專(zhuān)利名稱(chēng)：混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種拉應(yīng)力作用下混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置，屬于混凝土 耐久性測(cè)試技術(shù)。主要用于建筑、交通、橋梁、水利、地下工程等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)正處于國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)期，建設(shè)規(guī)?？涨?，混凝土使用量占世界總
產(chǎn)量的45%，但是混凝土結(jié)構(gòu)未達(dá)到設(shè)計(jì)年限而過(guò)早失效及退出服役的事例頻頻發(fā) 生，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。中國(guó)工程院調(diào)研報(bào)告顯示，在中國(guó)由于鋼筋銹 蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1000億元/年。Metha教授對(duì)近幾十年來(lái)國(guó) 際上混凝土結(jié)構(gòu)工程耐久性破壞案例進(jìn)行總結(jié)和分析，提出由氯鹽滲入到混凝土內(nèi) 部引起鋼筋銹蝕是最主要和最重要的耐久性破壞方式。雖然有關(guān)氯鹽環(huán)境下混凝土 耐久性的研究已有幾十年，但研究工作多是考慮單一氯鹽環(huán)境作用下的耐久性；然 而實(shí)事上，在氯鹽環(huán)境下實(shí)際工程混凝土的耐久性應(yīng)該是在應(yīng)力與氯離子侵蝕共同 作用下運(yùn)行的，單一因素作用下的耐久性研究難以真實(shí)地反映客觀實(shí)際。因此，根 據(jù)工程實(shí)際中混凝土所處環(huán)境和荷載情況，將荷載與氯離子滲透合理組合，系統(tǒng)開(kāi) 展應(yīng)力作用下混凝土的氯離子滲透行為研究，是當(dāng)前混凝土學(xué)科的重大科學(xué)技術(shù)難 題，目前已引起國(guó)際學(xué)術(shù)界廣泛和高度重視，其研究成果將對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè) 計(jì)及其壽命預(yù)測(cè)產(chǎn)生重要的影響。
考慮到在實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)混凝土均是在承載狀態(tài)下工作和運(yùn)行的。因此，研 究應(yīng)力作用下混凝土的氯離子滲透行為具有重要的理論研究意義和廣泛的工程應(yīng)用 價(jià)值，特別是拉伸應(yīng)力作用下氯離子滲透行為研究對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施 工非常關(guān)鍵。在建立考慮應(yīng)力作用下混凝土氯離子滲透試驗(yàn)方法時(shí)，有2個(gè)關(guān)鍵技 術(shù)問(wèn)題必須解決第一，設(shè)計(jì)能夠?qū)炷猎嚰┘訙?zhǔn)確荷載的試驗(yàn)加載裝置；第 二，建立能夠?qū)虞d的混凝土試件進(jìn)行快速和準(zhǔn)確的氯離子滲透試驗(yàn)。
國(guó)內(nèi)外對(duì)應(yīng)力作用下混凝土的耐久性研究較少，綜合己有的文獻(xiàn)資料不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的加載裝置均是施加彎曲應(yīng)力，尚未有直接施加軸向拉伸應(yīng)力的試驗(yàn)裝置。其 主要原因有兩個(gè)①施加拉伸應(yīng)力的試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)加工非常困難，較難保證在試驗(yàn) 中受拉試樣的軸線與拉伸荷載作用線重合，特別容易出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，致使試驗(yàn)結(jié)果 具有很大的離散性；②受拉試樣與拉伸夾頭在夾持處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致試樣 在夾持處破壞，而不是在中間拉斷。對(duì)于氯離子滲透試驗(yàn)國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究， 但大多未考慮應(yīng)力的影響，這使得測(cè)試的氯離子滲透系數(shù)與實(shí)際服役條件下的情況 有較大差異，最終導(dǎo)致壽命預(yù)測(cè)結(jié)果偏差較大。
因此，研制拉應(yīng)力作用下混凝土滲透系數(shù)的測(cè)試裝置具有重要的應(yīng)用價(jià)值，對(duì) 于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)價(jià)也提供了科學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，前景十分廣闊。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有耐久性測(cè)試技術(shù)中存在的不足和缺 陷，利用彈簧加載原理和傳感器技術(shù)，通過(guò)球形拉桿連接方式，首先研制出一種適 用于啞鈴型混凝土試件，且能保持長(zhǎng)期拉伸過(guò)程中無(wú)應(yīng)力松馳、簡(jiǎn)便小巧的拉伸裝 置；然后將電加速穩(wěn)態(tài)氯離子滲透實(shí)驗(yàn)裝置與拉伸狀態(tài)下混凝土組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)拉 應(yīng)力作用下氯離子滲透系數(shù)快速與準(zhǔn)確的測(cè)試。
技術(shù)方案本實(shí)用新型涉及的混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置包括拉伸裝置和電加速 氯離子快速滲透裝置，啞鈴型混凝土試件位于拉伸裝置中，啞鈴型混凝土試件與電 加速氯離子快速滲透裝置通過(guò)緊固螺栓相連接。其中，拉伸裝置包括球面螺桿、 螺帽、應(yīng)力傳感器、限位板、彈簧、鎖緊螺母、上拉板、拉桿、拉伸夾頭、啞鈴型 混凝土試件、球面拉桿、下拉板；拉伸裝置中，拉桿的下部與下拉板連接，拉桿的 上部穿過(guò)上拉板和限位板，上拉板穿在拉桿上通過(guò)鎖緊螺母固定，螺帽將應(yīng)力傳感 器通過(guò)球面螺桿壓在限位板上，彈簧套在球面螺桿上并位于限位板與上拉板之間， 在上拉板與下拉板之間設(shè)有上拉伸夾頭、下拉伸夾頭，上拉伸夾頭與球面螺桿的球 頭部分連接，下拉伸夾頭與球面拉桿的球頭部分連接，啞鈴型混凝土試件位于上拉 伸夾頭、下拉伸夾頭之間，通過(guò)拉伸夾頭夾持啞鈴型混凝土試件。電加速氯離子快 速滲透裝置包括穩(wěn)態(tài)直流電源、滲透室、不銹鋼網(wǎng)片、橡膠密封圈、氯離子自動(dòng) 分析儀；穩(wěn)態(tài)直流電源的正負(fù)極分別與兩個(gè)不銹鋼網(wǎng)片相連，兩個(gè)不銹鋼網(wǎng)片分別 插入到左滲透室和右滲透室中，兩個(gè)橡膠密封圈分別嵌在兩個(gè)滲透室外側(cè)的凹槽中， 氯離子自動(dòng)分析儀的測(cè)試電極插在滲透室內(nèi)。有益效果與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)技術(shù)相比，該項(xiàng)成果具有以下特色
1、 首次實(shí)現(xiàn)了拉伸應(yīng)力與滲透耦合
通過(guò)拉伸裝置對(duì)椏鈴型混凝土試件施加拉應(yīng)力，然后用緊固螺栓將其與電加速 氯離子快速滲透裝置相連，鎖緊緊固螺栓使?jié)B透室不滲漏，在滲透室中注滿滲透溶 液，打開(kāi)穩(wěn)壓電源，用氯離子自動(dòng)分析儀連續(xù)監(jiān)氯離子滲透情況，直至氯離子滲透 速度恒定。
2、 拉伸過(guò)程中無(wú)偏心和應(yīng)力集中，且應(yīng)力保持恒定
為了保證所施加的拉力為軸心拉伸荷載，本發(fā)明從以下三方面來(lái)減小或消除幾 何偏心1)采用鋼模，加工精細(xì)，確保試件成型幾何尺寸準(zhǔn)確；2)拉伸夾頭與兩個(gè) 萬(wàn)向球鉸(球形拉桿)相連，通過(guò)萬(wàn)向球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)減小或消除偏心；3)拉伸實(shí)驗(yàn)正式 開(kāi)始前對(duì)試件進(jìn)行多次預(yù)拉。
為了消除應(yīng)力集中導(dǎo)致試件中間拉斷的現(xiàn)象的發(fā)生，本發(fā)明采用的混凝土試件 為吸鈴型，端部與中間部分通過(guò)弧形過(guò)渡，減少了應(yīng)力集中，避免了試驗(yàn)從夾頭處 破壞的發(fā)生。
本發(fā)明專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制作了環(huán)形應(yīng)力傳感器，通過(guò)球面螺桿安裝在彈簧上面，其 引線與計(jì)算機(jī)相連，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化，在持荷過(guò)程中一旦應(yīng)力損失超過(guò)5%, 則擰緊螺帽使之恢復(fù)至原始應(yīng)力值。
綜合運(yùn)用傳感器技術(shù)和電加速滲透技術(shù)制備出適用于拉應(yīng)力作用下混凝土滲透 系數(shù)測(cè)試裝置，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)此類(lèi)產(chǎn)品，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯。


圖1拉應(yīng)力作用下混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置示意圖。 圖2采用本實(shí)用新型裝置實(shí)施的案例1的具體結(jié)果。 圖3拉伸裝置示意圖。 圖4電加速氯離子快速滲透裝置。
以上的圖中有拉伸裝置l、電加速氯離子快速滲透裝置2，緊固螺栓3、球面 螺桿4、螺帽5、應(yīng)力傳感器6、限位板7、彈簧8、鎖緊螺母9、上拉板10、拉桿 11、啞鈴型混凝土上拉伸夾頭121、下拉伸夾頭122、試件13、球面拉桿14、下拉 板15、直流穩(wěn)壓電源16、左滲透室171、右滲透室172、不銹鋼網(wǎng)片18、橡膠密封圈19、氯離子自動(dòng)分析儀20。
具體實(shí)施方式

該裝置包括拉拉伸裝置1和電加速氯離子快速滲透裝置2,啞鈴型混凝土試件 13位于拉伸裝置1中，啞鈴型混凝土試件13與電加速氯離子快速滲透裝置2通過(guò) 緊固螺栓3相連接。
拉伸裝置1桿11的下部與下拉板15連接，拉桿11的上部穿過(guò)上拉板10和限 位板7，上拉板IO穿在拉桿11上通過(guò)鎖緊螺母9固定，螺帽5將應(yīng)力傳感器6通 過(guò)球面螺桿4壓在限位板7上，彈簧8套在球面螺桿4上并位于限位板7與上拉板 IO之間，在上拉板10與下拉板15之間設(shè)有上拉伸夾頭121、下拉伸夾頭122，上 拉伸夾頭121與球面螺桿4的球頭部分連接，下拉伸夾頭122與球面拉桿14的球 頭部分連接，啞鈴型混凝土試件13位于上拉伸夾頭121、下拉伸夾頭122之間，通 過(guò)拉伸夾頭夾持啞鈴型混凝土試件13。
電加速氯離子快速滲透裝置2中，穩(wěn)態(tài)直流電源16的正負(fù)極分別與兩個(gè)不銹鋼 網(wǎng)片18相連，兩個(gè)不銹鋼網(wǎng)片18分別插入到左滲透室171和右滲透室172中，兩 個(gè)橡膠密封圈19分別嵌在兩個(gè)滲透室外側(cè)的凹槽中，氯離子自動(dòng)分析儀20的測(cè)試 電極插在滲透室內(nèi)。
所述的拉應(yīng)力作用下混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置的測(cè)試方法具體為
首先取同配比的六個(gè)啞鈴型混凝土試件作為一組，將每個(gè)試件的兩個(gè)平行側(cè)面 磨平，其余面用環(huán)氧密封，之后取三個(gè)進(jìn)行直接拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得平均抗拉強(qiáng)度；然 后利用拉伸裝置對(duì)剩余的三個(gè)混凝土試件施加軸向拉伸應(yīng)力；應(yīng)力施加時(shí)采用材料 試驗(yàn)機(jī)以恒定速率緩慢地對(duì)球面螺桿施加拉力直至規(guī)定應(yīng)力比，然后保持該拉力不 變，并迅速擰緊螺帽，應(yīng)力傳感器的引線與計(jì)算機(jī)相連實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力的變化， 一旦 應(yīng)力損失超過(guò)5%，則擰緊螺帽使之恢復(fù)至原始應(yīng)力值。
加載完畢后將帶有加載裝置的混凝土試件的兩個(gè)磨平側(cè)面，通過(guò)四個(gè)緊固螺栓 與電加速氯離子快速滲透裝置的滲透室相連，鎖緊緊固螺栓使?jié)B透室不滲漏，然后
在左滲透室中注滿濃度為5%的NaCl溶液，在右滲透室中注滿濃度為0.3%的NaOH 溶液，并將氯離子自動(dòng)分析儀中直流穩(wěn)壓電源的正極與插在右滲透室中的不銹鋼網(wǎng) 片相連，將負(fù)極與插在左滲透室中的不銹鋼網(wǎng)片相連。打開(kāi)直流穩(wěn)壓電源的，保持12V電壓不變，連續(xù)監(jiān)測(cè)右滲透室內(nèi)氯離子濃度，直至氯離子濃度增長(zhǎng)速度^達(dá)
A
到恒定。利用Nernst-Plank方程計(jì)算氯離子穩(wěn)態(tài)滲透系數(shù)i^^^r^^ (式
中及-氣體常數(shù)8.314/111016《，L-混凝土試件的厚度m， V-右滲透室體積，T-絕對(duì)溫 度K， Z。-氯離子電荷數(shù)Ze廣l， F-法拉第常數(shù)96500 C/mo1， M-電壓V， C。-初始
氯離子濃度mo1/1， A-混凝土截面積m2， ^-右滲透室氯離子濃度增長(zhǎng)速度moI/l-s)。
進(jìn)行拉應(yīng)力作用下混凝土滲透系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先取同配比的六個(gè)啞鈴型混
凝土試件作為一組，將每個(gè)試件的兩個(gè)平行側(cè)面磨平，其余面用環(huán)氧密封，之后取
三個(gè)進(jìn)行直接拉伸實(shí)驗(yàn)，獲得平均抗拉強(qiáng)度；然后利用拉伸裝置對(duì)剩余的三個(gè)混凝
土試件施加軸向拉伸應(yīng)力。應(yīng)力施加時(shí)采用材料試驗(yàn)機(jī)以恒定速率緩慢地對(duì)球面螺
桿施加拉力直至規(guī)定應(yīng)力比，然后保持該拉力不變，并迅速擰緊螺帽。應(yīng)力傳感器
的引線與計(jì)算機(jī)相連實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力的變化， 一旦應(yīng)力損失超過(guò)5%，則擰緊螺帽使 之恢復(fù)至原始應(yīng)力值。加載完畢后將帶有加載裝置的混凝土試件的兩個(gè)磨平側(cè)面，
通過(guò)四個(gè)緊固螺栓與電加速氯離子快速滲透裝置的滲透室相連，鎖緊緊固螺栓使?jié)B
透室不滲漏。然后在左滲透室中注滿濃度為5n/。的NaCl溶液，在右滲透室中注滿濃
度為0.3%的NaOH溶液，并將氯離子自動(dòng)分析儀的測(cè)試電極插在右滲透室內(nèi)。將直
流穩(wěn)壓電源的正極與插在右滲透室中的不銹鋼網(wǎng)片相連，將負(fù)極與插在左滲透室中
的不銹鋼網(wǎng)片相連。打開(kāi)直流穩(wěn)壓電源的，保持12V電壓不變，連續(xù)監(jiān)測(cè)右滲透室
內(nèi)氯離子濃度，直至氯離子濃度增長(zhǎng)速度達(dá)到恒定。
權(quán)利要求1、一種混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于該裝置包括拉拉伸裝置(1)和電加速氯離子快速滲透裝置(2)，啞鈴型混凝土試件(13)位于拉伸裝置(1)中，啞鈴型混凝土試件(13)與電加速氯離子快速滲透裝置(2)通過(guò)緊固螺栓(3)相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于拉伸裝置(1) 的拉桿(11)的下部與下拉板(15)連接，拉桿(11)的上部穿過(guò)上拉板(10)和限位板(7)， 上拉板(10)穿在拉桿(11)上通過(guò)鎖緊螺母(9)固定，螺帽(5)將應(yīng)力傳感器(6)通過(guò)球面螺桿(4)壓在限位板(7)上，彈簧(8)套在球面螺桿(4)上并位于限位板(7)與上拉板(10)之間，在上拉板(10)與下拉板(15)之間設(shè)有上拉伸夾頭(121)、下拉伸夾頭(122)，上拉伸 夾頭(121)與球面螺桿(4)的球頭部分連接，下拉伸夾頭(122)與球面拉桿(14)的球頭部分連接，啞鈴型混凝土試件(13)位于上拉伸夾頭(121)、下拉伸夾頭(122)之間，通過(guò)拉伸夾頭夾持啞鈴型混凝土試件(13)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于電加速氯離子 快速滲透裝置(2)中，穩(wěn)態(tài)直流電源(16)的正負(fù)極分別與兩個(gè)不銹鋼網(wǎng)片(18)相連， 兩個(gè)不銹鋼網(wǎng)片(18)分別插入到左滲透室(171)和右滲透室(172)中，兩個(gè)橡膠密封圈 (19)分別嵌在兩個(gè)滲透室外側(cè)的凹槽中，氯離子自動(dòng)分析儀(20)的測(cè)試電極插在滲透 室內(nèi)。
專(zhuān)利摘要混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置中，拉伸裝置(1)的拉桿(11)的下部與下拉板(15)連接，拉桿(11)的上部穿過(guò)上拉板(10)和限位板(7)，上拉板(10)穿在拉桿(11)上通過(guò)鎖緊螺母(9)固定，螺帽(5)將應(yīng)力傳感器(6)通過(guò)球面螺桿(4)壓在限位板(7)上，彈簧(8)套在球面螺桿(4)上并位于限位板(7)與上拉板(10)之間，在上拉板(10)與下拉板(15)之間設(shè)有上拉伸夾頭(121)、下拉伸夾頭(122)，上拉伸夾頭(121)與球面螺桿(4)的球頭部分連接，下拉伸夾頭(122)與球面拉桿(14)的球頭部分連接，啞鈴型混凝土試件(13)位于上拉伸夾頭(121)、下拉伸夾頭(122)之間，通過(guò)拉伸夾頭夾持啞鈴型混凝土試件(13)。
文檔編號(hào)G01N19/00GK201355341SQ20092003699
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者宋魯光, 張?jiān)粕? 李宗津, 馬立國(guó) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)