一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置的制作方法

1.本发明属于隧道围岩混凝土喷层腐蚀模拟技术领域，尤其是涉及一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置。


背景技术：

2.随着“新奥法”的广泛推广，隧道喷射混凝土相关研究取得了长足发展，则研究重点主要集中在喷射支护力学机理、材料特性、喷射技术及工程应用等方面，相对而言，关于喷射混凝土与围岩的粘结性能研究尚不够深入，且相关研究主要针对喷射混凝土材料本身，未将混凝土喷层
‑
围岩视为研究整体，没有着重考虑二者接触界面力学性能及外界环境(主要针对腐蚀性溶液)影响效应。因此，开展腐蚀溶液作用下隧道围岩
‑
混凝土喷层粘结性能试验及其劣化机理研究显得尤为紧迫和必要。针对于此，在试验过程中对隧道围岩
‑
混凝土喷层进行人工模拟环境是必不可少的关键环节，如何有效的利用腐蚀溶液对隧道围岩
‑
混凝土喷层进行加速腐蚀，这一问题的提出对环境试验设备提出了更严格的要求。
3.在传统腐蚀中，是将试样直接浸泡在装有腐蚀液的容器内，所得结果与试验结果偏差较大，因为很多因素都会影响最后的腐蚀结果，比如腐蚀液的温度，周围的压力以及搅拌方式等，对于隧道围岩
‑
混凝土喷层这一二元体来说，保证其内部腐蚀均匀性是试验完整进行的前提条件，而影响它的最大因素是反应过程中气泡的排出，热的传导和周围压力。为了得到均匀的腐蚀效果，应尽量减少气泡在腐蚀面的滞留时间，目前所运用的办法大体为摇晃法，搅拌器搅拌法，腐蚀液流动搅拌法等。这些方法对小尺寸试件具有较好的效果，但对于大体积试件来说，由于其腐蚀面加大，所产生的气泡更多，并不能快速的排除气泡，从而影响其试验质量。
4.因此，迫切需要一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其设计合理，操作便捷，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：包括腐蚀溶液模拟箱、氮气供给机构、二氧化碳供给机构和监控模块，所述腐蚀溶液模拟箱包括供盛装腐蚀溶液的耐腐蚀箱体、设置在耐腐蚀箱体顶部的箱盖和设置在耐腐蚀箱体底部供放置隧道围岩混凝土喷层试件的旋转部件，所述耐腐蚀箱体中设置有温度调节部件，所述氮气供给机构和所述二氧化碳供给机构均与所述耐腐蚀箱体连接，所述耐腐蚀箱体上设置有两组带动所述腐蚀溶液循环的循环泵机
构；
7.所述监控模块包括监控箱和设置在所述监控箱中的微控制器，以及设置在耐腐蚀箱体内的温度传感器、压力传感器和液位传感器，所述温度传感器、压力传感器和液位传感器的输出端均与微控制器的输入端连接，所述旋转电机由微控制器进行控制。
8.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：所述转盘上设置有多个对隧道围岩混凝土喷层试件进行限位固定的l形限位板。
9.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：两组所述循环泵机构对称布设，两组所述循环泵机构结构相同，每组所述组循环泵机构均包括依次连接的下循环管、循环阀、过渡循环管、循环泵和上循环管，所述上循环管的高度高于下循环管的高度，所述下循环管和耐腐蚀箱体侧面底部连接，所述上循环管和耐腐蚀箱体侧面中部连接。
10.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：所述二氧化碳供给机构包括二氧化碳罐体和与所述二氧化碳罐体连接的输送泵，所述输送泵和耐腐蚀箱体连接，所述氮气供给机构包括氮气罐体，所述氮气罐体和耐腐蚀箱体连接。
11.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：所述二氧化碳罐体和输送泵之间设置有第一输送管，所述输送泵和耐腐蚀箱体之间设置有第二输送管，所述第一输送管上设置有第一阀门，所述第二输送管上设置有压力释放阀和第二阀门；
12.所述氮气罐体和耐腐蚀箱体之间设置有第三输送管，所述第三输送管上设置有第三阀门和第四阀门。
13.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：所述温度调节部件包括设置在耐腐蚀箱体中上部的盘管、与盘管的进入口连接的三通接头，以及与三通接头连接的进冷水管和进热水管，所述盘管的回水口连接回水箱。
14.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：所述监控箱上设置有显示屏和报警器，所述显示屏和报警器均由微控制器进行控制，所述微控制器的输出端接有电机驱动器，所述电机驱动器的输出端和旋转电机的输入端连接。
15.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：所述旋转部件包括设置在耐腐蚀箱体底部内且供放置隧道围岩混凝土喷层试件的转盘、与转盘底部连接且穿过耐腐蚀箱体底部的转轴和与转轴伸出端连接的旋转电机。
16.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：所述耐腐蚀箱体底部外设置有供所述旋转部件中旋转电机安装的电机支架，所述耐腐蚀箱体底部外四角设置有支腿；
17.所述箱盖和耐腐蚀箱体顶部的连接处设置有密封圈，以使箱盖和耐腐蚀箱体围设成密闭空腔。
18.上述的一种隧道围岩混凝土喷层处于腐蚀溶液的模拟试验装置，其特征在于：所述箱盖的顶部设置有把手，所述箱盖中设置有与所述密闭空腔连通的排气管，所述排气管上设置有排气阀；
19.所述耐腐蚀箱体的底部设置有排液管，所述排液管上设置有排液阀。
20.本发明与现有技术相比具有以下优点：
21.1、结构简单、设计合理且安装布设简便，操作便捷，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
22.2、本发明设置氮气供给机构和二氧化碳供给机构，通过氮气供给机构向耐腐蚀箱体中输入氮气，以排出耐腐蚀箱体中的空气；通过二氧化碳供给机构向耐腐蚀箱体中输入二氧化碳以排出耐腐蚀箱体中的氮气，并通过继续输入二氧化碳，以调节耐腐蚀箱体中的压力。
23.3、本发明设置温度调节部件，对耐腐蚀箱体进行降温或者升温，以调节耐腐蚀箱体中的温度，以使隧道围岩混凝土喷层试件所处环境的温度能够调节。
24.4、本发明设置压力传感器，是为了压力传感器检测到的压力满足围压试验要求值；设置温度传感器，是为了温度传感器检测到的温度满足围岩所处区域的环境温度，很好地模拟了外部环境条件，且提高了模拟外部环境的准确性；另外，在一定围压和相对的温度环境下对隧道围岩混凝土喷层试件进行模拟腐蚀，重现隧道围岩混凝土喷层在一定时间范围内所遭受的破坏程度以及抗剪强度和内粘聚力等力学参数的变化。
25.5、本发明设置旋转部件，既能通过旋转部件带动隧道围岩混凝土喷层试件的旋转，加速了腐蚀试验操作；又能便于通过隧道围岩混凝土喷层试件的旋转带动耐腐蚀箱体中腐蚀溶液流动，以使耐腐蚀箱体中腐蚀溶液的流动速度符合开挖隧道实际现场的水流速度。
26.6、本发明设置循环泵机构，是为了使耐腐蚀箱体中腐蚀溶液利用循环泵机构在循环通道中循环流动，将隧道围岩混凝土喷层试件腐蚀反应过程中所产生的气泡快速排除，提高了后续各项力学参数获取的准确。
27.综上所述，本发明设计合理，操作便捷，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
28.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
29.图1为本发明的结构示意图。
30.图2为本发明腐蚀溶液模拟箱的结构示意图。
31.图3为本发明的电路原理框图。
32.附图标记说明:
33.1—转盘；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
1—转轴；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
2—联轴器；
[0034]1‑
3—旋转电机；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑
4—电机支架；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2—支腿；
[0035]
3—把手；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4—循环泵机构；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
1—下循环管；
[0036]4‑
2—循环阀；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
3—过渡循环管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
4—循环泵；
[0037]4‑
5—上循环管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5—盘管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
1—三通接头；
[0038]5‑
2—进冷水管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
3—进热水管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6—压力传感器；
[0039]
7—温度传感器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8—监控箱；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑
1—微控制器；
[0040]8‑
2—显示屏；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑
3—电机驱动器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑
4—报警器；
[0041]
9—耐腐蚀箱体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ9‑
1—进液管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10—二氧化碳罐体；
[0042]
10
‑
1—第一输送管；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
2—第一阀门；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11—输送泵；
[0043]
12—氮气罐体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12
‑
1—第三输送管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12
‑
2—第三阀门；
[0044]
12
‑
3—第四阀门；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
13—压力释放阀；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14—箱盖；
[0045]
15—排气管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
15
‑
1—排气阀；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
16
‑
1—第二输送管；
[0046]
16
‑
2—第二阀门；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
17—密封圈；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18—l形限位板；
[0047]
19—隧道围岩混凝土喷层试件；
ꢀꢀ
20—排液管；
[0048]
20
‑
1—排液阀；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21—液位传感器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
22—转速传感器。
具体实施方式
[0049]
如图1至图3所示，本发明包括腐蚀溶液模拟箱、氮气供给机构、二氧化碳供给机构和监控模块，所述腐蚀溶液模拟箱包括供盛装腐蚀溶液的耐腐蚀箱体9、设置在耐腐蚀箱体9顶部的箱盖14和设置在耐腐蚀箱体9底部供放置隧道围岩混凝土喷层试件19的旋转部件，所述耐腐蚀箱体9中设置有温度调节部件，所述氮气供给机构和所述二氧化碳供给机构均与所述耐腐蚀箱体9连接，所述耐腐蚀箱体9上设置有两组带动所述腐蚀溶液循环的循环泵机构4；
[0050]
所述监控模块包括监控箱8和设置在所述监控箱8中的微控制器8
‑
1，以及设置在耐腐蚀箱体9内的温度传感器7、压力传感器6和液位传感器21，所述温度传感器7、压力传感器6和液位传感器21的输出端均与微控制器8
‑
1的输入端连接，所述旋转电机1
‑
3由微控制器8
‑
1进行控制。
[0051]
本实施例中，所述转盘1上设置有多个对隧道围岩混凝土喷层试件19进行限位固定的l形限位板18。
[0052]
本实施例中，两组所述循环泵机构4对称布设，两组所述循环泵机构4结构相同，每组所述组循环泵机构4均包括依次连接的下循环管4
‑
1、循环阀4
‑
2、过渡循环管4
‑
3、循环泵4
‑
4和上循环管4
‑
5，所述上循环管4
‑
5的高度高于下循环管4
‑
1的高度，所述下循环管4
‑
1和耐腐蚀箱体9侧面底部连接，所述上循环管4
‑
5和耐腐蚀箱体9侧面中部连接。
[0053]
本实施例中，所述二氧化碳供给机构包括二氧化碳罐体10和与所述二氧化碳罐体10连接的输送泵11，所述输送泵11和耐腐蚀箱体9连接，所述氮气供给机构包括氮气罐体12，所述氮气罐体12和耐腐蚀箱体9连接。
[0054]
本实施例中，所述二氧化碳罐体10和输送泵11之间设置有第一输送管10
‑
1，所述输送泵11和耐腐蚀箱体9之间设置有第二输送管16
‑
1，所述第一输送管10
‑
1上设置有第一阀门10
‑
2，所述第二输送管16
‑
1上设置有压力释放阀13和第二阀门16
‑
2；
[0055]
所述氮气罐体12和耐腐蚀箱体9之间设置有第三输送管12
‑
1，所述第三输送管12
‑
1上设置有第三阀门12
‑
2和第四阀门12
‑
3。
[0056]
本实施例中，所述温度调节部件包括设置在耐腐蚀箱体9中上部的盘管5、与盘管5的进入口连接的三通接头5
‑
1，以及与三通接头5
‑
1连接的进冷水管5
‑
2和进热水管5
‑
3，所述盘管5的回水口连接回水箱。
[0057]
本实施例中，所述监控箱8上设置有显示屏8
‑
2和报警器8
‑
4，所述显示屏8
‑
2和报警器8
‑
4均由微控制器8
‑
1进行控制，所述微控制器8
‑
1的输出端接有电机驱动器8
‑
3，所述电机驱动器8
‑
3的输出端和旋转电机1
‑
3的输入端连接。
[0058]
本实施例中，所述旋转部件包括设置在耐腐蚀箱体9底部内且供放置隧道围岩混凝土喷层试件19的转盘1、与转盘1底部连接且穿过耐腐蚀箱体9底部的转轴1
‑
1和与转轴1
‑
1伸出端连接的旋转电机1
‑
3。
[0059]
本实施例中，所述耐腐蚀箱体9底部外设置有供所述旋转部件中旋转电机1
‑
3安装的电机支架1
‑
4，所述耐腐蚀箱体9底部外四角设置有支腿2；
[0060]
所述箱盖14和耐腐蚀箱体9顶部的连接处设置有密封圈17，以使箱盖14和耐腐蚀箱体9围设成密闭空腔。
[0061]
本实施例中，所述箱盖14的顶部设置有把手3，所述箱盖14中设置有与所述密闭空腔连通的排气管15，所述排气管15上设置有排气阀15
‑
1；
[0062]
所述耐腐蚀箱体9的底部设置有排液管20，所述排液管20上设置有排液阀20
‑
1。
[0063]
本实施例中，温度传感器7、压力传感器6和液位传感器21均为耐腐蚀温度传感器、耐腐蚀压力传感器和耐腐蚀液位传感器。
[0064]
本实施例中，微控制器8
‑
1为单片机或者arm微控制器等。
[0065]
本实施例中，实际使用时，所述转速传感器22可参考编码器，所述编码器和旋转电机1
‑
3可采用一体集成的，即自带编码器的步进电机。
[0066]
本实施例中，第三阀门12
‑
2靠近氮气罐体12布设，第四阀门12
‑
3靠近耐腐蚀箱体9布设。
[0067]
本实施例中，设置压力释放阀13，是为了大量气体压力累积过大时的泄压。
[0068]
本实施例中，实际连接时，所述旋转电机1
‑
3的输出轴通过联轴器1
‑
2和转轴1
‑
1伸出端传动连接，且所述转轴1
‑
1和耐腐蚀箱体9底部的底部连接处设置有密封件。
[0069]
本实施例中，实际使用时，设置排液管20，便于试验结束后操作排液阀20
‑
1打开，排空耐腐蚀箱体9的腐蚀溶液。
[0070]
本实施例中，微控制器8
‑
1通过电机驱动器8
‑
3控制旋转电机1
‑
3转动，旋转电机1
‑
3转动通过转轴1
‑
1带动转盘1旋转，转盘1旋转带动隧道围岩混凝土喷层试件19旋转；在旋转电机1
‑
3带动隧道围岩混凝土喷层试件19旋转的过程中，转速传感器22对旋转电机1
‑
3转速进行检测，并将检测到的转速发送至微控制器40，微控制器40控制显示屏8
‑
2进行显示，直至转速满足转速试验要求值。
[0071]
本实施例中，在旋转电机1
‑
3带动隧道围岩混凝土喷层试件19旋转的过程中，还操作循环阀4
‑
2打开，循环泵4
‑
4工作，耐腐蚀箱体9中底部的腐蚀溶液依次通过下循环管4
‑
1、循环阀4
‑
2、过渡循环管4
‑
3、循环泵4
‑
4和上循环管4
‑
5输送至耐腐蚀箱体9中部，以促进腐蚀溶液循环流动，将腐蚀溶液中的气泡快速排除。
[0072]
本实施例中，通过进冷水管5
‑
2通入冷却水至盘管5对耐腐蚀箱体9进行降温，或者通过进热水管5
‑
3通入加热水至盘管5对耐腐蚀箱体9进行升温，以使温度传感器7检测到的温度满足隧道所处区域围岩的环境温度。
[0073]
本实施例中，操作第三阀门12
‑
2、第四阀门12
‑
3、排气阀15
‑
1打开，氮气罐体12的氮气通过第三输送管12
‑
1向耐腐蚀箱体9中输入氮气，以排出耐腐蚀箱体9中的空气；
[0074]
然后操作第三阀门12
‑
2和第四阀门12
‑
3关闭，操作第一阀门10
‑
2和第二阀门16
‑
2打开，输送泵11工作，二氧化碳罐体10中的二氧化碳依次通过第一输送管10
‑
1、输送泵11和第二输送管16
‑
1向耐腐蚀箱体9中输入二氧化碳，以排出耐腐蚀箱体9中的氮气；排气阀15
‑
1关闭，继续向耐腐蚀箱体9中输入二氧化碳，直至压力传感器6检测到的压力满足围压试验要求值，则关闭第一阀门10
‑
2和第二阀门16
‑
2。
[0075]
本实施例中，通过进液管9
‑
1注入到耐腐蚀箱体9中，直至液位传感器4检测到的液位满足液位试验要求值。试验完毕后还需要打开排气阀15
‑
1进行排气，便于顺利打开箱盖14。
[0076]
本实施例中，设置显示屏8
‑
2，是为了温度传感器7、压力传感器6和液位传感器21分别检测到的温度、压力和液位数据发送至微控制器8
‑
1时，微控制器8
‑
1控制显示屏8
‑
2对温度、压力和液位数据进行显示，便于试验人员查看；另外设置报警器8
‑
4，是为了当检测到的温度不符合温度试验要求值、压力不符合围压试验要求值和液位数据不符合液位试验要求值时，进行报警提示。
[0077]
综上所述，本发明设计合理，操作便捷，不仅可以模拟隧道所处实际环境的温度和围压，还可以模拟隧道围岩混凝土喷层试件所处地层腐蚀溶液状态，提高了隧道围岩混凝土喷层腐蚀溶液模拟试验的准确性和稳定性。
[0078]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。