專利名稱：一種干濕循環(huán)及淡水－海水循環(huán)模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干濕循環(huán)及淡水-海水循環(huán)模擬裝置。
背景技術(shù)：
在我國(guó)的江、河入?？谔?，規(guī)劃了許多越江、跨海工程，由于潮汐作用，在漲潮時(shí)海水倒灌入江、河道，淹沒(méi)潮差區(qū)以下的混凝土結(jié)構(gòu)，使混凝土經(jīng)受氯鹽和各種硫酸鹽的侵蝕；當(dāng)退潮時(shí)，江、河水開始沖蝕混凝土，使其經(jīng)受淡水侵蝕，同時(shí)潮差區(qū)混凝土又曝露于空氣中。所以，這些工程的混凝土結(jié)構(gòu)處于干-濕循環(huán)和淡水-海水循環(huán)的腐蝕環(huán)境。
在海洋環(huán)境下的混凝土被稱為海工混凝土或者海洋混凝土，其主要破壞形式為海洋中Cl離子侵入混凝土保護(hù)層并引起鋼筋銹蝕，同時(shí)海水中的各種硫酸鹽長(zhǎng)期侵蝕混凝土引起膨脹破壞。所以，一般通過(guò)將混凝土試樣浸泡在海水中的辦法研究其耐久性。對(duì)于江、河入?？谔幍幕炷两Y(jié)構(gòu)，由于存在前述不同于海工混凝土的環(huán)境特征，則會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的侵蝕破壞規(guī)律。
海水中硫酸鹽的侵蝕破壞機(jī)理是，硫酸鹽溶液滲入混凝土孔隙中產(chǎn)生結(jié)晶，當(dāng)結(jié)晶積累到一定量時(shí)，所產(chǎn)生的結(jié)晶膨脹壓破壞混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)于一直浸泡于海水中的混凝土，硫酸鹽溶液首先侵入混凝土的表面孔隙中，當(dāng)濃度積累到一定值時(shí)便結(jié)晶，干燥過(guò)程加快結(jié)晶速度。早期的結(jié)晶物能夠堵塞孔隙并阻止硫酸鹽溶液進(jìn)一步侵入混凝土內(nèi)部，但在潮差區(qū)，由于存在干濕循環(huán)，結(jié)晶并堵塞于表面孔隙中的硫酸鹽晶體由于干燥而收縮，使被堵塞的孔隙通道重新通暢，硫酸鹽得以進(jìn)入更深的混凝土內(nèi)部，最終產(chǎn)生更嚴(yán)重的膨脹破壞。這是潮差區(qū)混凝土比完全浸泡于海水中的混凝土破壞更嚴(yán)重的一個(gè)重要原因。如果同時(shí)存在淡水-海水循環(huán)，則淡水可能將一部分已結(jié)晶的硫酸鹽晶體從結(jié)構(gòu)表面孔隙中溶解并沖走，使孔隙更暢通，硫酸鹽更容易侵入結(jié)構(gòu)深處。所以，江、河入?？谔幍幕炷凉こ谈g環(huán)境與完全海洋性腐蝕環(huán)境存在一定差距，研究該類混凝土的耐久性需要找到具有針對(duì)性的研究方法以便發(fā)現(xiàn)有效的防護(hù)技術(shù)措施。
關(guān)于混凝土抗海水侵蝕研究，主要方法一般參照ASTM C1012-02、ASTM C452-02、ASTM C1092-95A、GB/T749-01《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法》和GB2420-81《水泥抗硫酸鹽侵蝕快速試驗(yàn)方法》等。這些方法的共同特點(diǎn)是將試樣連續(xù)浸泡于硫酸鹽溶液中，然后采用各種測(cè)試方法研究試樣被浸泡一定時(shí)期后的破壞程度。到目前還沒(méi)有一種標(biāo)準(zhǔn)方法，可以模擬江、河入?？谔幖扔懈蓾裱h(huán)又有淡水-海水循環(huán)的混凝土腐蝕環(huán)境。
綜上所述，研究一種模擬混凝土經(jīng)受干濕循環(huán)和淡水-海水循環(huán)侵蝕的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)開展位于我國(guó)江、河入?？谔幍脑浇绾９こ袒炷聊途眯匝芯烤哂鞋F(xiàn)實(shí)意義和理論指導(dǎo)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種干濕循環(huán)及淡水-海水循環(huán)模擬裝置。
本發(fā)明提出的干濕循環(huán)及淡水-海水循環(huán)模擬裝置，由蓮蓬頭1、水槽3、水槽支架10、傳動(dòng)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)架和侵蝕溶液槽8組成，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。其中，傳動(dòng)系統(tǒng)由傳動(dòng)齒輪4、控制器5和電機(jī)6組成，傳動(dòng)齒輪4固定于電機(jī)6的軸13上，控制器5與電機(jī)6通過(guò)導(dǎo)線連接；旋轉(zhuǎn)架由圓環(huán)2、圓環(huán)支架7和試樣架9組成，圓環(huán)2的圓心位置通過(guò)軸12固定于圓環(huán)支架7的一端，使圓環(huán)2能在圓環(huán)支架7上轉(zhuǎn)動(dòng)自如；傳動(dòng)齒輪4的齒形與圓環(huán)2外環(huán)上的齒形相吻合；圓環(huán)支架7一側(cè)設(shè)有侵蝕溶液槽8，圓環(huán)2的一側(cè)位于侵蝕溶液槽8內(nèi)；試樣架9的一端垂直固定于圓環(huán)2圓面的外環(huán)上，另一端懸空；蓮蓬頭1位于圓環(huán)2上方，水槽3固定于水槽支架10上，且固定于圓環(huán)2周邊頂端的試樣架9位于蓮蓬頭1與水槽3之間。
本發(fā)明中，試樣11固定于試樣架9上。
本發(fā)明中，侵蝕溶液槽8內(nèi)充滿硫酸鹽或氯鹽侵蝕溶液。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下將預(yù)先制備好的水泥砂漿或混凝土試樣11固定于可旋轉(zhuǎn)的試樣架9上，接通控制器5的電源，調(diào)節(jié)電機(jī)5的啟動(dòng)間隔時(shí)間及每次電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，使圓環(huán)支架7按照設(shè)計(jì)的循環(huán)周期轉(zhuǎn)動(dòng)(如可采用一圈/天)，使固定于試樣架9上的試樣11隨著圓環(huán)支架7的轉(zhuǎn)動(dòng)，試樣7浸入侵蝕溶液槽8內(nèi)，使試樣11每天完成一次在干-濕環(huán)境中的循環(huán)和一次在淡水-海水環(huán)境中的循環(huán)；蓮蓬頭1與淡水源(如自來(lái)水)相連，打開蓮蓬頭1，調(diào)節(jié)水量使噴淋到的試樣11能夠保持均勻潤(rùn)濕，侵蝕溶液槽8中盛有按照設(shè)計(jì)配制的硫酸鹽或氯鹽等侵蝕溶液。
本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明的裝置與傳統(tǒng)將試樣直接浸泡與侵蝕溶液中的方法作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在相同的硫酸鹽侵蝕溶液及其相同的侵蝕時(shí)間內(nèi)，通過(guò)本發(fā)明裝置得到的水泥砂漿試樣受硫酸鹽侵蝕破壞程度比傳統(tǒng)方法更嚴(yán)重。這一方面顯示，本發(fā)明的裝置能夠大幅度提高對(duì)水泥、混凝土抗硫酸鹽侵蝕性研究的效率；同時(shí)也說(shuō)明，本發(fā)明的裝置由于能夠模擬江、河入海口處由潮汐引起的干濕循環(huán)和淡水-海水循環(huán)環(huán)境，所以比傳統(tǒng)將試樣連續(xù)浸泡于侵蝕溶液中的方法更接近實(shí)際工程條件。


圖1是本發(fā)明橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1為蓮蓬頭，2為圓環(huán)，3為水槽，4為傳動(dòng)輪，5為控制器，6為電機(jī)，7為圓環(huán)支架，8為侵蝕溶液槽，9為試樣架，10為水槽支架。11為試樣，12為電機(jī)軸，13為圓環(huán)支架7上的軸。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1采用不銹鋼材料制作圓環(huán)2，圓環(huán)2的直徑可根據(jù)每次需測(cè)試的試樣量確定，一般直徑為1米的圓環(huán)2一次最多可以安放60個(gè)4×4×16cm的長(zhǎng)方形試樣11。根據(jù)可以安放的測(cè)試樣11數(shù)量將等數(shù)量的不銹鋼角鋼或不銹鋼扁鋼作為試樣架9，其一端垂直于圓面焊接在圓外環(huán)上，另一端懸空，在圓環(huán)2的圓外側(cè)一周固定橡膠齒輪牙；制作圓環(huán)支架7，將圓環(huán)2通過(guò)軸安裝在圓環(huán)支架7上，使圓環(huán)2在圓環(huán)支架7上可以自如地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而組成旋轉(zhuǎn)架。
選擇電機(jī)6，一般為兩項(xiàng)電機(jī)，其功率根據(jù)圓環(huán)2及裝滿試樣11時(shí)的重量確定，一般小于0.5千瓦；控制器5的通電能力應(yīng)與電機(jī)6用電量適應(yīng)，市場(chǎng)上有多種規(guī)格可供選擇；將齒輪4固定在電機(jī)6的軸上，齒輪4的輪牙與圓環(huán)2外側(cè)的橡膠齒輪牙相對(duì)應(yīng)；用導(dǎo)線將控制器5與電機(jī)6連接在一起并與齒輪共同組成傳動(dòng)系統(tǒng)。
制作托盤式水槽3，其尺寸根據(jù)試樣大小確定，對(duì)于4×4×16cm的長(zhǎng)方形試樣，一般長(zhǎng)為30cm、寬為20cm、高為6cm；制作水槽支架，其尺寸以使水槽3能夠全部接住蓮蓬頭1滴出的水并不使水槽3碰撞旋轉(zhuǎn)架為準(zhǔn)；將塑料管道的一端接水槽3底部，另一端接下水道或?yàn)檠h(huán)用水而設(shè)置的收集容器進(jìn)口。
制作長(zhǎng)方形侵蝕溶液槽8，其尺寸以其盛滿侵蝕溶液能夠完全浸泡旋轉(zhuǎn)架上15％-30％的試樣架為宜。
按照?qǐng)D1和圖2所示方式安裝上述器件，將蓮蓬頭1固定于圓環(huán)2上端，將電機(jī)6固定于圓環(huán)支架7旁，使傳動(dòng)齒輪4與圓環(huán)2外側(cè)的橡膠齒輪牙接觸。
將預(yù)先制備好的水泥砂漿或混凝土試樣11固定在可旋轉(zhuǎn)的試樣架9上，接通控制器5的電源，調(diào)節(jié)電機(jī)的啟動(dòng)間隔時(shí)間及每次電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，使旋轉(zhuǎn)架按照設(shè)計(jì)的循環(huán)周期轉(zhuǎn)動(dòng)，一般為一圈/天，即使測(cè)試樣每天完成一次在干-濕環(huán)境中的循環(huán)和一次在淡水-海水環(huán)境中的循環(huán)；打開蓮蓬頭，調(diào)節(jié)水量使噴淋到的試樣11能夠保持均勻潤(rùn)濕。試樣11的形狀一般為4×4×16cm的長(zhǎng)方形，也可以為圓柱形、不規(guī)則形等其他形狀，采用耐腐蝕的繩子捆綁、固定在試樣架9上。在侵蝕溶液槽8中盛滿按照設(shè)計(jì)配制的硫酸鹽或氯鹽等侵蝕溶液。
采用相同配合比制備3組4×4×16cm的水泥砂漿試樣，每組3條試塊，待28天齡期后取2組試樣分別采用本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置及方法與傳統(tǒng)作對(duì)比測(cè)試，另一組試樣作為空白試樣繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。傳統(tǒng)方法將試樣連續(xù)浸泡在4％硫酸美+4％硫酸鈉的侵蝕溶液中，本發(fā)明裝置的侵蝕溶液槽8中也裝有同樣的侵蝕溶液，調(diào)節(jié)控制器5使旋轉(zhuǎn)架每天轉(zhuǎn)一周。
3個(gè)月后分別將通過(guò)2種方法實(shí)驗(yàn)的水泥砂漿試樣取出、晾干，測(cè)試2組試樣的抗折強(qiáng)度，同時(shí)測(cè)試空白試樣的抗折強(qiáng)度。分別用2種實(shí)驗(yàn)試樣的抗折強(qiáng)度除以空白試樣的抗折強(qiáng)度，得到2種抗折強(qiáng)度的比值，該比值是評(píng)判試樣抗硫酸鹽侵蝕能力的依據(jù)，比值越高，表示抗硫酸鹽能力越強(qiáng)或者硫酸鹽的侵蝕破壞越弱。實(shí)驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果如表1所示。
表1采用本發(fā)明裝置得到的產(chǎn)品與傳統(tǒng)方法得到的產(chǎn)品關(guān)于硫酸鹽侵蝕的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同的硫酸鹽侵蝕溶液及其相同的侵蝕時(shí)間內(nèi)，通過(guò)本發(fā)明裝置得到的試樣受硫酸鹽侵蝕后抗折強(qiáng)度與空白試樣抗折強(qiáng)度的比值明顯小于采用傳統(tǒng)將試樣連續(xù)浸泡于侵蝕溶液中方法得到的試樣抗折強(qiáng)度與空白試樣抗折強(qiáng)度的比值，即推廣本發(fā)明裝置得到的水泥砂漿試樣受硫酸鹽侵蝕破壞程度比傳統(tǒng)方法更嚴(yán)重。這一方面顯示，本發(fā)明的裝置能夠大幅度提高對(duì)水泥、混凝土抗硫酸鹽侵蝕性研究的效率；同時(shí)也說(shuō)明，本發(fā)明的裝置由于能夠模擬江、河入海口處由潮汐引起的干濕循環(huán)和淡水-海水循環(huán)環(huán)境，比傳統(tǒng)將試樣連續(xù)浸泡于侵蝕溶液中的方法更接近實(shí)際工程條件。
權(quán)利要求
1.一種干濕循環(huán)及淡水-海水循環(huán)模擬裝置，由蓮蓬頭(1)、水槽(3)、水槽支架(10)、傳動(dòng)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)架和侵蝕溶液槽(8)組成，其特征在于傳動(dòng)系統(tǒng)由傳動(dòng)齒輪(4)、控制器(5)和電機(jī)(6)組成，傳動(dòng)齒輪(4)固定于電機(jī)(6)的軸(13)上，控制器(5)與電機(jī)(6)通過(guò)導(dǎo)線連接；旋轉(zhuǎn)架由圓環(huán)(2)、圓環(huán)支架(7)和試樣架(9)組成，圓環(huán)(2)的圓心位置通過(guò)軸(12)固定于圓環(huán)支架(7)的一端，使圓環(huán)(2)能在圓環(huán)支架(7)上自如轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)齒輪(4)的齒形與圓環(huán)(2)外環(huán)上的齒形相吻合；圓環(huán)支架(7)一側(cè)設(shè)有侵蝕溶液槽(8)，圓環(huán)(2)的一側(cè)位于侵蝕溶液槽(8)內(nèi)；試樣架(9)的一端垂直固定于圓環(huán)(2)圓面的外環(huán)上，另一端懸空；蓮蓬頭(1)位于圓環(huán)(2)上方，水槽(3)固定于蓮蓬頭(1)下方的水槽支架(10)上，試樣架(9)隨著旋轉(zhuǎn)通過(guò)水槽(3)與蓮蓬頭1之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干濕循環(huán)及淡水-海水循環(huán)模擬裝置，其特征在于試樣(11)固定于試樣架(9)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干濕循環(huán)及淡水-海水循環(huán)模擬裝置，其特征在于侵蝕溶液槽(8)內(nèi)充滿硫酸鹽或氯鹽侵蝕溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種干濕循環(huán)及淡水－海水循環(huán)模擬裝置。由蓮蓬頭、水槽、水槽支架、傳動(dòng)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)架和侵蝕溶液槽組成，傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)齒輪固定于電機(jī)軸上，控制器與電機(jī)連接；旋轉(zhuǎn)架由圓環(huán)、圓環(huán)支架和試樣架組成，圓環(huán)通過(guò)軸固定于圓環(huán)支架一端，使圓環(huán)能在圓環(huán)支架上垂直于水平面自如轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)齒輪的齒形與圓環(huán)外環(huán)上的齒形相吻合；圓環(huán)支架一側(cè)設(shè)有侵蝕溶液槽，圓環(huán)的下部位于侵蝕溶液槽內(nèi)；試樣架一端垂直固定于圓環(huán)圓面的外環(huán)上；蓮蓬頭位于圓環(huán)上方，水槽固定于蓮蓬頭下方的水槽支架上，試樣架隨著旋轉(zhuǎn)通過(guò)水槽與蓮蓬頭之間。本發(fā)明能夠大幅度提高對(duì)水泥、混凝土抗硫酸鹽侵蝕性研究的效率，而且比傳統(tǒng)方法更接近實(shí)際工程條件。
文檔編號(hào)G01N33/38GK101042329SQ20071004003
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者朱洪波, 王培銘, 康明 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)