一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置的制作方法

1.本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置。


背景技术：

2.我国国土面积中一半以上为盐湖带区域，主要分布在大西北和内蒙古一带，其中西部地区特殊的地形母质，水文地质以及气候条件降雨量小，蒸发量大导致土壤表面累积大量盐分，形成以盐湖为中心区域，周围数倍盐湖面积的重盐渍土地区。重盐渍土地区的含盐量最高可达30％，是海水含盐量5～10倍的。酒泉、嘉峪关地区作为重盐渍土地区，大多建筑物均服役于此环境。
3.在重盐渍土地区盐渍土中的侵蚀离子是威胁钢筋混凝土耐久性的主要因素之一，工程所在地区附属的复杂气象、水文环境及其复合作用使得盐渍土腐蚀机理更为复杂；同时实际结构或构造物往往服役于受荷状态下，应力状态对环境中侵蚀介质在混凝土内的扩散产生影响，侵蚀介质的化学作用及物理作用引起混凝土内部应力分布的变化，荷载-腐蚀这种耦合作用使得腐蚀机理愈加复杂。因此，在实际工程中，混凝土结构的安全服役面临着严峻的挑战，混凝土耐久性能退化成为工程领域中的迫切问题。
4.综上，开展荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下，混凝土耐久性退化规律及耦合机理研究具有重要的理论意义和工程应用价值。同时，发明一种与之对应的实验装置，成了亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供了一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，该装置整体质量轻，体积小不占空间，操作简便且适用性广泛，可通过更换溶液种类和改变荷载大小进行不同工况下的试验研究。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，包括加载装置、储水排水装置和干湿循环装置；试验块设置于所述加载装置上，且位于所述储水排水装置内；所述干湿循环装置连接所述储水排水装置，用以注入或排除离子侵蚀溶液。
8.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述加载装置包括对应设置的第一加载板和第二加载板；所述第一加载板设置于底部、所述第二加载板设置于顶部，通过螺栓杆连接，所述螺杆顶部设置有持力螺母；
9.所述试验块设置于所述第一加载板和所述第二加载板之间；所述试验块顶部设置有垫板，所述垫板和所述第二加载板之间设置有传感器。
10.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述储水排水装置包括设置于所述加载装置上的储水结构、连接所述储水结构开口端的升降
结构；通过升降结构的升降，控制所述储水结构开口端高度。
11.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述干湿循环装置包括注水泵、排水泵、自动控制箱和临时储液箱；所述注水泵连接所述储水排水装置端口的入水口；所述排水泵连接所述储水排水装置的排水口；所述自动控制箱用以控制所述注水泵和所述排水泵的进水和排水。
12.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述螺栓杆连接于所述第一加载板和所述第二加载板的四角位置处；所述螺栓杆上设置有弹簧，且所述弹簧位于所述第二加载板和所述持力螺母之间。
13.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述升降结构包括设置于所述螺栓杆上的升降螺母，设置于所述升降螺母上的拉环，所述拉环与所述储水结构的开口端固定连接。
14.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述第一加载板上设置有卡槽，所述卡槽内设置有挡板；所述储水结构固定于所述挡板内。
15.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述第二加载板下设置有四个保险螺母。
16.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述试验块设置有三块，每块所述试验块之间设置有刚性垫条。
17.上述的一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，其中，所述弹簧和所述持力螺母之间设置有垫片。
18.采用以上技术方案，能够达到如下有益效果：
19.本发明整体质量轻，体积小不占空间，操作简便且适用性广泛，可通过更换溶液种类和改变荷载大小进行不同工况下的试验研究。
附图说明
20.图1是本发明实验装置的结构示意图；
21.图2是本发明加载装置及储水排水装置的整体结构示意图；
22.图3是本发明加载装置及储水排水装置的结构正视图；
23.图4是本发明加载装置的结构俯视图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
25.如图1至图4所示，一种模拟荷载-离子侵蚀-干湿循环耦合作用环境下的实验装置，包括加载装置100、储水排水装置200和干湿循环装置300；试验块12设置于加载装置100上，且位于储水排水装置200内；干湿循环装置300连接储水排水装置200，用以注入或排除离子侵蚀溶液。
26.具体的，加载装置100包括对应设置的第一加载板15和第二加载板4；第一加载板15设置于底部、第二加载板4设置于顶部，通过螺栓杆16连接，螺栓杆16顶部设置有持力螺母1；试验块12设置于第一加载板15和第二加载板4之间；试验块12顶部设置有垫板8，垫板8和第二加载板4之间设置有传感器7。
27.储水排水装置200包括设置于加载装置100上的储水结构10、连接储水结构10开口端的升降结构；通过升降结构的升降，控制储水结构10开口端高度。
28.干湿循环装置300包括注水泵18、排水泵17、自动控制箱19和临时储液箱20；注水泵18连接储水结构10端口的入水口；排水泵17连接储水结构10的排水口；自动控制箱19用以控制注水泵18和排水泵17的进水和排水。
29.如图2所示，在第二加载板4上设有弹簧3，在第一加载板15和第二加载板4上均设置四个通孔，通孔分别设在两个加载板的四个角位置处，在通孔处内伸入设有穿过弹簧3的螺栓杆16，四根弹簧3分别穿在螺栓杆16上，用于减轻应力松弛，加载架放置于装置上方，后期加载时，用于传递应力。弹簧3具有一定持荷能力，在试验块12随加载时长产生应变下挠时可以同步变形确保不掉载。在螺栓杆16的端部均设置持力螺母1，另外一端可留50mm长的螺纹用于固定螺母，持力螺母1和弹簧3之间用垫片2相连。
30.本发明较佳的实施方式中，升降结构包括设置于螺栓杆16上的升降螺母，设置于升降螺母上的拉环6，拉环6与储水结构10的开口端固定连接；储水结构10可以是尼龙防水袋，尼龙防水袋10具备良好的耐久性能，加载过程中不会出现老化破损现象，在尼龙防水袋的开口处设置束口的尼龙绳9，尼龙绳9与拉环6连接，通过调节螺栓杆16上螺母的高度即可完成储水结构10开口端的高度，配合注水泵18和排水泵17，完成对储水结构10的注水和排水。为了防止储水结果10在装满溶液后体积膨胀，在第一加载板15上设置四排卡槽14，每一排卡槽14的数量为四个，将挡板13插入两排卡槽14中间即可对储水结构10进行固定，挡板13具有良好的刚度，不易变形。
31.进一步的，螺栓杆16采用高强度梯型扣丝杆，确保螺母加载稳定。
32.本发明较佳的实施方式中，在第二加载板4下设置有四个保险螺母5，加载过程中，保险螺母5距离第二加载板4底面保持一定的安全距离，既不阻止试验块产生一定的下挠，又可以在加载试验块突然发生断裂时确保第二加载板4不会突然脱落，保证装置完整。
33.本发明较佳的实施方式中，试验块12的数量为三个，每个试验块12之间通过两个圆柱形的刚性垫条11分隔开，用于消除试验块12之间出现应力分布不均匀的情况，每块试验块12均处于四点抗弯状态，且三个试块所受荷载情况相同(单个试验块重约为100n，仅为所加荷载的2％，因此本装置可以忽略试验块本身的重力)，此外，三个试块同时进行试验可以提高加载装置的测试效率。刚性垫条11及垫板8均具备一定的刚度，可在荷载作用下有效地传递力值，没有较大的变形。
34.本发明具体操作如下：
35.加载装置安装及卸载
36.加载前对试验块12进行称重和相对动弹性模量等无损检测，获取实验初始值，将最底层试验块12与第一加载板15上的定位线对齐，之间放置两根刚性垫条11，依次对齐下面一块试验块12及刚性垫条11，布置好剩余两块试验块12和刚性垫条11。放置垫板8和传感器7，然后放置第二加载板4，最后在螺栓杆16上放置好弹簧3和持力螺母1，加载装置即安装完成，后通过拧紧持力螺母1并通过传感器7连接的数显仪读数，确定所加荷载大小。
37.试验块12加载达一定龄期需要进行数据分析时，先释放持力螺母1的荷载，当传感器读数恢复0时，开始拧保险螺母5，将整个第二加载板4及以上装置抬升，然后取出试验块12进行称重和相对动态性模量等无损检测，检测完成后将试验块安放至原位，拧松保险螺
母5下降第二加载版4及以上装置恢复加载状态，完成一次卸载及加载。卸载时可避免将整个第二加载板4及上部构件全部拆除，更加省力、安全，操作简便。
38.离子侵蚀溶液浸泡：
39.在布置最底层试验块12之前，于试验块12底部放置尼龙防水袋10，待加载步骤结束，提升尼龙防水袋10的端头至垫块8位置处，避免尼龙防水袋10超过传感器7位置；之后将尼龙防水袋10的端头设置束口尼龙绳9与螺栓上部的拉环6相连，通过调节螺栓杆16上螺母的高度即可完成水袋高度的调节，水袋的高度同时可以控制最高水位；安置挡板13，第一加载板15上设置有四排卡槽14，每一排卡槽14的数量为四个，将挡板13插入两排卡槽14中间即可对防水尼龙袋10的位置进行固定；将配置好的侵蚀溶液由注水泵18抽入尼龙防水袋10中，首次加溶液过程需要全程观察，观察防水尼龙袋10是否出现漏水现象，以及挡板13是否出现松动现象；拆卸浸泡装置时，打开排水口，排完侵蚀溶液，之后卸载挡板13，下一步松下拉环6，下降尼龙防水袋10，卸载完成后移去尼龙防水袋10。
40.干湿循环装置安装：
41.实验过程中的干湿循环装置通过注水泵18、排水泵17和自动控制箱19实现，注水泵18的出水口置于尼龙防水袋10的端口位置处，通过注水泵18向尼龙防水袋10中加入干湿循环过程中所需溶液，排水泵17与尼龙防水袋10的排水口相连，通过排水泵17溶液排至临时储液箱20，通过调节自动控制箱19参数选择水泵的工作时间，即可控制试验块所处干湿环境，以及调节不同的干湿比
42.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。