一种板桩及块体结构水环境原位暴露试验装置的制作方法

本实用新型属于腐蚀与防护领域，涉及水环境暴露试验，特别是一种板桩及块体结构水环境原位暴露试验装置。

背景技术：

自然环境腐蚀试验是研究材料、产品等环境适应性的重要措施，在材料开发、产品研发、腐蚀防护等领域得到了广泛使用。海水、淡水等水环境中服役着大量的码头、桥梁、隧道等结构，是开展自然环境腐蚀试验的典型环境之一。传统的水环境暴露试验通常是基于暴露试验站完成的。暴露试验站是开展自然腐蚀试验的固定基础设施，如国家材料环境站网的各类试验站、沿海混凝土耐久性暴力试验站、随跨海大桥建设的暴露试验站(如杭州湾跨海大桥暴露试验站等)等，是材料腐蚀数据积累、材料腐蚀规律研究等的重要条件。

然而，在实际水环境腐蚀试验中也存在着如下问题：(1)水环境暴露试验站建设需投入大量人力、物力和相应的场地，故数量有限，试验资源相对紧张；(2)某些工程(如码头、桥梁等)需获取局部特定区域的腐蚀数据，若为此而建造暴露试验站，将耗费大量人力物力，一般工程通常较难满足相应条件。

技术实现要素：

本实用新型针对上述问题，提出一种板桩及块体结构水环境原位暴露试验装置。该暴露试验装置可根据实际暴露环境的基础条件设计，制作加工简单，可方便地安装在板桩结构上，为材料(混凝土、钢材等)、产品等在水环境中的局部原位暴露试验提供便捷的支撑条件。

为实现上述目的提出如下技术方案：

一种板桩及块体结构水环境原位暴露试验装置，包括条状支撑机构、试样支架和辅助部件；

所述条状支撑机构包括条状基座和试件支架插环，所述条状基座间隔设置有沿竖直方向上开口的试件支架插环，沿深度方向安装使用y型固定支座(钢板桩结构)或槽型固定支座(混凝土块体或板桩结构)，沿垂直深度方向安装使用l型固定支座。当固定支座与钢板桩结构连接时，采用焊接方式；当固定支座与混凝土块体结构或混凝土板桩结构连接时，采用螺栓螺母紧固件连接。

所述试样支架包括片状试样支架和块状试样支架：

所述片状试样支架包括插杆、支撑板、支撑杆和2根绝缘套管，所述支撑板焊接固定在插杆上，所述绝缘套管垂直连接在支撑板上，片状试样上开有与绝缘套管外径相适应的圆孔，用以将片状试样安装在绝缘套管上；

所述块状试样支架包括竖向支撑杆、横向支撑杆、斜向支撑杆、插杆和试件筐，横向支撑杆、斜向支撑杆和竖向支撑杆构成三角支撑构件，在横向支撑杆的下方、竖向支撑杆的向内一侧设置有与之平行的插杆，横向支撑杆上方固定安装试件筐。

所述辅助部件安装在支撑机构或试件支架上；包括牺牲阳极、电连接部件、定位绳等，用于实现特殊功能，根据暴露试验需求选择使用。

在上述技术方案中，所述条状支撑机构材质为钢材或不锈钢。

在上述技术方案中，所述插杆底部设置有片状试样支架锁头，用于将片状试件支架锁定在支撑机构上，所述片状试样支架锁头由带有尼龙套的螺杆螺母紧固件构成。

在上述技术方案中，所述插杆与竖向支撑杆之间设置有块状试样支架锁头用于将块状试件支架锁定在支撑机构上，所述块状试样支架锁头由带有尼龙套的螺杆螺母紧固件构成。

在上述技术方案中，所述试件筐由试件筐体、试件防滑垫条、试件筐锁头、试件筐盖、试件筐铰链杆等组成，所述试件筐盖可沿试件筐铰链杆向上打开，在试件筐盖一侧安装有试件筐锁头，所述试件筐体内部底面上设置有试件防滑垫条，所述试件筐体为镂空结构。

在上述技术方案中，所述牺牲阳极安装在支撑机构上，用于支撑机构在水位变动区、水下区或泥下区的防腐。

在上述技术方案中，所述电连接部件为耐海水电缆或耐蚀导电金属件，安装在特定腐蚀区带的试件上，用于实现贯穿海洋腐蚀区带的长试件。

在上述技术方案中，所述定位绳封装在试件支架的插杆中，由耐海水高分子材料制成，用于在难以确定试件支架位置的介质(如海泥、河泥等)中取样时的定位。

一种板桩及块体结构水环境原位暴露试验装置实施的方法，其具体步骤如下：

1.试件的设置方法

(1)对于片状试件，先将片状试件组装固定在试件支架上，形成试件及试件支架组合体。

(2)对于块状试件，待块状试件支架安装完毕后，再放置块状试件。或者，先将块状试件放入试件筐体中并固定，然后盖上并锁定试件筐盖，形成试件及试件支架组合体。

2.支撑机构的安装方法

(1)对于钢板桩结构，将条状支撑机构的y型固定支座或l型固定支座焊接在钢板桩结构指定位置处，使支撑机构固定在钢板桩结构指定位置处。

(2)对于混凝土结构(混凝土块体或板桩结构)，先在混凝土结构上打孔并安装螺栓(膨胀螺栓或化学锚栓)。然后，根据条状支撑机构安装方向确定安装方式：①沿深度方向，利用螺母将槽型固定支座固定在混凝土结构上，然后将带有试件支架插环的条状基座焊接固定在槽型固定支座上；②沿垂直深度方向，直接用螺母将l型固定支座固定在混凝土结构上。

3.试件的现场安设方法

(1)对于片状试件，将试件及试件支架组合体的插杆插入支撑机构的试件支架插环中，然后用锁头锁定组合体。

(2)对于块状试件，先将块状试件支架插杆插入支撑机构的试件支架插环中，并用锁头锁定，随后打开试件筐盖，将块状试件放入试件筐体中，接着锁定试件筐盖。或者，将形成的试件及试件支架组合体的插杆插入支撑机构的试件支架插环中，并用块体支架锁头锁定组合体。

4.现场取样的实施方法

(1)根据暴露试验周期实施现场取样。

(2)对于片状试件支架，先将指定试件支架插环处的锁头解锁，然后拔出试件支架插杆，将试件及支架组合体一并取回。

(3)对于块状试件支架，先将指定试件支架处的试件筐盖解锁，取回块状试件，然后将试件支架插环处的锁头解锁，拔出试件支架插杆，将试件支架取回。或者，将试件支架插环处的锁头解锁，拔出试件支架插杆，将试件及支架组合体一并取回。

5.辅助部件的实施方法

(1)牺牲阳极实施：在支撑机构上设置安装孔，用螺栓将牺牲阳极固定在支撑机构上，通过垫片或焊接方式确保电连接，并用可固化密封材料将螺栓相应部位密封。牺牲阳极的安装数量根据支撑机构被保护面积及试验周期确定。

(2)电连接部件实施：在待实施电连接的试件上开孔，通过连接件及螺栓螺母紧固件将电连接部件固定在试件上，用垫片或焊接方式确保电连接，并用可固化密封材料将螺栓螺母紧固件相应部位密封。

(3)定位绳实施：先将定位绳一端固定在试件支架插杆上，然后将定位绳另一端固定在将易确定位置的固定点上，以便根据定位绳确定难以定位试件支架的位置，从而方便取样。

本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型具有条状支撑机构，可方便地安装在板桩或块体结构上；试件支架采用插拔式结构与支撑机构连接，便于现场安装和现场取样；采用片状试件支架和块状试件支架两种形式，适用不同类型的试件；牺牲阳极可实现对水中钢质支撑机构的阴极保护，保障钢质支撑机构使用年限；电连接部件可使试件成为贯穿海洋腐蚀区带的长试件，拓展原位暴露试验装置的适用范围；当试件支架处于海泥、河泥等介质中时，难以确定试件支架的位置，用定位绳可方便取样时的定位，以便快速找到试件。

(2)本实用新型具有原理简单、安装方便、装样取样便捷、成本低等特点，可便捷的安装在板桩结构或块体结构上，快速形成水环境原位暴露试验条件，对于无固定结构的区域，通过设置块体(板桩)结构后，安装试验装置即可构建原位暴露试验条件，不仅可避免建造暴露试验站所耗费的人力物力，而且有助于快速构建局部原位暴露试验条件。

(3)本实用新型适用范围广，可用于大气区、浪溅区、水位变动区、水下区和泥下区等部位的原位暴露试验，而且可实现多种形状(片状、块状或长试件等)多种类别材料(金属、高分子材料、混凝土等)或产品的原位暴露试验。局部原位暴露试验所获得的试验数据可为所在结构的耐久性再设计提供数据支持。

附图说明

图1为一种片状试件及片状试件支架的安装结构示意图。

图2为图1中a-a处截面结构示意图。

图3为图1中b-b处截面结构示意图。

图4为图1中c-c处截面结构示意图。

图5为图1中d-d处截面结构示意图。

图6为一种块状试件及块状试件支架的安装结构示意图。

图7为图6中e-e处截面结构示意图。

图8为图6中f-f处截面结构示意图。

图9为条状支撑机构的结构示意图(正视图)。

图10为条状支撑机构的结构示意图(侧视图)。

图11为条状支撑机构沿深度方向安装的结构示意图(正视图)。

图12为条状支撑机构沿深度方向安装的结构示意图(侧视图)。

图13为条状支撑机构沿深度方向安装的结构示意图(俯视图/y型固定支座)。

图14为条状支撑机构沿深度方向安装的结构示意图(俯视图/槽型固定支座)。

图15为条状支撑机构沿垂直深度方向安装的结构示意图(正视图)。

图16为条状支撑机构沿垂直深度方向安装的结构示意图(俯视图/钢板桩结构)。

图17为条状支撑机构沿垂直深度方向安装的结构示意图(俯视图/混凝土结构)。

其中：

1为片状试件支架，1-1为插杆，1-2为支撑板，1-3为支撑杆，1-4为定位板，1-5为片状试件支架锁头，1-6为片状试件，1-7为牺牲阳极/片状试件组合试件，1-8为绝缘套管，1-8-a为外套管，1-8-b为内套管，1-9为支撑杆垫片，1-10为支撑杆螺母，1-11为牺牲阳极试件，1-12为固化封装环氧及套圈，1-13为牺牲阳极螺栓垫片，1-14为牺牲阳极固定螺栓；

2为块状试件支架，2-1竖向支撑杆，2-2为斜向支撑杆，2-3为横向支撑杆，2-4为插杆，2-5为试件筐体，2-6为试件防滑垫条，2-7为试件筐锁头，2-8为试件筐盖，2-9为试件筐铰链杆，2-10为块状试件，2-11为挡杆，2-12为块状试件支架锁头；

3-1为牺牲阳极，3-2为电连接部件，3-3为定位绳；

4为板桩(块体)结构；

5为条状支撑机构，5-1为条状基座，5-2为试件支架插环，5-3为y型固定支座，5-4为钢板桩结构，5-5为槽型固定支座，5-6为螺栓螺母紧固件，5-7为混凝土结构(混凝土板桩结构或混凝土块体结构，下同)，5-8为l型固定支座。

具体实施方式

待安装结构、试件形式、安装形式等不同，本实用新型装置的具体实施方式也不同。为彻底了解本实用新型，将在下列的描述中提出2个具体实施例。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。下面结合附图和具体实施例进一步阐述本实用新型。

实施例1：一种用于板桩(块体)结构及块状试件的水环境原位试验装置

本实施例是一种用于板桩(块体)结构及块状试件的水环境原位试验装置。通过实施例，可实现如下功能：①块状试件(如混凝土试块等)在大气区、浪溅区、水位变动区、水下区和泥下区5个腐蚀区带的原位暴露试验；②贯穿5个腐蚀区带的金属块体(含金属筋材块体)组成长试件的原位暴露试验；③被保护(阴极保护、涂层保护等)块状试件和裸露块状试件(如混凝土试件等)的原位暴露试验；④泥面以下取样时的试件支架定位；⑤在水环境中钢板桩结构和混凝土结构(混凝土板桩结构或混凝土块体结构)上构建原位暴露试验条件；⑥通过预组装和插拔方式实现试件的快速安装及取样。

参考图9、10，是一种用于板桩(块体)结构及块状试件的水环境原位试验装置的结构示意图。本实施例的主要组成包括条状支撑机构5，块状试件支架2及其上的块状试件2-10(图6、7、8)，以及辅助部件牺牲阳极3-1、定位绳3-3等。条状支撑机构5固定安装在板桩(块体)结构4指定位置处，在条状支撑机构5上安装块状试件支架2，块状试件2-10安装在块状试件支架2上。辅助部件牺牲阳极3-1安装在条状支撑机构5上，定位绳3-3固定在块状试件支架2上。

条状支撑机构5可沿深度方向(图11、12、13、14)或垂直深度方向(图15、16、17)安装在板桩(块体)结构4之上。条状支撑机构5材质为钢材或不锈钢，采用钢材制成的条状支撑机构5用防腐涂层保护。条状支撑机构5的条状基座5-1上分布着试件支架插环5-2。参考图9、10，是一种沿深度方向安装的条状支撑机构的结构示意图。沿深度方向安装的条状支撑机构5由条状基座5-1、试件支架插环5-2、y型固定支座5-3或槽型固定支座5-5等组成。y型固定支座5-3采用焊接方式与钢板桩结构5-4连接；槽型固定支座5-5采用螺栓螺母紧固件5-6与混凝土结构5-7连接。在条状支撑机构1-2的水下区安装牺牲阳极3-1用于防腐。

参考图11、12、13、14，是一种沿垂直深度方向安装的条状支撑机构的结构示意图。沿垂直深度方向安装的条状支撑机构5由条状基座5-1、试件支架插环5-2、l型固定支座5-8等组成。l型固定支座5-8采用焊接方式与钢板桩结构5-4连接，采用螺栓螺母紧固件5-6与混凝土结构5-7连接。水位变动区、水下区和泥下区的条状支撑机构5安装牺牲阳极3-1用于防腐。

参考图6、7、8，是一种块状试件及块状试件支架的结构示意图。所述块状试件支架2由竖向支撑杆2-1、斜向支撑杆2-2、横向支撑杆2-3、插杆2-4、试件筐2-3、挡杆2-11等构成，块状试件放置在试件筐2-3中。竖向支撑杆2-1、斜向支撑杆2-2和横向支撑杆2-3构成三角支撑构件，在竖向支撑杆2-1和横向支撑杆2-3交接处配有插杆2-4，插入条状支撑机构5的试件支架插环5-2可实现块状试件支架2在条状支撑机构5上的固定，在竖向支撑杆2-1和斜向支撑杆2-2交接处配有挡杆2-11，挡杆2-11形状与其接触面形状贴合。插杆2-4上配有块状试件支架锁头2-12，用于将块状试件支架2锁定在条状支撑机构5上。块状试件支架锁头2-12为带有尼龙套的螺杆螺母紧固件构成。横向支撑杆2-3上固定着试件筐2-3。所述试件筐2-3由试件筐体2-5、试件防滑垫条2-6、试件筐锁头2-7、试件筐盖2-8、试件筐铰链杆2-9等组成。试件筐体2-5为镂空结构。

实施例是一种用于板桩(块体)结构及块状试件的水环境原位试验装置，具体实施过程如下：

(1)试件设置：①准备块状试件2-10，待块状试件支架2-2安装完毕后，打开试件筐盖2-8，将块状试件2-10放入试件筐体2-5中，并锁定试件筐锁头2-7；②或者，将块状试件2-10放入试件筐体2-5中并固定，然后盖上并锁定试件筐盖2-8，形成试件及试件支架组合体备用。

(2)钢板桩结构5-4上条状支撑机构1-2的安装：将条状支撑机构1-2的y型固定支座5-3或l型固定支座5-8焊接固定在钢板桩结构5-4指定位置处。

(3)混凝土结构5-7上条状支撑机构1-2的安装：先在混凝土结构5-7上打孔并安装螺栓5-6，螺栓5-6可使用膨胀螺栓或化学锚栓。接着，根据条状支撑机构1-2安装方向确定安装方式：①沿深度方向，利用螺母5-6将槽型固定支座5-5固定在混凝土结构5-7上，并将带有试件支架插环5-2的条状基座5-1焊接固定在槽型固定支座5-5上；②沿垂直深度方向，直接用螺母5-6将l型固定支座5-8固定在混凝土结构5-7上。

(4)块状试件2-10的现场安设：①先将块状试件支架插杆2-4插入条状支撑机构1-2的试件支架插环5-2中，并用锁头2-12锁定，随后打开试件筐盖2-8，将块状试件2-10放入试件筐体2-5中，接着锁定试件筐盖2-8。②或者，将组组装形成的试件及试件支架组合体的插杆2-4插入条状支撑机构1-2的试件支架插环5-2中，并用块状试件支架2-2的锁头2-12锁定组合体。

(5)根据暴露试验周期实施现场取样：①对于块状试件支架2-2，先将指定试件支架2-2处的试件筐盖2-8解锁，取回块状试件2-10，然后将试件支架插环5-2处的锁头2-12解锁，拔出试件支架插杆2-4，将试件支架2-2取回。②或者，将试件支架插环5-2处的锁头2-12解锁，拔出试件支架插杆2-4，将试件及支架组合体一并取回。

实施例2：一种用于板桩(块体)结构及片状试件的水环境原位试验装置

参考图1、2、3、4、5，是一种片状试件及片状试件支架的结构示意图。片状试件支架1采用钢材或不锈钢制成，采用钢材制成的片状试件支架1用防腐涂层保护。片状试件支架1由插杆1-1、支撑板1-2、支撑杆1-3、定位板1-4、锁头1-5、片状试件1-6、牺牲阳极/片状试件组合试件1-7、绝缘套管1-8、支撑杆垫片1-9、支撑杆螺母1-10，牺牲阳极试件1-11、固化封装环氧及套圈1-12、牺牲阳极螺栓垫片1-13和牺牲阳极固定螺栓1-14等构成。插杆1-1插入支撑机构的试件支架插环5-3中予以固定，支撑板1-2焊接固定在插杆1-1上，定位板1-4焊接固定在支撑板1-2上用以定位支撑杆1-3位置，支撑杆1-3穿过定位板1-4定位后焊接固定在支撑板1-2上，插杆1-1上配有锁头1-5用于将片状试件支架2-1锁定在环状支撑机构1-1之上。锁头1-5为带有尼龙套的螺杆螺母紧固件构成。牺牲阳极试件1-11通过牺牲阳极螺栓垫片1-13、牺牲阳极固定螺栓1-14固定在片状试件1-6上，牺牲阳极固定螺栓1-14与片状试件1-6接触部位用固化封装环氧及套圈1-12密封。绝缘套管1-8的内套管1-8-b套装在支撑杆1-3上，片状试件1-6、牺牲阳极/片状试件组合试件1-7、绝缘套管1-8的外套管1-8-a间隔套装固定在内套管1-8-b上，并用支撑杆垫片1-9和支撑杆螺母1-10固定。

一种用于板桩(块体)结构及块状试件的水环境原位试验装置的实施过程参照实施例1将块状试件支架替换为片状试件支架。

以上对实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。