CN216791977U - 一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，包括板箱本体、样品台、风机、恒温***、喷雾***；喷雾***位于板箱本体顶部，通过进水管连接海水储存器，喷雾***的位置正对板箱本体底部的样品台，用于给样品加湿，喷雾***设有可调节出雾量的雾化器；恒温***位于板箱本体顶部的边角处；风机位于板箱本体的侧壁，用于控制混凝土样品槽处的风速；样品台设有传感器，用于监测风速、盐雾沉降量和温度变化情况；样品台设有多个混凝土样品槽，混凝土样品槽与传感器相间设置。本实用新型可模拟的大风和盐雾环境参数变化范围较大，可以实现对环境风速、相对湿度与盐雾粒径大小的调控，模拟真实的大风与盐雾耦合腐蚀环境。

Description

一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪

技术领域

本实用新型涉及环境模拟仪技术领域，具体涉及一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪。

背景技术

目前国内关于大风、强风条件下的混凝土耐久性研究基本集中在西北干旱、强风沙和大温差的戈壁、高原地区，而在沿海地区的强风与富盐耦合环境下的混凝土耐久性研究资料较少，亦没有混凝土专用的海洋大气环境模拟、加速试验标准。较接近的试验方法有盐雾箱试验方法，盐雾试验箱在化工、材料、军工方面应用广泛，行业标准甚多，目前国际上通用的标准为ASTM B117-73(1979)Standard Method of Salt Spray(Fog)Testing，用于检验性试验,试验参数固定不变。采用的盐水浓度为5％，连续喷雾，盐雾沉降量用集雾量衡量，为1～2ml/(80cm²·h)；温度为35℃左右，湿度均在90％以上。

钟丽娟等分析了盐雾环境下混凝土氯离子侵蚀加速的试验方法，认为海洋大气环境中，盐雾含量与盐雾沉降量为盐雾环境的重要环境参数，影响混凝土中氯离子的侵蚀,其受到离海岸距离、风速、湿度的各方面影响。现有的盐雾试验均参照电子与金属行业的规范进行，环境参数变化范围小，仅可作为材料验证型实验。加之现有试验技术的限制，盐雾箱难以实现对相对湿度的调控与盐雾粒径大小的要求，不能模拟真实的盐雾环境。

薛慧军等设计了混凝土风沙吹蚀试验装置，以模拟西北地区沙尘暴环境下混凝土受风沙吹蚀影响。根据内蒙古风沙强度气象资料，同时参考混凝土受风沙吹蚀研究成果，吹蚀率是衡量混凝土在风沙吹蚀影响下表面剥落的重要指标，风速增大沙粒动能越大则混凝土吹蚀率越大，挟沙量过大时由于沙粒相互碰撞耗能致使吹蚀率减小，90°攻角时吹蚀率及剥蚀程度最大。故选取具有代表性风沙吹蚀参数，同时为了增大试验效果，将风沙吹蚀参数进行人为扩大，选取风速31m/s(11级暴风)、挟沙量30g/min、攻角90°为风沙吹蚀参数进行试验，对混凝土固定非成型面进行风沙吹蚀试验。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，解决现有技术中盐雾箱环境参数变化范围小，难以实现对风速、相对湿度的调控与盐雾粒径大小的要求，不能模拟真实的盐雾环境的缺点。

为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：

一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，包括板箱本体，还包括样品台、风机、恒温***、喷雾***；样品台位于板箱本体底部；喷雾***位于板箱本体顶部，喷雾***设有可调节出雾量的雾化器；恒温***位于板箱本体顶部的边角处；风机位于板箱本体的侧壁，风机用于控制混凝土样品槽处风速；喷雾***通过进水管连接海水储存器，用于向板箱本体中导入海水。

优选，前述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，所述喷雾***的位置正对样品台，用于给样品加湿。

优选，前述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，所述雾化器的数量至少是三个。

优选，前述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，所述样品台设有传感器，传感器用于监测风速、盐雾沉降量和温度变化情况。

优选，前述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，所述样品台设有多个混凝土样品槽，混凝土样品槽用于放置待试验的混凝土样品，混凝土样品槽与传感器相间设置。

优选，前述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，所述板箱本体的侧壁设有出风口。

优选，前述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，所述出风口的数量至少是两个。

优选，前述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，所述风机的位置在样品台一侧，正对出风口，用于向样品施加大风环境。

优选，前述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，所述板箱本体底部的边角处设有排水口，排水口用于排出多余的海水。

根据上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型可模拟的大风和盐雾环境参数变化范围较大，可以实现对环境风速、相对湿度与盐雾粒径大小的调控，模拟真实的大风与盐雾耦合腐蚀环境。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

附图标记的含义：1、样品台；2、排水口；3、风机；4、恒温***；5、海水储存器；6、进水管；7、喷雾***；8、传感器；9、混凝土样品槽；10、出风口；11、板箱本体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型公开了一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，包括板箱本体11，还包括样品台1、风机3、恒温***4、喷雾***7；样品台1位于板箱本体11底部，样品台1设有多个混凝土样品槽9，混凝土样品槽9用于放置待试验的混凝土样品，样品台1还设有传感器8，传感器8为多功能传感器，可以监测风速、盐雾沉降量和温度变化情况，混凝土样品槽9与传感器8相间设置。喷雾***7位于板箱本体11顶部，喷雾***7设有可调节出雾量的雾化器，雾化器可以雾化模拟海水，雾化器的数量至少是三个。板箱本体11顶部的边角处设有恒温***4，用于调节板箱本体11内的温度并保持试验所需温度。板箱本体11的侧壁设有风机3，可以模拟不同风速的风力作用，控制混凝土样品槽9处风速。喷雾***7通过进水管6连接海水储存器5，用于向板箱本体11中导入海水。喷雾***7的位置正对样品台1，用于给样品加湿。板箱本体11的侧壁设有出风口10，出风口10的数量至少是两个。风机3的位置在样品台1一侧，正对出风口10，用于向样品施加大风环境。板箱本体11底部的边角处设有排水口2，排水口2用于排出多余的海水，排水口2的数量至少是两个。

以下为使用本实用新型进行模拟热带沿海地区典型环境作用因素的钢筋混凝土劣化试验的一个实施例：

(1)研究对象与试验配合比

根据调研情况，选用典型强度等级C30普通混凝土配合比作为试验基准配合比，具体如下表所示。

强度等级

水胶比

胶凝材料总量/kg

FA取代率

设计密度

砂率

II级FA/kg

水泥/kg

砂/kg

石子/kg

水/kg

C30

0.46

380

30％

2377

40％

114

266

729

1093

175

(2)测试项目

试件选用成型大尺寸混凝土300*300*100mm板状试件，测试不同模拟环境条件下的混凝土试件表层氯离子浓度，以对比不同环境条件下氯离子向混凝土表层的渗透情况，如大风条件和干湿交替条件。

(3)环境条件模拟

①风力：根据调研结果，某热带沿海近50年年平均风速为4.9m/s(三级)，且不同位置测得的平均风速较大。因此，在综合考虑实际工况和提高试验等级的情况下，拟以四级风进行试验，采用风机3模拟风力作用。

②海水：根据所取海水的水质分析结果，采用氯离子浓度22000mg/L的NaCl溶液模拟。

③盐雾：由于盐雾中主要成分组成与海水类似，目前研究中通常以雾化海水来模拟盐雾作用，故采用雾化器雾化模拟海水，模拟盐雾作用，雾化器的出雾量为1500ml/h。通过盐雾沉降量测试，模拟环境的盐雾沉降量达到140mg/m²·d，根据调研情况，该沉降量略高于沿海地区的最大沉降量，能够偏于严格地模拟热带沿海地区的盐雾条件。

(3)试验方案

为对比不同模拟环境条件下氯离子侵蚀的作用影响，试验主要考虑三种模拟环境形式：

①长期浸泡于模拟海水中，以此模拟水下区环境；

②长期处于模拟风力的模拟盐雾作用下，以此模拟大气区环境，其中每1d的盐雾作用中提供6h的模拟风力作用；

③处于模拟海水浸泡与模拟大风盐雾的交替作用下，以此模拟浪溅区与水位变动区环境，模拟海水浸泡1d后交替为模拟大风盐雾作用1d，以此反复交替作用。

试验时，将试件放置在混凝土样品槽9中，在海水储存器5中加入氯离子浓度22000mg/L的NaCl溶液，分别按照以上三种试验方案，控制风机3及雾化器的运行，启动恒温***4调节板箱本体11内的温度并保持试验所需温度，启动传感器8监测风速、盐雾沉降量和温度变化情况，保证试验正常运行。

在90d龄期下进行取样，测试混凝土试件表层的氯离子浓度，并推算其表面氯离子浓度，取样深度分别为0-3mm、3-6mm、6-9mm。按照试验方案，所测试不同模拟环境下混凝土试件表层在0-3mm、3-6mm、6-9mm深度的氯离子浓度下图所示。

测试结果表明，长期处于模拟风力的模拟盐雾作用下的混凝土试件的表层氯离子浓度，要明显高于长期浸泡于模拟海水中和处于模拟海水浸泡与模拟大风盐雾的交替作用下的混凝土试件。以最接近表面的0-3mm深度的氯离子浓度为例，前者比后两者分别高出90.9％与59.6％。可见，所模拟的大气区环境成为了氯离子侵蚀劣化最为严酷的环境，这与相关耐久性设计标准中所规定的常规大气区环境的劣化层级是不同的。通常认为有干湿交替的浪溅区与水位变动环境区，其氯离子侵蚀等级要高于无干湿交替的大气区和水下区环境。造成这一结果的主要原因，应是热带沿海地区高浓度的盐雾与高风速的大风作用。大风环境会导致混凝土表面水分对流速度加快，水分扩散表面增大，造成水分蒸发加剧，即在大气区盐雾环境下也会在微观层面上发生甚至更为频繁的干湿交替，从而引起氯离子对混凝土侵蚀速率的显著加快。而相反的，浪溅区宏观上的干湿交替频率相对较低，浸水过程中更是规避了大风作用下的干湿交替，于是其劣化等级反而要低于大风作用下的大气区盐雾环境。这也是热带沿海地区高浓度的盐雾与高风速的大风作用下，其与一般地区氯盐环境的重要差异所在。

本实用新型的实施例具有以下有益效果：本实用新型可模拟的大风和盐雾环境参数变化范围较大，可以实现对环境风速、相对湿度与盐雾粒径大小的调控，模拟真实的大风与盐雾耦合腐蚀环境。由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (9)

1.一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，包括板箱本体（11），其特征在于，还包括样品台（1）、风机（3）、恒温***（4）、喷雾***（7）；所述样品台（1）位于板箱本体（11）底部；所述喷雾***（7）位于板箱本体（11）顶部，喷雾***（7）设有可调节出雾量的雾化器；所述恒温***（4）位于板箱本体（11）顶部的边角处；所述风机（3）位于板箱本体（11）的侧壁，风机（3）用于控制混凝土样品槽（9）处的风速；所述喷雾***（7）通过进水管（6）连接海水储存器（5），用于向板箱本体（11）中导入海水。

2.根据权利要求1所述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，其特征在于，所述喷雾***（7）的位置正对样品台（1），用于给样品加湿。

3.根据权利要求1所述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，其特征在于，所述雾化器的数量至少是三个。

4.根据权利要求1所述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，其特征在于，所述样品台（1）设有传感器（8），传感器（8）用于监测风速、盐雾沉降量和温度变化情况。

5.根据权利要求4所述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，其特征在于，所述样品台（1）设有多个混凝土样品槽（9），混凝土样品槽（9）用于放置待试验的混凝土样品，混凝土样品槽（9）与传感器（8）相间设置。

6.根据权利要求1所述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，其特征在于，所述板箱本体（11）的侧壁设有出风口（10）。

7.根据权利要求6所述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，其特征在于，所述出风口（10）的数量至少是两个。

8.根据权利要求6所述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，其特征在于，所述风机（3）的位置在样品台（1）一侧，风机（3）正对出风口（10），用于向样品施加大风环境。

9.根据权利要求1所述的一种海工混凝土大风与高盐雾浓度耦合环境模拟仪，其特征在于，所述板箱本体（11）底部的边角处设有排水口（2），排水口（2）用于排出多余的海水。

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