一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置及方法，它包括用于进行渗透溶蚀试验的渗透溶蚀试验装置和用于进行断裂试验的断裂试验装置。该装置和方法可以在长期高水头压力作用下测试渗透溶蚀对水工混凝土断裂特性的影响。水工混凝土断裂特性的影响。水工混凝土断裂特性的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及混凝土试验领域，特别涉及一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置及方法。

技术介绍

[0002]水电作为构建以新能源为主体的新型电力系统重要组成部分，得到了快速发展，装机规模有望突破4亿千瓦。随着“双碳”目标的实现，水电开发潜力仍然巨大。水工混凝土防渗结构（防渗面板、混凝土坝体、防渗帷幕等）作为水电站重要防渗系统，由于受材料设计、施工环境等因素影响，水工混凝土不可避免存在微裂缝。同时，混凝土防渗结构长期在一定水力梯度作用下易发生渗透溶蚀现象，导致混凝土材料固相钙分解，微裂缝劣化损伤、扩展，影响结构的耐久性和实用性。混凝土断裂性能是反映混凝土材料抵抗裂缝发展的能力，因此研究渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能具有重要意义。
[0003]试验是揭示混凝土材料结构的断裂特性，环境水溶液对混凝土材料的影响效应和劣化损伤机理重要手段。已有学者和研究单位关于渗透溶蚀作用下混凝土结构断裂特性研究开展了大量的试验工作，然而多是针对未考虑水力梯度作用的接触溶蚀，不能真实反映库水溶液对水工混凝土结构的影响，并且由于试验设备限制，一定水力梯度下渗透溶蚀过程中混凝土试件数量存在限制，影响试验效率，且试验装置笨重、操作不方便。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂试验研究的局限性，本专利技术提供一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置及方法，该装置和方法可以在长期高水头压力作用下测试渗透溶蚀对水工混凝土断裂特性的影响。
[0005]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，它包括用于进行渗透溶蚀试验的渗透溶蚀试验装置和用于进行断裂试验的断裂试验装置。
[0006]所述渗透溶蚀试验装置包括渗透溶蚀压力室，所述渗透溶蚀压力室的顶部通过螺杆和硅胶垫固定安装有压力室顶盖，并形成密封溶蚀室；所述渗透溶蚀压力室的内部设置有多层间隔设置的透水支撑板。
[0007]所述透水支撑板上均布加工有用于透水的透水孔，所述透水支撑板用于支撑放置水工混凝土试件。
[0008]所述断裂试验装置包括荷载控制系统、支撑座、测量组件和高速摄像仪采集系统；所述支撑座的顶部安装有用于进行加载的荷载控制系统，所述荷载控制系统的加载端安装有加载垫板，所述加载垫板用于对支撑在支撑座上的溶蚀后水工混凝土试件进行加载试验；所述荷载控制系统能够实现位移控制和荷载控制加载方式，采用位移控制方式时，恒定的加载速率能够达到0.001mm/s。
[0009]所述测量组件包括数据采集分析系统、声发射采集系统以及分别与数据采集系统连接的应变片、夹式引伸计、挠度传感器、压力传感器与声发射采集系统相连接的声发射探头；在测量不同渗透溶蚀条件对水工混凝土断裂特性的影响时，将压力传感器放置于加载垫板中心位置顶部表面与荷载控制系统上加载板表面中心位置接触，在溶蚀后水工混凝土试件的预制裂缝中间布设夹式引伸计，在溶蚀后水工混凝土试件中间位置顶部表面布设挠度传感器并与荷载控制系统上加载板接触，并且在溶蚀后水工混凝土试件的预制裂缝为中心线在裂缝尖端左右两侧各布置一个应变片。
[0010]所述渗透溶蚀压力室内侧涂有绝热和耐腐蚀材料；所述渗透溶蚀压力室底部设置有压力室排水口，并用于试验开始前排出压力室内空气。
[0011]所述压力室顶盖设有压力室进水口和水压力传感器；所述水压力传感器用于监测压力室内水压力值，使其保持恒定的试验目标设计值。
[0012]通过压力室进水口向密封溶蚀室内注入模拟渗透溶蚀环境的水溶液，所述水溶液为高浓度的硝酸铵、氯化铵、硫酸铵中的一种或几种溶液的混合液；所述压力室进水口还能够用于注入酸性溶液，进而模拟库水长期化学侵蚀作用对混凝土材料物理力学性质的影响。
[0013]所述压力传感器、夹式引伸计、挠度传感器测量精度至少为0.05%，温度传感器数据采集精度为
±
0.1℃，能够满足测量控制要求；高速摄像仪系统设有高速摄像机、三脚架云台、显示屏、数据实时采集分析系统，最高采集速率fps为100000；数据采集分析系统设有采集通道、显示屏和采集分析软件，采集通道通过数据线分别实时采集各传感器和应变数据，可供显示屏上采集分析软件实时保存数据和处理分析。
[0014]采用一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：第一步，确定渗透溶蚀试验水力梯度：采用数值仿真手段确定需要研究的水电站水工防渗结构的水力梯度，并在基础上，确定试验所采用的水力梯度；第二步，制备混凝土断裂试件：按照水工混凝土断裂试验规程，在模具长边板距开口边缘一定距离的正中位置预制贯通切口，同时打磨预制配套的成缝钢片，按照需要研究的水电站水工防渗结构施工配合比浇筑混凝土并振捣密实，初凝时间拔出钢片形成初始预制裂缝，最后在室温条件中养护一段时间第三步，组装密封渗透溶蚀压力室：将养护一段时间、表面无明显缺陷的混凝土断裂试件放置渗透溶蚀压力室中带有透水孔的透水支撑板上，并将硅胶垫包裹渗透溶蚀压力室顶部，同时将压力室顶盖与渗透溶蚀压力室顶部位置对好位后，放置在硅胶垫上；完成后使用螺杆将压力室顶盖和渗透溶蚀压力室密封固定；第四步：提供渗透溶蚀环境：打开压力室进水口，向渗透溶蚀压力室注入水溶液，排除渗透溶蚀压力室内空气后，关闭压力室排水口，注入试验用渗透溶蚀溶液，并加压，水压力传感器监测渗透溶蚀压力室内水压力值，直至达到试验设定值；第五步：粘贴应变片和声发射探头：当渗透溶蚀压力室内试件在一定水力梯度下渗透溶蚀时间达到试验所需时间后，关闭压力室进水口，排空渗透溶蚀溶液，从需要开展断裂试验的溶蚀后水工混凝土试件从渗透溶蚀压力室中取出，然后重新密封渗透溶蚀压力室，重新注入渗透溶蚀溶液，重复上述步骤，继续进行渗透溶蚀试验至下一个试验时间，取
出的断裂试件，放置室内阴影通风位置一段时间后，擦除表面水分，以溶蚀后断裂试件预制裂缝为中心线在裂缝尖端左右两侧各粘贴布置一个应变片；以溶蚀后断裂试件预制裂缝为中心线在距离裂缝尖端一段距离位置分别粘贴布置声发射探头；第六步，组装断裂试验装置：将支撑座放置在荷载控制系统的工作台上，并调整两支撑座之间距离至试验值，将布置应变片和声发射探头的断裂试件放置支撑座上，然后在断裂试件裂缝中间安装夹式引伸计，在断裂试件顶部表面中心位置布置压力传感器，同时在压力传感器顶部放置加载垫板与荷载控制系统加载板表面接触，然后在试件顶部表面预制裂缝所在的竖向平面内安置挠度传感器，并使其顶部与荷载控制系统的加载板表面接触；第七步，组装测量组件：分别将压力传感器、挠度传感器和夹式引伸计与数据采集分析系统相连接；将声发射探头与声发射采集系统连接；然后调整架设高速摄像仪系统，使得高速摄像机正对裂缝扩展区域；根据试验设计设置采集时间间隔和数据处理方式；第八步，开始试验：设定荷载控制系统位移控制速率，缓慢加载荷载，直至试件断裂，运用测量组件实时记录分析荷载
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于，它包括用于进行渗透溶蚀试验的渗透溶蚀试验装置和用于进行断裂试验的断裂试验装置。2.根据权利要求1所述一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于：所述渗透溶蚀试验装置包括渗透溶蚀压力室（13），所述渗透溶蚀压力室（13）的顶部通过螺杆（19）和硅胶垫（20）固定安装有压力室顶盖（14），并形成密封溶蚀室；所述渗透溶蚀压力室（13）的内部设置有多层间隔设置的透水支撑板（17）。3.根据权利要求2所述一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于：所述透水支撑板（17）上均布加工有用于透水的透水孔，所述透水支撑板（17）用于支撑放置水工混凝土试件（1）。4.根据权利要求1所述一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于：所述断裂试验装置包括荷载控制系统（4）、支撑座（3）、测量组件和高速摄像仪采集系统（21）；所述支撑座（3）的顶部安装有用于进行加载的荷载控制系统（4），所述荷载控制系统（4）的加载端安装有加载垫板（22），所述加载垫板（22）用于对支撑在支撑座（3）上的溶蚀后水工混凝土试件（23）进行加载试验；所述荷载控制系统（4）能够实现位移控制和荷载控制加载方式，采用位移控制方式时，恒定的加载速率能够达到0.001mm/s。5.根据权利要求4所述一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于：所述测量组件包括数据采集分析系统（11）、声发射采集系统（10）以及分别与数据采集系统连接的应变片（5）、夹式引伸计（6）、挠度传感器（8）、压力传感器（9）与声发射采集系统相连接的声发射探头（7）；在测量不同渗透溶蚀条件对水工混凝土断裂特性的影响时，将压力传感器（9）放置于加载垫板（22）中心位置顶部表面与荷载控制系统（4）上加载板表面中心位置接触，在溶蚀后水工混凝土试件（23）的预制裂缝（2）中间布设夹式引伸计（6），在溶蚀后水工混凝土试件（23）中间位置顶部表面布设挠度传感器（8）并与荷载控制系统（4）上加载板接触，并且在溶蚀后水工混凝土试件（23）的预制裂缝（2）为中心线在裂缝尖端左右两侧各布置一个应变片（5）。6.根据权利要求2所述一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于：所述渗透溶蚀压力室（13）内侧涂有绝热和耐腐蚀材料；所述渗透溶蚀压力室（13）底部设置有压力室排水口（18），并用于试验开始前排出压力室内空气。7.根据权利要求2所述一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于：所述压力室顶盖（14）设有压力室进水口（15）和水压力传感器（16）；所述水压力传感器（16）用于监测压力室内水压力值，使其保持恒定的试验目标设计值。8.根据权利要求7所述一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于：通过压力室进水口（15）向密封溶蚀室内注入模拟渗透溶蚀环境的水溶液，所述水溶液为高浓度的硝酸铵、氯化铵、硫酸铵中的一种或几种溶液的混合液；所述压力室进水口（15）还能够用于注入酸性溶液，进而模拟库水长期化学侵蚀作用对混凝土材料物理力学性质的影响。9.根据权利要求5所述一种测试渗透溶蚀作用下水工混凝土断裂性能的试验装置，其特征在于：所述压力传感器（9）、夹式引伸计（6）、挠度传感器（8）测量精度至少为0.05%，温度传感器数据采集精度为
±
0.1℃，能够满足测量控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘得潭，何传凯，刘顺东，张海库，魏步云，谭晓霞，李贵吉，商永喜，陈磊，赵一帆，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司，
类型：发明
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