管道耐久性试验装置和方法与流程

本发明涉及预应力混凝土压力管道制造技术领域，尤其涉及一种管道耐久性试验装置和方法。

背景技术：

预应力混凝土管在服役过程中，不可避免的会受到腐蚀作用，导致管道性能降低甚至发生爆管事故。目前国内外专门针对预应力混凝土结构耐久性的研究比较少，针对预应力混凝土压力管道的耐久性研究更加匮乏，大量的研究主要集中于普通混凝土结构。

相关技术中，研究混凝土压力管道耐久性能的方法主要分为原位试验法和试验室模拟试验法。

原位试验法通过对实际工程中服役的管道钻心取样获取保护层内的离子分布情况和预应力筋的锈蚀情况，是获取结构腐蚀参数最直接最准确的方式，对于准确把握结构的耐久性能变化具有非常高的价值，但试验周期过长，为取得良好的试验数据，少则几年多则几十年，需要花费非常大的人力和物力，同时，会破坏管道的整体性，从而缩短了管道的使用寿命。

实验室内常采用自然浸泡法、内掺法、喷淋法、通电加速法、冻融循环法和人工气候模拟技术等技术来加速研究钢筋混凝土结构的耐久性能，通过试验室的加速方法，在一定程度上可以反映结构的耐久性能变化，然而，需要注意的是试验室内所采用的试件形式相较于实际的预应力混凝土压力管道有非常大的区别，如pccp的保护层采用的喷射砂浆以及高强预应力筋的张拉等结构，均无法在实验室内进行模拟，因而基于此获得的腐蚀参数，难以令人信服。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种管道耐久性试验装置，以在一定程度上解决现有技术中尚且没有能够快速且准确地测量预应力混凝土压力管道的耐久性的试验装置的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种管道耐久性试验装置，以在一定程度上解决现有技术中尚且没有能够快速且准确地测量预应力混凝土压力管道的耐久性的试验方法的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案；

基于上述第一目的，本发明提供的管道耐久性试验装置包括原型管道、腐蚀试验池和腐蚀参数采集机构；

所述腐蚀试验池用于容纳腐蚀液；

所述原型管道放置在所述腐蚀试验池中，以使所述原型管道的外表面浸泡在所述腐蚀液中；

所述腐蚀参数采集机构与所述原型管道连接，以对所述原型管道的腐蚀状态进行检测。

在上述任一技术方案中，可选地，所述原型管道包括管道本体、插口截段和承口截段；

所述管道本体的承口与所述插口截段插接，所述管道本体与所述插口截段之间的连接处浸泡在所述腐蚀液中；

所述管道本体的插口与所述承口截段插接，所述管道本体与所述承口截段之间的连接处浸泡在所述腐蚀液中。

在上述任一技术方案中，可选地，所述管道耐久性试验装置还包括设置于所述腐蚀试验池中的至少一个隔断；

所述隔断设置有安装通孔，所述原型管道穿设于所述安装通孔内并将所述安装通孔封堵；

所述至少一个隔断将所述腐蚀试验池分隔为多个腐蚀隔间，多个所述腐蚀隔间分别用于容纳多种所述腐蚀液。

在上述任一技术方案中，可选地，所述隔断与所述原型管道的连接处设置有密封件；

和/或，所述腐蚀试验池的内壁面以及所述隔断的壁面均设置有防腐层。

在上述任一技术方案中，可选地，所述管道耐久性试验装置还包括储液池和循环机构；

所述储液池用于储存所述腐蚀液，所述循环机构连通所述储液池和所述腐蚀试验池，以在所述储液池和所述腐蚀试验池之间转运所述腐蚀液。

在上述任一技术方案中，可选地，所述腐蚀试验池的数量为多个，所述原型管道的数量为多个；

多个所述腐蚀试验池环绕所述储液池排布，多个所述原型管道一一对应地设置于多个所述腐蚀试验池中；

和/或，所述储液池和所述腐蚀试验池均为开挖于地面的坑池，所述储液池和所述腐蚀试验池的顶部均具有开口，所述开口盖设有盖体。

在上述任一技术方案中，可选地，所述腐蚀液为氯化钠溶液、硫酸钠溶液或者氯化钠溶液与硫酸钠溶液的混合物。

在上述任一技术方案中，可选地，所述腐蚀参数采集机构包括压电陶瓷传感器、功率放大器以及处理器；

所述压电陶瓷传感器设置于所述原型管道的保护层；所述功率放大器与所述压电陶瓷传感器电连接，以接收并放大所述压电陶瓷传感器测量到的电信号得到放大信号；所述处理器与所述功率放大器电连接，以接收并处理所述放大信号；

所述腐蚀参数采集机构包括所述超声波损伤探测机构，所述超声波损伤探测机构能够向所述原型管道发射探测超声波以对所述原型管道的保护层进行探测；

所述腐蚀参数采集机构包括钻芯机，所述钻芯机能够钻取所述原型管道的保护层的样本。

基于上述第二目的，本发明提供的管道耐久性试验方法，包括以下步骤：

试验池准备：在地下开挖腐蚀池，将原型管道置入腐蚀池中；

数据采集准备：将腐蚀参数采集机构的数据采集端与原型管道连接；

腐蚀试验：在腐蚀池内注入腐蚀液，通过腐蚀参数采集机构的数据读取端获取原型管道的腐蚀状态参数。

在上述任一技术方案中，可选地，所述试验池准备的步骤具体包括以下步骤：

在地下开挖坑池，以得到腐蚀试验池；

对腐蚀试验池的壁面进行衬砌，在腐蚀试验池的底面砌筑至少一个具有托槽的隔墙；

将原型管道放置于托槽内，基于每个隔墙继续向上砌筑，直至得到顶部超过所述原型管道的最高处的隔断；

在腐蚀试验池的壁面和隔断的壁面设置防腐层，在原型管道与隔断的间隙处设置密封件。

采用上述技术方案，本发明的有益效果：

本发明提供的管道耐久性试验装置包括原型管道、腐蚀试验池和腐蚀参数采集机构。腐蚀试验池用于容纳腐蚀液，原型管道放置在腐蚀试验池中，以使原型管道的外表面浸泡在腐蚀液中，一方面通过腐蚀液模拟原型管道的使用环境，另一方面腐蚀液能够在一定程度上相较于实际使用环境加速对于原型管道的腐蚀进程，从而相较于原位试验法，能够有效缩短试验时长。腐蚀参数采集机构与原型管道连接，以对原型管道的腐蚀状态进行检测，从而通过腐蚀参数采集机构能够在整个试验进程中的任意时间节点或者阶段对腐蚀状态参数进行获取，以通过这些腐蚀状态参数反应原型管道的耐久性能。此外，由于在整个加速腐蚀进程中所采用的实验对象为至少包括一整节的实际的预应力混凝土压力管的原型管道，因而可以有效模拟保护层以及预应力钢筋等只能在管道整体中得以体现的结构的腐蚀状态，从而得到这些结构的耐久性能的可信数据。也就是说，该管道耐久性试验装置能够实现原型管道的加速腐蚀，因而能够快速进行管道耐久性试验，还通过将原型管道作为试验对象，使得管道耐久性试验结果的可信度答复提升，因而能够对管道耐久性进行更加准确地测试。

本发明提供的管道耐久性试验方法，采用上述的管道耐久性试验装置进行管道耐久性试验，因而能够实现该管道耐久性试验装置的所有有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的管道耐久性试验装置的结构示意图。

图标：1-pccp原型管道；2-bccp原型管道；3-腐蚀隔间；4-储液池；5-拼接接口；6-压电陶瓷传感器；7-功率放大器；8-数据采集仪；9-处理器；10-循环机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1所示，本实施例提供的管道耐久性试验装置用于对预应力混凝土压力管道进行耐久性腐蚀试验。该管道耐久性试验装置能够在管道研发过程中或者批次管道出厂前等验收阶段使用。

本实施例提供的管道耐久性试验装置包括原型管道、腐蚀试验池、隔断和腐蚀参数采集机构。

在下文中，将对管道耐久性试验装置的上述部件进行具体描述。

在本实施例的可选方案中，原型管道至少包括一整节的实际的预应力混凝土压力管道。现有技术中的试验室模拟试验法采用的部分管片等形式的试件进行试验，由于这种试件与实际的预应力混凝土压力管道具有非常明显的区别，因而例如管道的采用喷射砂浆形成的保护层以及高强预应力进行张拉形成的预应力钢筋等结构，均无法在这些试件中得以体现，而原型管道与实际的预应力混凝土压力管道从结构上来讲极其贴合，能够对其结构特点进行全面的体现，因而基于原型管道获得的腐蚀参数，更加令人信服。

本实施例中，原型管道包括管道本体、插口截段和承口截段。

管道本体为一整节的实际的预应力混凝土压力管道，对另一节的实际的预应力混凝土压力管道的插口端和承口端进行截取以分别得到插口截段和承口截段。

管道本体的承口与插口截段插接，从而对实际的预应力混凝土压力管的一端接头情况进行模拟；管道本体的插口与承口截段插接，从而对实际的预应力混凝土压力管的另一端接头情况进行模拟。也就是说，该原型管道不仅能够对预应力混凝土压力管的管身性能进行模拟，而且还能够对使用状态下的相邻管道的拼接接口5处的性能进行模拟。

在使用状态下，填缝砂浆的耐久性能不足及交界面处的间隙等因素，一般都会导致接口处成为管道最先腐蚀的位置，因而管道的拼接接口5处一般为整个输送线的最薄弱处。因而将原型管道设置为包括顺次拼接的管道本体、插口截段和承口截段，能够实现对于管道最先腐蚀的位置的腐蚀试验，使得腐蚀试验的结果的更精确，可参考性更强。

可选地，为了进一步使原型钢筒更加精准地模拟预应力混凝土压力管在使用状态下的耐久性，可以在管道本体的承口与插口截段插接处进行与使用状态下相同的防腐处理和密封处理，同理，可以在管道本体的插口与承口截段插接处进行与使用状态下相同的防腐处理和密封处理。

可选地，为节约成本和节省试验空间，插口截段和承口截段可以采用独立浇筑或者切割相同口径管道端部获得，设计长度一般不超过500mm，以便于安装和试验。

本实施例的可选方案中，腐蚀试验池用于容纳腐蚀液，原型管道放置在腐蚀试验池中，以使原型管道的外表面浸泡在腐蚀液中。值得解释的是，由于预应力混凝土压力管道在使用状态下，其内部通常用于输水，因而腐蚀通常都是由外向内发生的，因而腐蚀液仅需要与原型管道的外表面接触，而不需要将原型管道的内表面也浸泡在腐蚀液中。

在本实施例中，腐蚀液为氯化钠溶液、硫酸钠溶液或者氯化钠溶液与硫酸钠溶液的混合物。一方面可以对腐蚀液的种类进行更换，另一方面可以对腐蚀液的浓度进行调整，从而使模拟使用状态下的多种腐蚀工况。

本实施例的可选方案中，为了在腐蚀试验池内同时模拟多种腐蚀工况，提高耐久性试验的效率，管道耐久性试验装置还包括至少一个隔断，也就是说，管道耐久性试验装置还包括一个隔断或者多个隔断。

隔断设置于腐蚀试验池中，至少一个隔断将腐蚀试验池分隔为多个腐蚀隔间3，多个腐蚀隔间3分别用于容纳多种腐蚀液，可选地，每个腐蚀隔间3用于容纳一种不同的腐蚀液，以对腐蚀试验池的空间进行充分利用。也就是说，当隔断为一个，腐蚀试验池被分隔为两个腐蚀隔间3，两个腐蚀隔间3分别位于隔断的两侧，当隔断为多个，多个腐蚀隔间3沿腐蚀试验池的长度方向顺次间隔排布，以将腐蚀试验池划分为多个腐蚀隔间3，腐蚀隔间3的数量比隔断的数量大一个。

每个隔断上均设置有安装通孔，原型管道穿设于安装通孔内并将安装通孔封堵，原型管道沿其轴向被所有隔断分隔为多个管道节段，多个管道节段一一对应地位于多个腐蚀隔间3内。

可选地，原型管道的轴向与腐蚀试验池的长度方向保持一致。

可选地，腐蚀试验池的两端也均设置有安装通孔，原型管道的插口截段和承口截段的非拼接接口5处穿设于安装通孔内并将安装通孔封堵，以避免腐蚀液通过插口截段和承口截段的开口直接流入到原型管道的内部。

在本实施例中，为了避免相邻的腐蚀隔间3内的腐蚀液互相渗透、混合，在隔断与原型管道的连接处设置有密封件，从而避免腐蚀液经由隔断与原型管道之间的间隙流动。

可选地，密封件为粘贴于隔断与原型管道之间的间隙处的防水卷材。

在本实施例中，为了避免腐蚀试验池和隔断被腐蚀液腐蚀，导致腐蚀液被污染，腐蚀试验池的内壁面以及隔断的壁面均设置有防腐层。其中，腐蚀试验池的内避免包括其内部的侧壁面和底面。

可选地，防腐层由在腐蚀池的内壁面以及隔断的壁面涂覆防腐涂层形成。

本实施例的可选方案中，鉴于预应力混凝土压力管道在使用状态下通常都需要面对晴雨雪交替的环境，采用干湿循环法加速腐蚀进程，以更加真实地模拟实际的腐蚀环境。

为了便于实施干湿循环法，管道耐久性试验装置还包括储液池4和循环机构10。

在此过程中，储液池4一方面用于更换腐蚀液，以及用于在干湿循环时，作为腐蚀液的临时储备池使用。循环机构10连通储液池4和腐蚀试验池，以在储液池4和腐蚀试验池之间转运腐蚀液，从而为采用干式循环法实现加速腐蚀提供了结构基础。

可选地，循环机构10包括泵送件和输送管道，输送管道连通储液池4和腐蚀试验池，泵送件为双向泵，双向泵设置于输送管道。当双向泵正向泵送的时候，将腐蚀试验池内的腐蚀液泵送至储液池4中，以使腐蚀试验池内空置，从而使腐蚀试验池内的原型管道的腐蚀环境由湿环境转换为干环境；当双向泵反向泵送的时候，将储液池4中的腐蚀液泵送至腐蚀试验池内，以使腐蚀试验池内容纳有腐蚀液，从而使腐蚀试验池内的原型管道的腐蚀环境由干环境转换为湿环境。如此循环，即可实现对于原型管道的腐蚀环境的干湿循环式控制。

可以理解的是，泵送件也可以包括能够正向泵送的第一单向泵送件和能够反向泵送的第二单向泵送件。输送管道包括均连通腐蚀试验池和储液池4的第一输送管道和第二输送管道。第一单向泵送件设置于第一输送管道，第二单向泵送件设置于第二输送管道，从而通过第一单向泵送件和第二单向泵送件分别进行腐蚀液的正向泵送和反向泵送。

在本实施例的可选方案中，由于原型管道的尺寸较大，如果采用金属材料焊接或者浇筑等方式成型该管道耐久性试验装置，成本高、成型困难、接口多容易泄露。因而将储液池4和腐蚀试验池均设置为开挖于地面的坑池，有利于节约成本、降低成型难度、减少接口以降低腐蚀液泄露的风险。此外，坑池结构还具有较好的保温效果。

在本实施例中，储液池4和腐蚀试验池的顶部均具有开口，以便于对其中的腐蚀液的状态进行监测，为了防止储液池4和腐蚀试验池内的腐蚀液挥发，开口盖设有盖体，盖体可拆卸。

在本实施例中，为了提高储液池4和腐蚀试验池的壁面的硬度，从而便于进行防腐处理，进而确保腐蚀液的清洁程度，在坑池的壁面砌筑砖墙并对砖墙进行水泥抹平处理。

本实施例的可选方案中，管道耐久性试验装置虽然相较于原位试验法能够大幅节约试验时长，但是加速腐蚀进行后的试验时长依旧需要历经一些时日，因而从节约时间提高试验效率，以及提高储液池4内的腐蚀液的利用率的角度出发，可以将腐蚀试验池的数量设置为多个，从而同时对多个原型管道进行试验。

多个原型管道可以为相同规格或者相同种类，以实现对于相同规格或者相同种类的原型管道的重复耐久性试验，提高试验结果的可靠性。或者，多个原型管道可以为不同规格或不同种类，以同时对多个不同规格或不同种类的原型管道的单次耐久性试验。

作为一个示例，如图1所示，管道耐久性试验装置包括两个腐蚀试验池，每个腐蚀试验池内均设置有多个腐蚀隔间3，两个腐蚀试验池内分别放置有pccp原型管道1和bccp原型管道2。

本实施例的可选方案中，腐蚀参数采集机构包括压电陶瓷传感器6、功率放大器7以及处理器9。

压电陶瓷传感器6设置于原型管道的保护层。具体而言，压电陶瓷传感器6包括激励端和发射端，激励端在喷pccp原型管道1的保护层之前或者浇筑bccp原型管道2的保护层之前粘贴于预应力钢筋间，发射端直接粘贴于保护层表面，从而通过读取发射端能够读取激励端的电压变化，并将读取到的信息发送出去，其中，发射端读取到的电压变化能够反映保护层及预应力钢筋受腐蚀后的状态变化。

虽然原型管道在整个试验进程中会发生腐蚀，但是由于激励端和发射端的材质均为耐腐蚀的陶瓷材质，因而腐蚀性环境不会对压电陶瓷传感器6的测量结果造成影响。

可选地，对应原型管道的每个管道节段，沿着原型管道的圆周方向等间距粘结4组激励端和发射端，从而确保在每个隔间内均能顾对保护层及预应力钢筋受腐蚀后的状态进行监测。

功率放大器7与压电陶瓷传感器6电连接，以接收并放大压电陶瓷传感器6测量到的电信号得到放大信号，以使处理器9更准确且更便利地识别原型管道的保护层的腐蚀状态。

处理器9与功率放大器7电连接，以接收并处理放大信号，得到可供试验操作人员参考的腐蚀状态结果。此外，处理器9还能够控制压电陶瓷传感器6的激励频率、激励波形。

在本实施例的可选方案中，腐蚀参数采集机构包括超声波损伤探测机构，超声波损伤探测机构能够向原型管道发射探测超声波以对原型管道的保护层进行探测。具体而言，超声波损伤探测机构能够向原型管道发射探测超声波、对原型管道反射回的反射超声波进行回收以将探测超声波和反射超声波进行对比和分析，从而通过探测超声波和反射超声波之间的波速的相对变化情况，对保护层的损伤情况进行分析，以确定保护层内发生损伤的厚度。

在本实施例的可选方案中，腐蚀参数采集机构包括钻芯机，钻芯机能够钻取原型管道的保护层的样本，从而对加速腐蚀后的原型管道的保护层进行离子分布情况、保护层的孔隙率、保护层的强度、微观测试和钢筋锈蚀状态等腐蚀参数进行样本检测。

可选地，腐蚀参数采集机构还包括数据采集仪8，数据采集仪8可以与功率放大器7、超声波损伤探测机构以及处理器9电连接，同时还能够用于对保护层的样本进行参数采集，以配合钻心取样、超声波损伤检测法以及压电传感器测试法，实现对于原型管道的腐蚀状态识别及参数采集，为准确预测预应力混凝土压力管道的耐久性寿命提供基础。

可以理解的是，上述三种腐蚀参数采集机构可以单独使用，也可以组合使用。

实施例二

实施例二提供了一种管道耐久性试验方案，该实施例采用实施例一中的管道耐久性试验装置进行管道耐久性试验，实施例一所公开的管道耐久性试验装置的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的管道耐久性试验装置的技术特征不再重复描述。

结合图1所示，本实施例提供的管道耐久性试验方法，包括以下步骤：

试验池准备：在地下开挖腐蚀池，将原型管道置入腐蚀池中；

数据采集准备：将腐蚀参数采集机构与原型管道连接；

腐蚀试验：在腐蚀池内注入腐蚀液，通过腐蚀参数采集机构的数据读取端获取原型管道的腐蚀状态参数。

在本实施例中，通过在地下开挖坑池，能够得到成型成本低、防泄漏性能强且保温性能高的腐蚀池。将原型管道置入腐蚀池中，具体而言，将预制有压电陶瓷传感器6的原型管道置入腐蚀池中。

腐蚀参数采集机构与原型管道连接，具体而言，是将腐蚀参数采集机构的功率方法器与压电陶瓷传感器6配对，以便于进行采集到的腐蚀状态信号的收发。

腐蚀参数采集机构与原型管道的连接工序放在腐蚀液注入之前，便于操作人员对内置有压电传感器的原型管道的位置进行调整，从而确保电信号收发通畅。

在本实施例的可选方案中，试验池准备的步骤具体包括以下步骤：

在地下开挖坑池，以得到腐蚀试验池；

对腐蚀试验池的壁面进行衬砌，在腐蚀试验池的底面砌筑至少一个具有托槽的隔墙；

将原型管道放置于托槽内，基于每个隔墙继续向上砌筑，直至得到顶部超过原型管道的最高处的隔断；

在腐蚀试验池的壁面和隔断的壁面设置防腐层，在原型管道与隔断的间隙处设置密封件。

在本实施例的可选方案中，通过在砌筑隔断的过程中，先砌筑处具有托槽的隔墙，然后将原型管道方向托槽内，从而能够通过隔墙对原型管道进行支撑，再继续向上砌筑得到隔断，进而达到使原型管道穿设于隔断上的安装通孔的目的，能够有效减小腐蚀试验池沿长度方向的尺寸，利用腐蚀试验池的高度方向的空间即可完成原型管道的安装，通过该组装和成型步骤，大幅简化了原型管道与隔断之间进行组装的难度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。