混凝土三向应力‑高温‑化学腐蚀耦合作用的试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种混凝土的试验装置及试验方法，具体涉及一种混凝土受三向应力-高温-化学腐蚀耦合作用的试验装置。

背景技术：

地下结构混凝土所处服役环境复杂，在多因素共同作用下容易出现性能劣化，尤其深部地下工程，如矿井巷道、核废料储存库等。地下结构混凝土往往不是受到单向荷载，而是受到周边约束的多向应力作用，还受到高温、化学溶液腐蚀、动水压等其他因素的共同作用，地下岩层温度随深度呈梯度上升，超过700 m后岩温普遍超过35℃；地下水中常含硫酸根、氯离子等有害离子，引起混凝土的化学腐蚀；地下水还具有一定的水头压力，水头压力的大小随着混凝土在地下水位以下的深度的增大而增大。地下结构混凝土的耐久性研究复杂而严峻。

为了对混凝土在复杂多因素耦合环境下的劣化机理和劣化速度进行研究，需要相应试验装置和试验方法，而传统的试验往往是将制作好的混凝土试件放入满足单一或部分因素作用的环境条件下进行试验，无法同时考虑三向荷载、高温和化学溶液动水压腐蚀的耦合长期作用，不能全面真实的反映混凝土试件所处服役环境，传统试验对混凝土腐蚀性能的测试往往是将腐蚀到期的混凝土试件取出测试，测完放回腐蚀溶液，这会对测试结果产生一定影响，而基于原位腐蚀过程的测试结果更准确，因此需要研究相应的试验装置和试验方法。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种以解决现有混凝土化学溶液腐蚀试验中不能同时对混凝土施加多向持续荷载、高温及为化学溶液提供持续的水头压力的问题，实现测试混凝土材料在不同三向应力、不同温度、不同动水压、不同浓度化学溶液单独或共同作用下的性能演化，并采用了无损超声波系统对试验过程进行监测的混凝土三向应力-高温-化学腐蚀耦合作用的试验装置。

本实用新型的技术方案是：混凝土三向应力-高温-化学腐蚀耦合作用的试验装置，该实验装置包括加压系统、反力架、压力传感器、千斤顶、储液箱、加压垫块、压力室箱体和超声波检测系统；

所述超声波检测系统包括超声波检测装置和若干超声波探头；

其中，所述加压系统设置在所述反力架的外侧，所述压力室箱体设置在所述反力架的内部，通过底部设置的所述加压垫块置于所述反力架的底座上端，所述压力室箱体的上端面、下端面、左侧面和右侧面上均设有所述加压垫块，且每个所述加压垫块均通过所述千斤顶与所述反力架的侧壁连接，所述千斤顶与所述加压系统连接，所述储液箱通过流入导流管与所述压力室箱体上设置的化学溶液入口联通，所述储液箱通过流出导流管与所述压力室箱体上设置的化学溶液出口联通，若干所述超声波探头设置所述压力室箱体内，所述超声波检测装置与所述超声波探头数据连接，所述压力室箱体内设有化学溶液、加热电阻和温度调节仪。

进一步，该实验装置还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述千斤顶上。

进一步，该实验装置还包括水压流速传感器，所述水压流速传感器设置在所述流入储液箱内。

进一步，该实验装置还包括进口阀门和出口阀门，所述进口阀门设置在所述流入导流管上，所述口阀门设置在所述流出导流管上。

进一步，所述化学溶为含有HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺的水溶液。

本实用新型的有益效果：由于采用了上述方案，在实验室条件下实现模拟深部地下结构混凝土在三向应力、高温和化学溶液动水压腐蚀的耦合环境，并采用原位超声波检测研究混凝土劣化过程。 本试验装置和试验方法弥补了传统化学腐蚀试验的不足，能够同时对混凝土施加三向不等的持续荷载、高温和带水头压力的化学溶液长期腐蚀等耦合作用，使得混凝土的实验室条件更加接近实际的服役环境，从而据此得出的研究结果更准确，对实际工程应用也更具参考价值。原位的超声波检测能够反映混凝土在多因素耦合条件下的劣化过程，且是无损检测手段。本试验装置和试验方法原理简单，操作简便，且计算结果能满足工程实践的要求，对定量研究混凝土受多向应力、高温及化学腐蚀单独或共同作用下的长期耐久性具有参考价值。

附图说明

图1为本实用新型的正面结构示意图。

图2为本实用新型的侧面结构示意图。

图中：1-反力架，2-千斤顶，3-刚性垫块，4-压力室箱体，5-化学溶液，6-混凝土试件，7-加热电阻器，8-温度调节仪，9-超声波探头，10-超声波检测系统，11-储液箱，12-水压流速传感器，13-流入导流管，14-流出导流管，15-入口阀门，16-出口阀门，17-加压系统，18-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的说明：

如图1-图2所示，本实用新型的混凝土三向应力-高温-化学腐蚀耦合作用的试验装置，该实验装置包括：1-反力架，2-千斤顶，3-加压垫块，4-压力室箱体，5-化学溶液，6-混凝土试件，7-加热电阻器，8-温度调节仪，9-超声波探头，10-超声波检测装置，11-储液箱，12-水压流速传感器，13-流入导流管，14-流出导流管，15-入口阀门，16-出口阀门，17-加压系统和压力传感器18；

所述超声波检测系统包括超声波检测装置10和若干超声波探头9；

其中，所述加压系统17设置在所述反力架1的外侧，所述压力室箱体4设置在所述反力架1的内部，通过底部设置的所述加压垫块3置于所述反力架1的底座上端，所述压力室箱体4的上端面、下端面、左侧面和右侧面上均设有所述加压垫块3，且每个所述加压垫块3均通过所述千斤顶5与所述反力架1的侧壁连接，所述千斤顶1与所述加压系统17连接，所述储液箱10通过流入导流管13与所述压力室箱体上设置的化学溶液入口联通，所述储液箱10通过流出导流管14与所述压力室箱体4上设置的化学溶液出口联通，若干所述超声波探头9设置所述压力室箱体4内，所述超声波检测装置10与所述超声波探头9数据连接，所述压力室箱体4内设有化学溶液5、加热电阻7和温度调节仪8，所述千斤顶4上设置压力传感器18，所述水压流速传感器12设置在所述流入储液箱10内，所述入口阀门15设置在所述流入导流管13上，所述出口阀门16设置在所述流出导流管14上。所述化学溶为含有HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺的水溶液。

采用本实用新型试验装置，同时对混凝土施加三向持续荷载、高温和持续动水压化学溶液腐蚀，试验方法的具体步骤是；

1）根据需要试验的混凝土配合比制作混凝土试件6；

2）将养护至需要龄期的混凝土试件6放置在压力室箱体4内，并与设置在压力室箱体4侧壁上刚性垫块3接触；

3）在储液箱11中加入试验所需浓度的化学溶液5；

4）将6个超声波探头9分别紧贴固定在混凝土试件6的每个测试表面；

5）关闭压力室箱体4，通过加压系统17对混凝土试件施加三向荷载并保持恒定，压力值通过压力传感器18测得并显示；

6）根据试验需要通过加热电阻器7、温度调节仪8对压力室内部加热并保持温度恒定，温度值通过温度传感器测得并显示；

7）打开储液箱入口阀门15，使储液箱11内化学溶液流入并充满压力室4，通过水压控制系统17施加试验需要的动水压，可以通过水压流速表12显示溶液流动情况；

8）通过超声波检测装置10对试件进行监测，超声波检测系统的结果可以通过PC端自动采集和存储。