压力钢板5上的螺栓孔，并旋紧压力螺栓6给混凝土标准试件1施加压应力，通过压力传感器7来监测预应力大小，直到指定荷载；第五步，组装基座并安装混凝土标准试件：在基座8上安装下透水石9，下透水石9上安装若干排内部设置有不锈钢珠10的钢珠轨道11，不锈钢珠10上安装垫层块12，并在垫层块12的一侧安装摩擦力加载轴13和用于支撑摩擦力加载轴13的加载支架14，混凝土标准试件1顶部安装上透水石15，基座8安装于密封室底板19上；第六步，安装受拉侧隔离室钢板：安装受拉侧隔离室钢板16，并采用底面止水橡皮17和底面螺栓18将其固定于密封室底板19上，将传力架20焊接到受拉侧隔离室钢板16和密封箱侧墙21之间；第七步，施加反向预紧力和摩擦力：将一端焊接在受拉侧隔离室钢板16上的拉力螺栓22穿过拉力钢板3上的螺纹孔，并旋紧拉力螺栓22给拉力钢板3施加拉力，施加反向预紧力到指定值；然后，通过摩擦力加载轴13施加水平向垂直受拉方向的摩擦力到指定值，并通过拉力传感器24监测摩擦力大小；第八步，安装受压侧隔离室钢板并密封：安装受压侧隔离室钢板25本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置，其特征在于：包括密封室、隔离室和溶蚀室，所述密封室内设置有隔离室，隔离室内设置有溶蚀室；所述溶蚀室包括高弹性橡胶管（2），高弹性橡胶管（2）内自下而上设置的基座（8）、下透水石（9）、钢珠轨道（11）、不锈钢珠（10）、垫层块（12）、混凝土面板试件（1）和上透水石（15），基座（8）安装于密封室底板（19）上；所述混凝土面板试件（1）外高弹性橡胶管（2）两个相对的侧壁为受拉面，所述混凝土面板试件（1）外高弹性橡胶管（2）另外两个相对的侧壁为受压面，受拉面设置有拉力钢板（3）和拉力螺栓（22，所述拉力螺栓（22）一端穿过拉力钢板（3）抵住混凝土面板试件（1），另一端抵住受拉侧隔离室钢板（16），所述拉力螺栓（22）上安装有拉力传感器（24），所述受压面通过软钢垫层（4）连接压力钢板（5），所述压力钢板（5）通过压力螺栓（6）固定于软钢垫层（4）上，所述压力螺栓（6）上安装有压力传感器（7）；所述隔离室包括受拉侧隔离室钢板（16）和受压侧隔离室钢板（25），所述受拉侧隔离室钢板（16）和受压侧隔离室钢板（25）的底部固定于密封室底板（19）上，且分别位于受拉面和受压面外侧，受拉侧隔离室钢板（16）和受压侧隔离室钢板（25）的顶部分别连接高弹性橡胶管（2）顶部外壁，受拉侧隔离室钢板（16）、受压侧隔离室钢板（25）与高弹性橡胶管（2）之间形成密闭空间；所述密封室包括顶部设置有进水口、水压传感器（29）和内置轴压加载杆传感器（36）的轴压加载杆（34），其中：所述上透水石（15）顶部设置有加压盖，所述加压盖的位置与轴压加载杆（34）相对应，溶蚀室对应的密封室底板（19）上设置有溶蚀室排水管，密封室外对应的密封室底板（19）上设置有密封箱排水管。...

【技术特征摘要】
1.一种复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置，其特征在于：包括密封室、隔离室和溶蚀室，所述密封室内设置有隔离室，隔离室内设置有溶蚀室；所述溶蚀室包括高弹性橡胶管（2），高弹性橡胶管（2）内自下而上设置的基座（8）、下透水石（9）、钢珠轨道（11）、不锈钢珠（10）、垫层块（12）、混凝土面板试件（1）和上透水石（15），基座（8）安装于密封室底板（19）上；所述混凝土面板试件（1）外高弹性橡胶管（2）两个相对的侧壁为受拉面，所述混凝土面板试件（1）外高弹性橡胶管（2）另外两个相对的侧壁为受压面，受拉面设置有拉力钢板（3）和拉力螺栓（22，所述拉力螺栓（22）一端穿过拉力钢板（3）抵住混凝土面板试件（1），另一端抵住受拉侧隔离室钢板（16），所述拉力螺栓（22）上安装有拉力传感器（24），所述受压面通过软钢垫层（4）连接压力钢板（5），所述压力钢板（5）通过压力螺栓（6）固定于软钢垫层（4）上，所述压力螺栓（6）上安装有压力传感器（7）；所述隔离室包括受拉侧隔离室钢板（16）和受压侧隔离室钢板（25），所述受拉侧隔离室钢板（16）和受压侧隔离室钢板（25）的底部固定于密封室底板（19）上，且分别位于受拉面和受压面外侧，受拉侧隔离室钢板（16）和受压侧隔离室钢板（25）的顶部分别连接高弹性橡胶管（2）顶部外壁，受拉侧隔离室钢板（16）、受压侧隔离室钢板（25）与高弹性橡胶管（2）之间形成密闭空间；所述密封室包括顶部设置有进水口、水压传感器（29）和内置轴压加载杆传感器（36）的轴压加载杆（34），其中：所述上透水石（15）顶部设置有加压盖，所述加压盖的位置与轴压加载杆（34）相对应，溶蚀室对应的密封室底板（19）上设置有溶蚀室排水管，密封室外对应的密封室底板（19）上设置有密封箱排水管。2.根据权利要求1所述的复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置，其特征在于：所述密封室包括密封室侧墙（21），所述密封室侧墙（21）与密封室顶板（35）的相接处设置有密封箱止水橡皮（32），所述轴压加载杆（34）穿过密封室顶板（35）伸入密封室，密封室顶板（35）与轴压加载杆（34）之间设置有轴压杆止水橡皮（38），所述轴压加载杆（34）的伸入端外设置有轴压杆保护壳（37）。3.根据权利要求1所述的复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置，其特征在于：所述垫层块（12）沿着不锈钢珠（10）运动的一侧设置有摩擦力加载轴（13），所述摩擦力加载轴（13）上安装有摩擦力加载杆传感器（33），所述摩擦力加载轴（13）通过加载支架（14）固定于密封室底板（19）上。4.根据权利要求1所述的复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置，其特征在于：所述受拉侧隔离室钢板（16）、受压侧隔离室钢板（25）分别与高弹性橡胶管（2）的顶部外壁相接，且高弹性橡胶管（2）顶部内侧设有一凹槽，所述凹槽内设置有止水钢板，凹槽内外设置有止水橡皮（27），所述止水橡皮（27）、高弹性橡胶管（2）和止水钢板通过螺钉（26）分别与受拉侧隔离室钢板（16）、受压侧隔离室钢板（25）固定。5.根据权利要求1所述的复杂作用下混凝土面板溶蚀劣化试验装置，其特征在于：所述受拉侧隔离室钢板（16）的外侧顶部通过传力杆（20）连接密封室侧墙（21），所述受拉侧隔离室钢板（16）、受压侧隔离室钢板（25）的底部分别与密封室底板（9）之间设置有底面止水橡皮（17）...

【专利技术属性】
技术研发人员：张开来，沈振中，甘磊，唐建洲，邱莉婷，江婷，曾奕滔，张恺，董作波，李安东，周清勇，龙一飞，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32