一种定量评价开裂混凝土修复后渗透性能的装置及方法与流程

1.本发明属于混凝土材料测试技术领域，具体涉及一种定量评价开裂混凝土修复后渗透性能的装置及方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国海洋经济的蓬勃发展，各项基础设施不断向远海化、深海化发展。由于深海压力大，海水侵蚀性强，目前深海混凝土开始出现一些病害。对于海底沉管等设施，倘若混凝土出现裂缝进而引发渗漏，后果将不堪设想。由此，我们需要在混凝土表面出现微型裂缝时对其进行修复，防止裂缝进一步发展。而研发出一种能模拟深海环境，测试混凝土修复前后渗透性能的装置及方法就显得尤为迫切。
3.目前，测试混凝土试件渗透性能的装置及方法很多，但是均存在很多弊端，导致测试效率低或者测试结果不准确。如：(1)因为在渗透的过程中，两个水槽之间的水头差会趋于零，导致渗流速度会越来越小，每次试验的周期长、试验效率低，无法满足短时间内测试多个混凝土试件的要求；(2)现有装置没有控制加压水槽和蓄水水槽气压不变的设备，使得目前的测试方法对渗透性能参数的测量有较大误差，进一步导致对试件渗透性能评估有较大偏差；(3)现有方法是通过获得渗流速度以评价开裂混凝土修复后的渗透性能，公式复杂，计算繁琐。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种定量评价开裂混凝土修复后渗透性能的装置及方法，单次试验时间短，试验效率高，测试结果准确可靠，每次试验后无需补水，节约水资源。
5.本发明提供了如下的技术方案：
6.第一方面，提供一种定量评价开裂混凝土修复后渗透性能的装置，包括恒压气泵、加压水箱、进水盒、出水盒、限位机构和蓄水水箱；
7.所述进水盒和出水盒相对设于待测试的混凝土试件两侧，所述限位机构用于对进水盒、混凝土试件和出水盒进行固定限位；
8.所述加压水箱连接进水盒，所述蓄水水箱连接出水盒，所述蓄水水箱通过回流管连接加压水箱；
9.所述恒压气泵连接加压水箱或蓄水水箱。
10.进一步的，所述进水盒和出水盒均为一侧面开口的盒体且开口侧边缘设有密封胶圈。
11.进一步的，所述限位机构包括第一限位板、第二限位板、导轨和螺纹杆，所述第一限位板和第二限位板相对设置，所述导轨滑动式贯穿第一限位板和第二限位板，所述螺纹杆贯穿第一限位板和第二限位板，所述螺纹杆外部套有用于调节第一限位板和第二限位板位置的锁定螺母。
12.进一步的，所述加压水箱的顶部设有气压表和第一进气管，所述第一进气管上设有第一气阀，所述加压水箱上设有第一透明标尺。
13.进一步的，所述蓄水水箱的顶部设有第二进气管，所述第二进气管上设有第二气阀，所述蓄水水箱上设有第二透明标尺。
14.进一步的，所述加压水箱的底部通过进水管连接进水盒，所述进水管上设有流速传感器，所述加压水箱与进水管的连接处设有第一水阀，所述加压水箱与回流管的连接处设有第一回流阀。
15.进一步的，所述蓄水水箱的底部通过出水管连接出水盒，所述蓄水水箱与出水管的连接处设有第二水阀，所述蓄水水箱与回流管的连接处设有第二回流阀。
16.第二方面，提供一种采用第一方面所述装置定量评价开裂混凝土修复后渗透性能的方法，包括以下步骤：
17.将进水盒和出水盒放置于开裂的混凝土试件两侧，保证进水盒和出水盒完全覆盖裂缝，然后通过限位机构固定进水盒、混凝土试件和出水盒；
18.关闭回流管，恒压气泵连接加压水箱，根据混凝土试件水下服役深度计算渗流压力，并将恒压气泵的气压设定为渗流压力；
19.打开加压水箱，使加压水箱内的水经过进水盒、开裂的混凝土试件和出水盒后进入蓄水水箱，以指定时间内加压水箱和蓄水水箱的水头差或者加压水箱和蓄水水箱达到指定水头差所需的时间为性能评价参数，记录性能评价参数数值；
20.记录完成后，打开回流管，恒压气泵连接蓄水水箱，使蓄水水箱内的水经过回流管进入加压水箱，直至加压水箱和蓄水水箱恢复原水头高度；
21.对开裂的混凝土试件进行修复，修复完成后，采用前述方法对混凝土试件修复后的开裂区以及未开裂区进行测试，记录性能评价参数数值；
22.基于所测得的性能评价参数数值对开裂的混凝土试件的修复效果进行定量评价。
23.进一步的，所述性能评价参数为指定时间内加压水箱和蓄水水箱的水头差，基于该性能评价参数进行定量评价的计算公式为：
[0024][0025]
式中，x
t
为固定时间t计算得到的修复指数，δh1、δh2和δh3分别为混凝土试件的开裂区、修复后的开裂区和未开裂区在指定时间t内测得到的加压水箱和蓄水水箱的水头差。
[0026]
进一步的，所述性能评价参数为加压水箱和蓄水水箱达到指定水头差所需的时间，基于该性能评价参数进行定量评价的计算公式为：
[0027][0028]
式中，xh为固定水头差h计算得到的修复指数，δt1、δt2和δt3分别为混凝土试件的开裂区、修复后的开裂区和未开裂区在加压水箱和蓄水水箱达到指定水头差h时所需的时间。
[0029]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0030]
(1)本发明以恒压气泵连接加压水箱，根据混凝土试件水下服役深度计算渗流压力，并将恒压气泵的气压设定为渗流压力，可以模拟深海环境，维持加压水箱的气压不变，提高测试结果的准确性，同时，避免了因加压水箱和蓄水水箱水头差渐小而导致的渗流速度减小，有助于提高试验效率、缩短试验时间；
[0031]
(2)本发明以指定时间内加压水箱和蓄水水箱的水头差或者加压水箱和蓄水水箱达到指定水头差所需的时间为性能评价参数，定量评价开裂混凝土修复后的渗透性能，无需繁琐的公式计算，避免了混凝土原材料长时间服役后材料本身性能劣化带来的渗透性能下降的影响，克服了传统方法仅使用渗流速度评价渗流性能的误差；
[0032]
(3)本发明的蓄水水箱通过回流管连接加压水箱，性能评价参数数值记录完成后，打开回流管，恒压气泵连接蓄水水箱，使蓄水水箱内的水经过回流管进入加压水箱，直至加压水箱和蓄水水箱恢复原水头高度，实现试验用水的循环使用，每次试验后无需向加压水箱注水，节约水资源。
附图说明
[0033]
图1是本发明实施例中定量评价开裂混凝土修复后渗透性能装置的结构示意图；
[0034]
图2是本发明实施例中限位机构的结构示意图；
[0035]
图3是本发明实施例中定量评价开裂混凝土修复后渗透性能装置未安装混凝土试件的结构示意图；
[0036]
图中标记为：1、恒压气泵；2、加压水箱；3、蓄水水箱；4、限位机构；401、第一限位板；402、第二限位板；403、螺纹杆；404、锁定螺母；405、导轨；5、混凝土试件；6、进水盒；7、出水盒；8、第一气阀；9、气压表；10、第一透明标尺；11、回流管；12、第一回流阀；13、第二回流阀；14、进水管；15、第一水阀；16、流速传感器；17、出水管；18、第二水阀；19、第二进气管；20、第二气阀；21、第二透明标尺；22、第一进气管。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0038]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0039]
实施例1
[0040]
如图1所示，本实施例提供一种定量评价开裂混凝土修复后渗透性能的装置，包括恒压气泵1、加压水箱2、进水盒6、出水盒7、限位机构4和蓄水水箱3。
[0041]
如图1所示，进水盒6和出水盒7的材质可选用铝材，两者均为一侧面开口的盒体且开口侧边缘设有密封胶圈。进水盒6和出水盒7相对设于待测试的混凝土试件5两侧，密封胶圈用于保证流经进水盒6、混凝土试件5和出水盒7的水不会外泄。
[0042]
如图1和图2所示，限位机构4的材质可选用钢材，有足够大的空间能放入不同尺寸的混凝土试件，具有普适性。限位机构4包括第一限位板401、第二限位板402、导轨405和螺纹杆403；第一限位板401和第二限位板402相对设置，可设为矩形、圆形等任意形状，本实施
例中为矩形；导轨405滑动式贯穿第一限位板401和第二限位板402，导轨405均匀分布于第一限位板401和第二限位板402的边缘，用于提高两者相对运动的稳定性，本实施例中4根导轨405分别设于第一限位板401和第二限位板402的四角处；螺纹杆403贯穿第一限位板401和第二限位板402的上部和下部，螺纹杆403外部套有用于调节第一限位板401和第二限位板402位置的锁定螺母404。将进水盒6、混凝土试件5和出水盒7放置于第一限位板401和第二限位板402之间，转动锁定螺母404，调节第一限位板401和第二限位板402相对运动并顶紧在进水盒6和出水盒7表面，实现限位机构对进水盒6、混凝土试件5和出水盒7的固定限位。
[0043]
如图1和图3所示，加压水箱2的高度为1.5m，其顶部设有气压表9和第一进气管22，第一进气管22上设有第一气阀8，加压水箱2的箱体上设有300mm的第一透明标尺10，方便观测加压水箱2内水头高度的变化情况。
[0044]
如图1和图3所示，蓄水水箱3的高度为1.5m，其顶部设有第二进气管19，第二进气管19上设有第二气阀20，蓄水水箱3上设有300mm的第二透明标尺21，方便观测蓄水水箱3内水头高度的变化情况。
[0045]
如图1和图3所示，恒压气泵1连接加压水箱2的第一进气管22或蓄水水箱3的第二进气管19。加压水箱2的底部通过进水管14连接进水盒6，进水管14上设有流速传感器16，加压水箱2与进水管14的连接处设有第一水阀15。蓄水水箱3的底部通过出水管17连接出水盒7，蓄水水箱3与出水管17的连接处设有第二水阀18。蓄水水箱3通过回流管11连接加压水箱2，加压水箱2与回流管11的连接处设有第一回流阀12，蓄水水箱3与回流管11的连接处设有第二回流阀13。
[0046]
实施例2
[0047]
本实施例提供一种采用实施例1所述装置定量评价开裂混凝土修复后渗透性能的方法，包括以下步骤：
[0048]
(1)将进水盒6和出水盒7放置于开裂的混凝土试件5两侧，保持混凝土试件5的开裂面垂直于地面，以便减小重力作用对试验的影响，同时保证进水盒6和出水盒7完全覆盖裂缝。
[0049]
(2)将进水盒6、混凝土试件5和出水盒7置于限位机构4的第一限位板401和第二限位板402之间，通过转动锁定螺母404，调节第一限位板401和第二限位板402相对运动并顶紧在进水盒6和出水盒7表面。
[0050]
(3)将恒压气泵1连接加压水箱2的第一进气管22，打开第一气阀8，关闭第一水阀15和第一回流阀12，启动恒压气泵1，根据混凝土水下服役深度计算渗流压力，并将恒压气泵1的输出气压设定为计算渗流压力。
[0051]
(4)关闭蓄水水箱3的第二回流阀13，打开第二水阀18和第二气阀20；然后打开第一水阀15，加压水箱2内的水经过进水管14、进水盒6、开裂的混凝土试件5、出水盒7和出水管17后进入蓄水水箱3，记录指定时间内加压水箱2和蓄水水箱3的水头差δh1。
[0052]
(5)记录完成后，将恒压气泵1连接至蓄水水箱3的第二进气管19，关闭第二水阀18、第一水阀15，打开第一气阀8、第一回流阀12和第二回流阀13，然后打开第二气阀20，启动恒压气泵1，使蓄水水箱3内的水经过回流管11进入加压水箱2，直至加压水箱2和蓄水水箱3恢复原水头高度，准备下一次测试。
[0053]
(6)对开裂的混凝土试件进行修复，修复完成后，采用(1)～(5)的方法对混凝土试件修复后的开裂区以及未开裂区进行测试，记录指定时间内加压水箱和蓄水水箱的水头差分别为δh2和δh3。
[0054]
(7)基于所测得的数据对开裂的混凝土试件的修复效果进行定量评价，计算公式为：
[0055][0056]
式中，x
t
为固定时间t计算得到的修复指数，δh1、δh2和δh3分别为混凝土试件的开裂区、修复后的开裂区和未开裂区在指定时间t内测得到的加压水箱和蓄水水箱的水头差。
[0057]
(8)将计算得到的修复指数x
t
按照下表1进行评价。
[0058]
表1修复效果评价表
[0059]
修复指数0～0.60.6～0.750.75～0.90.9～1.0修复评价不合格合格良好优秀
[0060]
实施例3
[0061]
本实施例提供一种采用实施例1所述装置定量评价开裂混凝土修复后渗透性能的方法，包括以下步骤：
[0062]
(1)将进水盒6和出水盒7放置于开裂的混凝土试件5两侧，保持混凝土试件5的开裂面垂直于地面，以便减小重力作用对试验的影响，同时保证进水盒6和出水盒7完全覆盖裂缝。
[0063]
(2)将进水盒6、混凝土试件5和出水盒7置于限位机构4的第一限位板401和第二限位板402之间，通过转动锁定螺母404，调节第一限位板401和第二限位板402相对运动并顶紧在进水盒6和出水盒7表面。
[0064]
(3)将恒压气泵1连接加压水箱2的第一进气管22，打开第一气阀8，关闭第一水阀15和第一回流阀12，启动恒压气泵1，根据混凝土水下服役深度计算渗流压力，并将恒压气泵1的输出气压设定为计算渗流压力。
[0065]
(4)关闭蓄水水箱3的第二回流阀13，打开第二水阀18和第二气阀20；然后打开第一水阀15，加压水箱2内的水经过进水管14、进水盒6、开裂的混凝土试件5、出水盒7和出水管17后进入蓄水水箱3，记录加压水箱2和蓄水水箱3达到指定水头差所需的时间t1。
[0066]
(5)记录完成后，将恒压气泵1连接至蓄水水箱3的第二进气管19，关闭第二水阀18、第一水阀15，打开第一气阀8、第一回流阀12和第二回流阀13，然后打开第二气阀20，启动恒压气泵1，使蓄水水箱3内的水经过回流管11进入加压水箱2，直至加压水箱2和蓄水水箱3恢复原水头高度，准备下一次测试。
[0067]
(6)对开裂的混凝土试件进行修复，修复完成后，采用(1)～(5)的方法对混凝土试件修复后的开裂区以及未开裂区进行测试，记录加压水箱和蓄水水箱达到指定水头差所需的时间分别为t2和t3。
[0068]
(7)基于所测得的数据对开裂的混凝土试件的修复效果进行定量评价，计算公式为：
[0069][0070]
式中，xh为固定水头差h计算得到的修复指数，δt1、δt2和δt3分别为混凝土试件的开裂区、修复后的开裂区和未开裂区在加压水箱和蓄水水箱达到指定水头差h时所需的时间。
[0071]
(8)将计算得到的修复指数xh按照实施例2中的表1进行评价。
[0072]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。