微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法，涉及微生物混凝土裂缝修复领域，包括试验水槽、试件控制与自修复观测系统、注水排水系统、水流速度控制系统、含沙量控制系统和水温控制系统，所述试验水槽设置为环形，所述试件控制与自修复观测系统、所述注水排水系统、所述水流速度控制系统、所述含沙量控制系统和所述水温控制系统分别和所述试验水槽连接，所述试件控制与自修复观测系统设置于所述试验水槽的直形槽体部位的内部。本发明专利技术能够构建微生物混凝土裂缝自修复过程中所需水沙耦合环境，实现环境中水流速度、含沙量和水温的自动控制，能够调节混凝土开裂面与水流方向的夹角，观测裂缝自修复效果更加方便。方便。方便。

【技术实现步骤摘要】
微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法


[0001]本专利技术涉及微生物混凝土裂缝修复领域，尤其涉及微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法。

技术介绍

[0002]微生物自修复混凝土是一种新型智能混凝土材料，它是将包含细菌芽孢在内的微生物自修复剂预埋于混凝土内部而制成。当混凝土未开裂时，细菌芽孢在混凝土内部处于休眠状态。当混凝土开裂后，外部的水和氧气进入裂缝，激活裂缝周围的细菌芽孢，并利用MICP(Microbial Induced Carbonate Precipitate)的原理在裂缝中诱导产生CaCO3晶体，填充裂缝，实现裂缝的自修复。
[0003]研究成果表明，微生物自修复混凝土的裂缝修复过程必须要有自由水的参与，所以实验室中一般采用水下养护法进行微生物混凝土裂缝自修复试验。当水中有沙土存在时，悬浮的粉质沙土颗粒能够进入微生物自修复混凝土的裂缝，作为填充料的同时可以被裂缝中发生的MICP反应胶结，从而提高微生物自修复混凝土的修复效果。所以，微生物自修复混凝土在水沙环境中有更大的应用前景。但是，目前关于微生物自修复混凝土的试验装置主要关注于裂缝宽度的控制，还没有一种合适的试验装置和试验方法来检测微生物混凝土在水沙耦合环境中的裂缝自修复特性，无法对不同流速和不同含沙量条件下的裂缝自修复过程进行研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置与方法，构建微生物混凝土裂缝自修复过程中所需的水沙耦合环境，解决水沙耦合环境中水流速度、含沙量和水温的自动控制的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，包括试验水槽、试件控制与自修复观测系统、注水排水系统、水流速度控制系统、含沙量控制系统和水温控制系统，所述试验水槽设置为环形，所述试件控制与自修复观测系统、所述注水排水系统、所述水流速度控制系统、所述含沙量控制系统和所述水温控制系统分别和所述试验水槽连接，所述试件控制与自修复观测系统设置于所述试验水槽的直形槽体部位。
[0007]优选的，所述试验水槽包括连接为一体的顶板、底板和侧板，所述试验水槽的两侧套装有角钢支架，所述角钢支架通过螺栓固定在地面上，所述侧板上设置有刻度尺，所述试验水槽采用透明有机玻璃材料制成。
[0008]优选的，所述试件控制与自修复观测系统包括试件夹具装置和试件观测装置，所述试件夹具装置包括底座、伸缩杆和试件转动系统，所述底座固定在所述底板上，所述底座的顶部连接有伸缩杆，所述伸缩杆的顶部连接有试件转动系统，所述试件转动系统包括支架、滑轨和试件夹具，所述试件夹具的背部通过转动铰连接在所述支架的顶部，所述滑轨设
置为弧形，所述滑轨的一端固定在所述试件夹具背部的端部，所述滑轨的内部滑动连接有定位钉，所述滑轨的另一端通过定位钉连接在所述支架的侧方；
[0009]所述试件观测装置包括观测镜头、活动连杆和外部计算机设备,所述活动连杆的端部连接有观测镜头，所述活动连杆和所述观测镜头伸入所述试验水槽的内部，所述活动连杆通过导线和所述外部计算机设备电连接，所述顶板上开设有试件出入口。
[0010]优选的，所述试件夹具夹持有微生物自修复混凝土试件，且所述微生物自修复混凝土试件的开裂面朝外。
[0011]优选的，所述注水排水系统包括水泵和水槽出口，所述水泵的进水端与外部水源相连，所述水泵的出水端从所述试验水槽的顶板连通到内部，所述水槽出口设置在所述试验水槽的底端，且所述水槽出口上设置有阀门。
[0012]优选的，所述水流速度控制系统包括有流速控制器、流速计、水流推动器和稳流器，所述流速计、所述水流推动器和所述稳流器分别设置在所述试验水槽的内部，且所述流速计设置在所述微生物自修复混凝土试件的正前方，所述稳流器设置于所述流速计的前方，所述流速控制器设置在所述试验水槽的外部，所述流速计、水流推动器分别和所述流速控制器电连接。
[0013]优选的，所述水流推动器设置为螺旋桨，所述稳流器为多管道紧密结构。
[0014]优选的，所述含沙量控制系统包括加沙装置和立式搅拌器，所述加沙装置包括加沙漏斗、卧式搅拌器，所述加沙漏斗的底部穿过所述顶板伸入所述试验水槽的内部，所述卧式搅拌器安装在所述底板上，所述立式搅拌器伸入所述试验水槽的内部且所述立式搅拌器的顶部安装在所述顶板上；
[0015]所述立式搅拌器包括电动机械臂和塑料扫帚，所述电动机械臂的顶端连接有电源，所述电动机械臂的底端连接塑料扫帚。
[0016]优选的，所述水温控制系统包括水温控制器、水温计和加热器，所述水温计和所述加热器分别安装在所述顶板上，且所述水温计的底部和所述加热器的底部分别伸入所述试验水槽的液体中，所述水温控制器安装在所述试验水槽的外部，所述水温计、所述加热器分别和水温控制器电连接。
[0017]利用如上所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置的实验方法：
[0018]S1：试件布置，将预制裂缝的微生物自修复混凝土试件从所述试件出入口放置于所述试件夹具中，然后松动定位钉，使微生物自修复混凝土试件和滑轨围绕转动铰旋转，最终使试件开裂面达到试验条件要求的角度，之后旋紧定位钉，使微生物自修复混凝土试件固定不动，调整伸缩杆，使试件达到一个合适的高度；
[0019]S2：注水，关闭水槽出口的阀门，打开水泵向试验水槽中注水，通过侧板上的刻度尺读取注水体积，当注水体积达到设定水量V时，关闭水泵，注水停止；
[0020]S3：设置流速，根据试验条件要求，设置流速控制器的水流速度为Q，此时流速控制器开始控制水流推动器工作，试验水槽中的水开始流动，流速计实时监测水流速度，并将数据传送给流速控制器，当水流速度达到设计流速Q时，流速控制器控制水流推动器的转速，使水槽中水流保持在恒定流速Q；
[0021]S4：加沙，根据试验条件中对含沙密度η的要求，采用公式一计算需要加入水槽的
沙土质量m，通过加沙漏斗向水槽中加入质量为m的沙土，同时打开卧式搅拌器和立式搅拌器，使沙土在水中充分分散，并预防沉积，计算公式如下：
[0022]m＝η
·
V，
[0023]式中，m为沙土质量，η为沙土密度，V为沙土体积；
[0024]S5：设置水温，根据试验条件中对水温的要求，设置水温控制器的温度为T，此时水温计将试验水槽中的水温传输给水温控制器，若测量水温低于设计的水温T，水温控制器会控制加热器工作，使水温上升，当水温达到设计水温T后，水温控制器会控制加热器停止工作，在试验过程中，水温会被实时监控，以使水温保持在设计水温T；
[0025]S6：开展试验，当所有试验条件均达到设计要求后，开始微生物混凝土的裂缝自修复试验，每天通过外部计算机设备控制活动连杆，采用观测镜头观察裂缝的自修复状态，利用观测镜头得到的裂缝图像，测量裂缝在试验过程中的宽度变化，计算裂缝的自修复率，计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：包括试验水槽(1)、试件控制与自修复观测系统(2)、注水排水系统、水流速度控制系统、含沙量控制系统和水温控制系统，所述试验水槽(1)设置为环形，所述试件控制与自修复观测系统(2)、所述注水排水系统、所述水流速度控制系统、所述含沙量控制系统和所述水温控制系统分别和所述试验水槽(1)连接，所述试件控制与自修复观测系统(2)设置于所述试验水槽(1)的直形槽体部位的内部。2.根据权利要求1所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述试验水槽(1)包括连接为一体的顶板(1
‑
1)、底板(1
‑
2)和侧板(1
‑
3)，所述试验水槽(1)的两侧套装有角钢支架(1
‑
5)，所述角钢支架(1
‑
5)通过螺栓(1
‑
6)固定在地面上，所述侧板(1
‑
3)上设置有刻度尺(1
‑
4)，所述试验水槽(1)采用透明有机玻璃材料制成。3.根据权利要求2所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述试件控制与自修复观测系统(2)包括试件夹具装置和试件观测装置，所述试件夹具装置包括底座(2
‑
2)、伸缩杆(2
‑
3)和试件转动系统，所述底座(2
‑
2)固定在所述底板(1
‑
2)上，所述底座(2
‑
2)的顶部连接有伸缩杆(2
‑
3)，所述伸缩杆(2
‑
3)的顶部连接有试件转动系统，所述试件转动系统包括支架、滑轨(2
‑
4)和试件夹具(2
‑
7)，所述试件夹具(2
‑
7)的背部通过转动铰(2
‑
6)连接在所述支架的顶部，所述滑轨(2
‑
4)设置为弧形，所述滑轨(2
‑
4)的一端固定在所述试件夹具(2
‑
7)背部的端部，所述滑轨(2
‑
4)的内部滑动连接有定位钉(2
‑
5)，所述滑轨(2
‑
4)的另一端通过定位钉(2
‑
5)连接在所述支架的侧方；所述试件观测装置包括观测镜头(2
‑
8)、活动连杆(2
‑
9)和外部计算机设备(2
‑
10),所述活动连杆(2
‑
9)的端部连接有观测镜头(2
‑
8)，所述活动连杆(2
‑
9)和所述观测镜头(2
‑
8)伸入所述试验水槽(1)的内部，所述活动连杆(2
‑
9)通过导线(2
‑
11)和所述外部计算机设备(2
‑
10)电连接，所述顶板(1
‑
1)上开设有试件出入口(2
‑
12)。4.根据权利要求3所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述试件夹具(2
‑
7)夹持有微生物自修复混凝土试件(2
‑
1)，且所述微生物自修复混凝土试件(2
‑
1)的开裂面朝外。5.根据权利要求2所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述注水排水系统包括水泵(3)和水槽出口(4)，所述水泵(3)的进水端与外部水源相连，所述水泵(3)的出水端从所述试验水槽(1)的顶板(1
‑
1)连通到内部，所述水槽出口(4)设置在所述试验水槽(1)的底端，且所述水槽出口(4)上设置有阀门。6.根据权利要求4所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征在于：所述水流速度控制系统包括有流速控制器(5)、流速计(6)、水流推动器(7)和稳流器(8)，所述流速计(6)、所述水流推动器(7)和所述稳流器(8)分别设置在所述试验水槽(1)的内部，且所述流速计(6)设置在所述微生物自修复混凝土试件(2
‑
1)的正前方，所述稳流器(8)设置于所述流速计(6)的前方，所述流速控制器(5)设置在所述试验水槽(1)的外部，所述流速计(6)、水流推动器(7)分别和所述流速控制器(5)电连接。7.根据权利要求6所述的一种微生物混凝土在水沙耦合中裂缝自修复试验装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏殷，郭进军，元科，许颖，谷志强，孙元帅，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：