多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置及方法与流程

本发明涉及预应力锚固件腐蚀耐久性测试分析，具体而言，涉及多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置及方法。

背景技术：

1、预应力锚索广泛应用于水利水电、矿山、交通、桥梁领域的高陡边坡、坝体、洞室、深基坑等加固与支护，尤其是我国水电工程完成的锚固工程规模属世界首位，其结构寿命与工程长期运行安全密切相关。预应力锚索钢绞线为高碳钢，含碳量一般在0.70wt％～0.85wt％，对腐蚀十分敏感。这些运行于恶劣岩土环境(如低ph值地下水浸泡、岩土体中氯离子侵蚀等)，且处于高预应力作用下的锚索系统，在经历长时间运行后易于发生腐蚀损伤或失效，进而导致锚固稳定性的破坏，腐蚀破坏已成为严重威胁锚固结构工程安全的主要因素。因此，开展腐蚀环境下的预应力锚索耐久性研究具有重要的科学意义和实用价值。

2、目前，有关预应力锚固件室内加速腐蚀试验已有一些文献报道，主要是通过一定的试验装置对锚固件施加荷载的同时开展设定腐蚀环境下的浸泡试验。但现有试验装置存在一些缺陷：一是加载荷载较小，与实际工况有较大区别，锚固件应力变化缺乏监测，对现场的指导作用存在一定局限性；二是腐蚀因素考虑不全面，各个因素设定的试验水平数不一致，试验水平的组合也不够全面，难以均衡揭示多因素的影响权重和规律。

3、针对现有技术的不足，提供一种能解决上述背景技术中提出的问题的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置及方法是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置及方法，其能够针对现有技术中的不足之处，提出解决方案，能够较为全面真实地模拟锚索服役环境特征、张拉过程及其在不同ph值、离子种类和浓度、应力乃至不同温度条件下的腐蚀性能时变规律，且兼具高效、快速、经济特点。

2、本发明的实施例提供一种多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置，包括张拉机构和养护腐蚀机构；

3、所述张拉机构包括钢筋混凝土试验槽和可调式加力支架，所述钢筋混凝土试验槽包括三个矩形槽和与所述矩形槽相适配的盖板，所述钢筋混凝土试验槽沿垂直于张拉方向平行间隔排列有多个贯通所述矩形槽的线型锚孔；所述钢筋混凝土试验槽沿张拉方向的两侧分别为张拉端和锚固端，所述可调式加力支架设于所述张拉端一侧，预应力钢筋绞线试件的一端固定于所述锚固端，另一端沿所述锚孔贯穿所述钢筋混凝土试验槽，并与所述可调式加力支架上放置的穿心式千斤顶连接；

4、所述养护腐蚀机构包括多个pvc腐蚀管和多个加热器，所述pvc腐蚀管设于所述矩形槽内，并套设于所述预应力钢筋绞线试件上，每个所述pvc腐蚀管均设有注排液孔，所述注排液孔分别外接注液泵和排液泵，所述加热器设于所述矩形槽内，所述加热器、注液泵和排液泵分别与控制器连接。

5、在本发明的一些实施例中，所述钢筋混凝土试验槽由四面外框混凝土墙和两道平行设置的内部横向混凝土墙形成三个独立矩形槽。

6、在本发明的一些实施例中，所述钢筋混凝土试验槽由钢筋骨架和混凝土浇筑而成，其中，所述钢筋混凝土试验槽沿张拉方向的两端预埋有厚度为1cm的钢板。

7、在本发明的一些实施例中，所述钢筋混凝土试验槽在所述张拉端的锚孔外设有振弦式测力计。

8、在本发明的一些实施例中，所述加热器的加热温度不超过60℃。

9、在本发明的一些实施例中，所述pvc腐蚀管两端分别设有带中心孔的管帽，所述管帽的外侧分别设有可拆卸的支撑组件，所述支撑组件包括钢绞线间隙浸渍筒和支撑所述钢绞线间隙浸渍筒的筒支架，所述钢绞线间隙浸渍筒在所述管帽的端部形成围绕钢绞线的半包围结构，所述钢绞线间隙浸渍筒远离所述管帽的端部设有封膜，所述钢绞线间隙浸渍筒内填充树脂浆液以凝固形成密封结构。

10、本发明的实施例还提供一种多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究的试验方法，采用如上述所述的试验装置，包括如下步骤：

11、设定多组耦合试验条件组合，其中，每组所述耦合试验条件组合由荷载应力以及腐蚀溶液中cl-浓度、so42-浓度和ph值四个因素构成一组；

12、将预处理后的所述预应力钢绞线试件的一端固定于所述锚固端，并沿所述锚孔穿过所述矩形槽和所述pvc腐蚀管，至所述张拉端外侧与所述穿心式千斤顶连接；

13、通过所述穿心式千斤顶对所述预应力钢绞线试件逐级加载张拉，加载至目标应力后将所述预应力钢绞线试件锚固于所述张拉端外侧，并对所述pvc腐蚀管进行渗漏密封；

14、通过所述注液泵向所述pvc腐蚀管内注入配制好的与所述目标应力对应组合的腐蚀溶液，并在多个不同的预设试验周期后取出所述预应力钢绞线试件，后通过所述排液泵排出所述腐蚀溶液；

15、将试验后的所述预应力钢绞线试件进行处理和分析，并记录当前性能数据。

16、在本发明的一些实施例中，所述预处理包括步骤：

17、取预应力钢绞线进行检查确保其表面光滑无锈蚀，并测量其原始性能数据；

18、将所述预应力钢绞线加工成多根预应力钢绞线试件，进行编号，并将所述预应力钢绞线试件表面打磨至表面光亮。

19、在本发明的一些实施例中，所述通过所述注液泵向所述pvc腐蚀管内注入配制好的与所述目标应力对应组合的腐蚀溶液的步骤，还包括：

20、所述pvc腐蚀管两端密封完成后，通过所述注液泵向所述pvc腐蚀管内注入配制好的与所述目标应力对应组合的腐蚀溶液；

21、对所述矩形槽进行封闭，并在预设温度和预设试验周期下对所述矩形槽内进行持续养护。

22、在本发明的一些实施例中，所述耦合试验条件组合设定为九组，所述预设试验周期为90d、180d、240d、300d、360d。

23、相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

24、(1)本发明实现了预应力张拉结构、养护腐蚀结构一体化，可满足各种设计要求，实现各种ph值、侵蚀性离子cl-、so42-、近真实荷载应力耦合环境条件下预应力锚索腐蚀浸泡加速试验的顺利实施，解决了当前在较多因素的复杂耦合腐蚀环境下难以有效进行预应力锚索耐久性试验研究的问题，有力推动了锚固结构耐久性寿命预测方面研究的发展。

25、(2)本发明可通过相对较少的代表性试验组合，高效、快速、经济地研究不同腐蚀因素对预应力锚索钢绞线耐久性的影响。

26、(3)本发明能有效解决穿心悬挂于单个钢绞线试件的pvc腐蚀管中腐蚀液从钢绞线绞合钢丝间隙处渗漏的问题，从而实现钢绞线而非单股钢丝的加速腐蚀试验研究长期顺利开展，更真实地模拟侵蚀条件下预应力锚索的腐蚀行为。

27、(4)本发明可对腐蚀溶液回收循环使用，具有良好的经济性和环保性。

技术特征：

1.一种多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置，其特征在于，包括张拉机构和养护腐蚀机构；

2.根据权利要求1所述的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置，其特征在于，所述钢筋混凝土试验槽由四面外框混凝土墙和两道平行设置的内部横向混凝土墙形成三个独立矩形槽。

3.根据权利要求2所述的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置，其特征在于，所述钢筋混凝土试验槽由钢筋骨架和混凝土浇筑而成，其中，所述钢筋混凝土试验槽沿张拉方向的两端预埋有厚度为1cm的钢板。

4.根据权利要求1所述的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置，其特征在于，所述钢筋混凝土试验槽在所述张拉端的锚孔外设有振弦式测力计。

5.根据权利要求1所述的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置，其特征在于，所述加热器的加热温度不超过60℃。

6.根据权利要求1所述的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置，其特征在于，所述pvc腐蚀管两端分别设有带中心孔的管帽，所述管帽的外侧分别设有可拆卸的支撑组件，所述支撑组件包括钢绞线间隙浸渍筒和支撑所述钢绞线间隙浸渍筒的筒支架，所述钢绞线间隙浸渍筒在所述管帽的端部形成围绕钢绞线的半包围结构，所述钢绞线间隙浸渍筒远离所述管帽的端部设有封膜，所述钢绞线间隙浸渍筒内填充树脂浆液以凝固形成密封结构。

7.一种多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验方法，采用如权利要求1-6任一项所述的试验装置，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验方法，其特征在于，所述预处理包括步骤：

9.根据权利要求7所述的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验方法，其特征在于，所述通过所述注液泵向所述pvc腐蚀管内注入配制好的与所述目标应力对应组合的腐蚀溶液的步骤，还包括：

10.根据权利要求7所述的多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验方法，其特征在于，所述耦合试验条件组合设定为九组，所述预设试验周期为90d、180d、240d、300d、360d。

技术总结
本发明提出了多腐蚀耦合下预应力锚索耐久性研究试验装置及方法，涉及预应力锚固件腐蚀耐久性测试分析技术领域。钢筋混凝土试验槽包括三个矩形槽和盖板，钢筋混凝土试验槽排列有多个贯通矩形槽的线型锚孔；可调式加力支架设于张拉端一侧，预应力钢筋绞线试件的一端固定于锚固端，另一端沿锚孔贯穿钢筋混凝土试验槽，并与可调式加力支架上放置的穿心式千斤顶连接；养护腐蚀机构包括多个PVC腐蚀管和多个加热器，PVC腐蚀管设于矩形槽内，并套设于预应力钢筋绞线试件上，加热器设于矩形槽内，加热器、注液泵和排液泵分别与控制器连接；本申请能够较为全面真实地模拟锚索侵蚀条件下预应力锚索的腐蚀行为。

技术研发人员：廖灵敏,樊义林,向欣,陈浩,霍旭佳,李文涛,肖承京,李洪斌,肖伟,聂艳华,刘烁楠,张健,张达,梁慧,冯菁,王媛怡,苏振华
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24