CN100533117C - 一种干湿循环及淡水-海水循环模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干湿循环及淡水-海水循环模拟装置。由莲蓬头、水槽、水槽支架、传动***、旋转架和侵蚀溶液槽组成，传动***的传动齿轮固定于电机轴上，控制器与电机连接；旋转架由圆环、圆环支架和试样架组成，圆环通过轴固定于圆环支架一端，使圆环能在圆环支架上垂直于水平面自如转动；传动齿轮的齿形与圆环外环上的齿形相吻合；圆环支架一侧设有侵蚀溶液槽，圆环的下部位于侵蚀溶液槽内；试样架一端垂直固定于圆环圆面的外环上；莲蓬头位于圆环上方，水槽固定于莲蓬头下方的水槽支架上，试样架随着旋转通过水槽与莲蓬头之间。本发明能够大幅度提高对水泥、混凝土抗硫酸盐侵蚀性研究的效率，而且比传统方法更接近实际工程条件。

Description

一种干湿循环及淡水-海水循环模拟装置

技术领域

本发明涉及一种干湿循环及淡水-海水循环模拟装置。

背景技术

在我国的江、河入海口处，规划了许多越江、跨海工程，由于潮汐作用，在涨潮时海水倒灌入江、河道，淹没潮差区以下的混凝土结构，使混凝土经受氯盐和各种硫酸盐的侵蚀；当退潮时，江、河水开始冲蚀混凝土，使其经受淡水侵蚀，同时潮差区混凝土又曝露于空气中。所以，这些工程的混凝土结构处于干-湿循环和淡水-海水循环的腐蚀环境。

在海洋环境下的混凝土被称为海工混凝土或者海洋混凝土，其主要破坏形式为海洋中Cl离子侵入混凝土保护层并引起钢筋锈蚀，同时海水中的各种硫酸盐长期侵蚀混凝土引起膨胀破坏。所以，一般通过将混凝土试样浸泡在海水中的办法研究其耐久性。对于江、河入海口处的混凝土结构，由于存在前述不同于海工混凝土的环境特征，则会产生更严重的侵蚀破坏规律。

海水中硫酸盐的侵蚀破坏机理是，硫酸盐溶液渗入混凝土孔隙中产生结晶，当结晶积累到一定量时，所产生的结晶膨胀压破坏混凝土结构。对于一直浸泡于海水中的混凝土，硫酸盐溶液首先侵入混凝土的表面孔隙中，当浓度积累到一定值时便结晶，干燥过程加快结晶速度。早期的结晶物能够堵塞孔隙并阻止硫酸盐溶液进一步侵入混凝土内部，但在潮差区，由于存在干湿循环，结晶并堵塞于表面孔隙中的硫酸盐晶体由于干燥而收缩，使被堵塞的孔隙通道重新通畅，硫酸盐得以进入更深的混凝土内部，最终产生更严重的膨胀破坏。这是潮差区混凝土比完全浸泡于海水中的混凝土破坏更严重的一个重要原因。如果同时存在淡水-海水循环，则淡水可能将一部分已结晶的硫酸盐晶体从结构表面孔隙中溶解并冲走，使孔隙更畅通，硫酸盐更容易侵入结构深处。所以，江、河入海口处的混凝土工程腐蚀环境与完全海洋性腐蚀环境存在一定差距，研究该类混凝土的耐久性需要找到具有针对性的研究方法以便发现有效的防护技术措施。

关于混凝土抗海水侵蚀研究，主要方法一般参照ASTM C1012-02、ASTM C452-02、ASTM C1092-95A、GB/T749-01《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》和GB2420-81《水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法》等。这些方法的共同特点是将试样连续浸泡于硫酸盐溶液中，然后采用各种测试方法研究试样被浸泡一定时期后的破坏程度。到目前还没有一种标准方法，可以模拟江、河入海口处既有干湿循环又有淡水-海水循环的混凝土腐蚀环境。

综上所述，研究一种模拟混凝土经受干湿循环和淡水-海水循环侵蚀的实验装置，对开展位于我国江、河入海口处的越江跨海工程混凝土耐久性研究具有现实意义和理论指导价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干湿循环及淡水-海水循环模拟装置。

本发明提出的干湿循环及淡水-海水循环模拟装置，由莲蓬头1、水槽3、水槽支架10、传动***、旋转架和侵蚀溶液槽8组成，其结构如图1和图2所示。其中，传动***由传动齿轮4、控制器5和电机6组成，传动齿轮4固定于电机6的轴13上，控制器5与电机6通过导线连接；旋转架由圆环2、圆环支架7和试样架9组成，圆环2的圆心位置通过轴12固定于圆环支架7的一端，使圆环2能在圆环支架7上转动自如；传动齿轮4的齿形与圆环2外环上的齿形相吻合；圆环支架7一侧设有侵蚀溶液槽8，圆环2的一侧位于侵蚀溶液槽8内；试样架9的一端垂直固定于圆环2圆面的外环上，另一端悬空；莲蓬头1位于圆环2上方，水槽3固定于水槽支架10上，且固定于圆环2周边顶端的试样架9位于莲蓬头1与水槽3之间。

本发明中，试样11固定于试样架9上。

本发明中，侵蚀溶液槽8内充满硫酸盐或氯盐侵蚀溶液。

本发明的工作过程如下：

将预先制备好的水泥砂浆或混凝土试样11固定于可旋转的试样架9上，接通控制器5的电源，调节电机5的启动间隔时间及每次电机转动时间，使圆环支架7按照设计的循环周期转动(如可采用一圈/天)，使固定于试样架9上的试样11随着圆环支架7的转动，试样7浸入侵蚀溶液槽8内，使试样11每天完成一次在干-湿环境中的循环和一次在淡水-海水环境中的循环；莲蓬头1与淡水源(如自来水)相连，打开莲蓬头1，调节水量使喷淋到的试样11能够保持均匀润湿，侵蚀溶液槽8中盛有按照设计配制的硫酸盐或氯盐等侵蚀溶液。

本发明的有益效果：

采用本发明的装置与传统将试样直接浸泡与侵蚀溶液中的方法作对比实验，在相同的硫酸盐侵蚀溶液及其相同的侵蚀时间内，通过本发明装置得到的水泥砂浆试样受硫酸盐侵蚀破坏程度比传统方法更严重。这一方面显示，本发明的装置能够大幅度提高对水泥、混凝土抗硫酸盐侵蚀性研究的效率；同时也说明，本发明的装置由于能够模拟江、河入海口处由潮汐引起的干湿循环和淡水-海水循环环境，所以比传统将试样连续浸泡于侵蚀溶液中的方法更接近实际工程条件。

附图说明

图1是本发明横断面结构示意图。

图2是本发明纵断面结构示意图。

图中标号：1为莲蓬头，2为圆环，3为水槽，4为传动轮，5为控制器，6为电机，7为圆环支架，8为侵蚀溶液槽，9为试样架，10为水槽支架。11为试样，12为电机轴，13为圆环支架7上的轴。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：采用不锈钢材料制作圆环2，圆环2的直径可根据每次需测试的试样量确定，一般直径为1米的圆环2一次最多可以安放60个4×4×16cm的长方形试样11。根据可以安放的测试样11数量将等数量的不锈钢角钢或不锈钢扁钢作为试样架9，其一端垂直于圆面焊接在圆外环上，另一端悬空，在圆环2的圆外侧一周固定橡胶齿轮牙；制作圆环支架7，将圆环2通过轴安装在圆环支架7上，使圆环2在圆环支架7上可以自如地转动，从而组成旋转架。

选择电机6，一般为两项电机，其功率根据圆环2及装满试样11时的重量确定，一般小于0.5千瓦；控制器5的通电能力应与电机6用电量适应，市场上有多种规格可供选择；将齿轮4固定在电机6的轴上，齿轮4的轮牙与圆环2外侧的橡胶齿轮牙相对应；用导线将控制器5与电机6连接在一起并与齿轮共同组成传动***。

制作托盘式水槽3，其尺寸根据试样大小确定，对于4×4×16cm的长方形试样，一般长为30cm、宽为20cm、高为6cm；制作水槽支架，其尺寸以使水槽3能够全部接住莲蓬头1滴出的水并不使水槽3碰撞旋转架为准；将塑料管道的一端接水槽3底部，另一端接下水道或为循环用水而设置的收集容器进口。

制作长方形侵蚀溶液槽8，其尺寸以其盛满侵蚀溶液能够完全浸泡旋转架上15％-30％的试样架为宜。

按照图1和图2所示方式安装上述器件，将莲蓬头1固定于圆环2上端，将电机6固定于圆环支架7旁，使传动齿轮4与圆环2外侧的橡胶齿轮牙接触。

将预先制备好的水泥砂浆或混凝土试样11固定在可旋转的试样架9上，接通控制器5的电源，调节电机的启动间隔时间及每次电机转动时间，使旋转架按照设计的循环周期转动，一般为一圈/天，即使测试样每天完成一次在干-湿环境中的循环和一次在淡水-海水环境中的循环；打开莲蓬头，调节水量使喷淋到的试样11能够保持均匀润湿。试样11的形状一般为4×4×16cm的长方形，也可以为圆柱形、不规则形等其他形状，采用耐腐蚀的绳子捆绑、固定在试样架9上。在侵蚀溶液槽8中盛满按照设计配制的硫酸盐或氯盐等侵蚀溶液。

采用相同配合比制备3组4×4×16cm的水泥砂浆试样，每组3条试块，待28天龄期后取2组试样分别采用本发明的实验装置及方法与传统作对比测试，另一组试样作为空白试样继续在标准养护室中养护。传统方法将试样连续浸泡在4％硫酸美+4％硫酸钠的侵蚀溶液中，本发明装置的侵蚀溶液槽8中也装有同样的侵蚀溶液，调节控制器5使旋转架每天转一周。

3个月后分别将通过2种方法实验的水泥砂浆试样取出、晾干，测试2组试样的抗折强度，同时测试空白试样的抗折强度。分别用2种实验试样的抗折强度除以空白试样的抗折强度，得到2种抗折强度的比值，该比值是评判试样抗硫酸盐侵蚀能力的依据，比值越高，表示抗硫酸盐能力越强或者硫酸盐的侵蚀破坏越弱。实验及计算结果如表1所示。

表1 采用本发明装置得到的产品与传统方法得到的产品关于硫酸盐侵蚀的对比实验结果

从表1的实验结果可以看出，在相同的硫酸盐侵蚀溶液及其相同的侵蚀时间内，通过本发明装置得到的试样受硫酸盐侵蚀后抗折强度与空白试样抗折强度的比值明显小于采用传统将试样连续浸泡于侵蚀溶液中方法得到的试样抗折强度与空白试样抗折强度的比值，即推广本发明装置得到的水泥砂浆试样受硫酸盐侵蚀破坏程度比传统方法更严重。这一方面显示，本发明的装置能够大幅度提高对水泥、混凝土抗硫酸盐侵蚀性研究的效率；同时也说明，本发明的装置由于能够模拟江、河入海口处由潮汐引起的干湿循环和淡水-海水循环环境，比传统将试样连续浸泡于侵蚀溶液中的方法更接近实际工程条件。

Claims (3)

1、一种干湿循环及淡水-海水循环模拟装置，由莲蓬头(1)、水槽(3)、水槽支架(10)、传动***、旋转架和侵蚀溶液槽(8)组成，其特征在于传动***由传动齿轮(4)、控制器(5)和电机(6)组成，传动齿轮(4)固定于电机(6)的轴(12)上，控制器(5)与电机(6)通过导线连接；旋转架由圆环(2)、圆环支架(7)和试样架(9)组成，圆环(2)的圆心位置通过轴(13)固定于圆环支架(7)的一端，使圆环(2)能在圆环支架(7)上自如转动；传动齿轮(4)的齿形与圆环(2)外环上的齿形相吻合；圆环支架(7)一侧设有侵蚀溶液槽(8)，圆环(2)的一侧位于侵蚀溶液槽(8)内；试样架(9)的一端垂直固定于圆环(2)圆面的外环上，另一端悬空；莲蓬头(1)位于圆环(2)上方，水槽(3)固定于莲蓬头(1)下方的水槽支架(10)上，试样架(9)随着旋转通过水槽(3)与莲蓬头(1)之间。

2、根据权利要求1所述的干湿循环及淡水-海水循环模拟装置，其特征在于试样(11)固定于试样架(9)上。

3、根据权利要求1所述的干湿循环及淡水-海水循环模拟装置，其特征在于侵蚀溶液槽(8)内充满硫酸盐或氯盐侵蚀溶液。

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