阅读说明：本技术 一种混凝土梁中氯离子渗透试验装置及试验方法 (Chloride permeability experimental rig and test method in a kind of beams of concrete ) 是由 彭建新 程小康 张建仁 王磊 于 2019-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种混凝土梁中氯离子渗透试验装置及试验方法,试验装置包括第一加载单元、第一测力单元、第二加载单元、第二测力单元、干湿循环装置、水箱、底板；试件设于底板上；干湿循环装置包括若干与水箱的出水阀相连的喷雾嘴、与试件相对的若干抽风机；第一加载单元、第一测力单元、第二加载单元、第二测力单元围绕试件设置；第一加载单元和第一测力单元相对设置在试件的两侧,第二加载单元和第二测力单元相对设置在试件的两侧,第一加载单元与第二加载单元垂直设置。本发明能够在双轴持续荷载施加的同时进行多次干湿循环,试验结果准确,能够准确地研究混凝土梁试件在双轴持续荷载及干湿循环耦合作用下的氯离子扩散规律。(The invention discloses chloride permeability experimental rig and test method in a kind of beams of concrete, experimental rig includes the first loading unit, the first load cell, the second loading unit, the second load cell, wetting and drying cycle apparatus, water tank, bottom plate；Test specimen is set on the bottom plate；Wetting and drying cycle apparatus includes several spray nozzles being connected with the outlet valve of water tank, several exhaust fans opposite with test specimen；First loading unit, the first load cell, the second loading unit, the second load cell are arranged around test specimen；First loading unit and the first load cell are oppositely arranged on the two sides of test specimen, and the second loading unit and the second load cell are oppositely arranged on the two sides of test specimen, and the first loading unit is vertically arranged with the second loading unit.The present invention can carry out multiple drying and watering cycle while twin shaft continuing load applies, and test result is accurate, can accurately study Chloride Diffusion Rules of the beams of concrete test specimen under twin shaft continuing load and drying and watering cycle coupling.)

一种混凝土梁中氯离子渗透试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于工程材料结构耐久性、使用寿命以及力学试验技术领域领域，特别涉及一种双轴持续荷载及干湿循环耦合作用下的混凝土梁中氯离子渗透试验装置及试验方法。

背景技术

通过混凝土氯离子扩散模型试验或室内试验研究结构耐久性是建筑工程中非常重要的研究手段，例如模拟海水环境，研究干湿循环作用下混凝土中氯离子扩散规律。通过湿润与干燥交替，来测试混凝土中氯离子浓度变化。

在实际应用中，许多试验需要模拟真实的海洋环境去分析混凝土结构中的氯离子分布规律。目前国内使用的不少干湿循环试验装置是将混凝土梁放置在干湿循环箱内，待干湿循环完成后，再进行持续荷载作用，这与大多数的工程实况不符。此外，较为廉价的双轴持续加载装置大多采用焊接连接，由于存在焊接应力与钢板定位不准的情况，使得双轴加载方向的合力与各自的反力均不在同一条直线上，双轴加载试验装置便存在偏心加载作用，使得试验装置在加载的过程中对试件施加了扭矩，从而产生了剪应力，原来的简单轴向应力状态会转化成复杂的应力状态，而一般的普通试件多为脆性材料，对剪应力和拉应力较为敏感，因此由于存在扭矩对试件产生的剪应力作用，试件的破坏强度低于轴向应力下的破坏强度，就造成了在相同荷载作用下，试件的变形量大于轴向应力状态下的变形量，试件的整体力学性能都下降了，对试验结果有很大影响。再者，试件在干湿循环作用后，试件在强度方面会受到一定影响，随后再进行持续荷载作用，对研究持续荷载及干湿循环耦合作用的渗透试验会有影响。

随着我国工程技术的不断发展，对设备能力和技术有了更高的要求。鉴于现有技术的不足，需要研究出一种试验结果准确、能同时施加双轴持续荷载及干湿循环耦合作用的渗透实验装置。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种混凝土梁中氯离子渗透试验装置及试验方法，能够在双轴持续荷载施加的同时进行多次干湿循环，能够准确地研究混凝土梁试件在双轴持续荷载及干湿循环耦合作用下的氯离子扩散规律。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种混凝土梁中氯离子渗透试验装置，其结构特点是包括第一加载单元、第一测力单元、第二加载单元、第二测力单元、干湿循环装置、水箱、底板；

混凝土试件设于底板上；干湿循环装置用于对混凝土试件施加喷淋氯盐及烘干的多个干湿循环周期；

所述干湿循环装置包括与试件相对的若干喷雾嘴，喷雾嘴依次通过喷雾管、接头、水管与水箱的出水阀相连；所述干湿循环装置包括与试件相对的若干抽风机；

其中第一加载单元、第一测力单元、第二加载单元、第二测力单元围绕试件设置；第一加载单元和第一测力单元相对设置在试件的两侧，第二加载单元和第二测力单元相对设置在试件的两侧，第一加载单元与第二加载单元垂直设置。

借由上述结构，本发明装置可实现对混凝土梁试件在宽度和长度两个方向的轴向加载，通过第一加载单元、第二加载单元、第一测力单元、第二测力单元相互间隔90°设置，避免对试件偏心加载，保证了试验结果的准确性。此外，在进行试件持续加载的同时，通过调节水箱、干湿循环装置可进行多次干湿循环，以此可以准确地探究试件在双轴持续荷载及干湿循环耦合作用下的氯离子扩散规律。

作为一种优选方式，所述第一加载单元包括第一加载板、第一动力源和第一立板，第一加载板的一面可与试件相抵接，第一加载板的另一面与第一动力源一端相连，第一动力源另一端与第一立板相连；第一立板相对于所述底板活动设置；

所述第一测力单元包括第一反力板、第一过渡件、第一力传感器、第一定位件和第二立板，第一反力板的一面可与试件相抵接，第一反力板的另一面依次通过第一过渡件、第一力传感器、第一定位件与第二立板固连；第二立板与所述底板固连；

所述第二加载单元包括第二加载板、第二动力源和第三立板，第二加载板的一面可与试件相抵接，第二加载板的另一面与第二动力源一端相连，第二动力源另一端与第三立板相连；第三立板相对于所述底板活动设置；

所述第二测力单元包括第二反力板、第二过渡件、第二力传感器、第二定位件和第四立板，第二反力板的一面可与试件相抵接，第二反力板的另一面依次通过第二过渡件、第二力传感器、第二定位件与第四立板固连；第四立板与所述底板固连。

进一步地，还包括第一拉杆组、第二拉杆组；第一拉杆组的一端与第一立板螺接，第一拉杆组的另一端与第二立板螺接；第二拉杆组的一端与第三立板螺接，第二拉杆组的另一端与第四立板螺接；第一拉杆组与第二拉杆组相互交错且相互垂直。

作为一种优选方式，所述底板为十字型结构件，十字型结构件设有支撑杆，所述第一加载单元、第一测力单元、第二加载单元、第二测力单元各设于十字型底板的各凸起端上表面；干湿循环装置设于十字型底板的中心区域上表面；试件通过支撑杆设于底板上。

进一步地，所述第一动力源、第二动力源、第一力传感器、第二力传感器均与控制器电连接。

进一步地，所述干湿循环装置包括两相对设置的钢板、两相对设置的钢条、用于固定喷雾嘴的固定槽，钢板与钢条之间围成框型，固定槽与钢条固连；钢板上设置用于固定抽风机的支撑台。

进一步地，还包括四根竖直杆，所述钢板两端各开设一螺纹孔，竖直杆的底端与底板固连，竖直杆的顶端与螺纹孔相配合。

进一步地，所述水箱内设有U型发热管，水箱侧面板上设置用于控制温度和出水的按钮。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用所述的混凝土梁中氯离子渗透试验装置进行试验的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤A，将试件设于底板上；

步骤B，将第一测力单元、第二加载单元分别与控制器连接；

步骤C，由第一加载单元、第二加载单元对试件进行两个方向的双轴持续加载，并由第一测力单元、第二测力单元对试件所受荷载大小进行测量；

步骤D，将第一加载单元、第一测力单元、第二加载单元、第二测力单元围绕氯盐槽设置，且将第一加载单元、第一测力单元、第二加载单元、第二测力单元分别与控制器连接；

步骤E，当第一加载单元、第二加载单元所施加的荷载达到稳定后，利用水箱及干湿循环装置对混凝土试件施加喷淋氯盐及烘干的多个干湿循环周期，其中，单个干湿周期包括：第一步，调节水箱内的NaCl溶液的温度，控制水箱的出水阀打开，对试件进行连续喷淋一段时间的NaCl溶液，直至试件表面湿润；第二步，将试件在常温下静置一段时间；第三步，烘干试件表面。

作为一种优选方式，第一加载单元和第二加载单元对试件施加的载荷由下述公式确定：

σ₁＝σ₂≤[σ]；

式中，F₁为第一加载单元施加的荷载，F₂为第二加载单元施加的荷载，h为试件的高，l为试件底面与第一加载单元相对应的边的长度，b为试件底面与第二加载单元相对应的边的长度，σ₁为第一加载单元施力方向施加的应力，σ₂为第二加载单元施力方向施加的应力，[σ]为容许应力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过两组加载单元、测力单元，有效实现对试件两个轴向方向的同时加载，避免偏心加载；同时能够在双轴持续荷载施加的同时进行多次干湿循环，有效保证试验结果的准确性，能够准确地研究混凝土梁试件在双轴持续荷载及干湿循环耦合作用下的氯离子扩散规律。

附图说明

图1为本发明试验装置结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为底板结构示意图。

图4为干湿循环装置图。

图5为第一加载单元示意图。

图6为第一测力单元示意图。

图7为第二加载单元示意图。

图8为第二测力单元示意图。

图9为干湿循环装置与水箱示意图。

图10为接头结构示意图。

其中，1第一加载单元，101为第一加载板，102为第一动力源，103为第一立板，2为第一测力单元，201为第一反力板，202为第一过渡件，203为第一力传感器，204为第一定位件，205为第二立板，3为第二加载单元，301为第二加载板，302为第二动力源，303为第三立板，4为第二测力单元，401为第二反力板，402为第二过渡件，403为第二力传感器，404为第二定位件，405为第四立板，5为干湿循环装置，501为喷雾嘴，502为抽风机，503为钢板，5031为支撑台，5032为螺纹孔，504为钢条，505为固定槽，6为水箱，601为出水阀，602为盖子，7为底板，701为支撑杆，8为喷雾管，9为接头，10为水管，11为竖直杆，12为发热管，13为按钮，14为第一拉杆组，15为第二拉杆组，16为混凝土试件，17为钢座，18为显示屏。

具体实施方式

如图1至图10所示，混凝土梁中氯离子渗透试验装置包括第一加载单元1、第一测力单元2、第二加载单元3、第二测力单元4、干湿循环装置5、水箱6、底板7；

混凝土试件16设于底板7上；干湿循环装置5用于对混凝土试件16施加喷淋氯盐及烘干的多个干湿循环周期；

所述干湿循环装置5包括与试件16相对的6个喷雾嘴501，喷雾嘴501依次通过喷雾管8、接头9、水管10与水箱6的出水阀601相连；所述干湿循环装置5包括与试件16相对的若干抽风机502；

其中第一加载单元1、第一测力单元2、第二加载单元3、第二测力单元4围绕试件16设置；第一加载单元1和第一测力单元2相对设置在试件16的两侧，第二加载单元3和第二测力单元4相对设置在试件16的两侧，第一加载单元1与第二加载单元3垂直设置。

所述喷雾管8是抗腐蚀的橡胶管，用来喷淋试件16表面，均匀分布在试件16上方平行于试件16上表面的位置，根据喷淋范围与试件16大小的需要，可以设置多个喷雾管8尺寸。

喷雾嘴501连着的6根喷雾管8接向有六个通孔的接水接头9。为防止接头9在输水过程中容易脱落，接头9放置在支撑水管10的钢座17上固定住，接头9的另一端连接着大孔径的水管10，连接着水箱6的出水阀601。

所述第一加载单元1包括第一加载板101、第一动力源102和第一立板103，第一加载板101的一面可与试件16相抵接，第一加载板101的另一面设置卡槽且该卡槽与第一动力源102一端(推动端)相连，第一动力源102另一端与第一立板103上预留的卡槽相连；第一立板103相对于所述底板7活动设置。

所述第一测力单元2包括第一反力板201、第一过渡件202、第一力传感器203、第一定位件204和第二立板205，第一反力板201的一面可与试件16相抵接，第一反力板201的另一面依次通过第一过渡件202、第一力传感器203、第一定位件204与第二立板205固连；第二立板205与所述底板7固连。

第一加载板101与第一反力板201相互平行，且轴心在同一直线上。

所述第二加载单元3包括第二加载板301、第二动力源302和第三立板303，第二加载板301的一面可与试件16相抵接，第二加载板301的另一面设置卡槽且该卡槽与第二动力源302一端(推动端)相连，第二动力源302另一端与第三立板303上预留的卡槽相连；第三立板303相对于所述底板7活动设置。

所述第二测力单元4包括第二反力板401、第二过渡件402、第二力传感器403、第二定位件404和第四立板405，第二反力板401的一面可与试件16相抵接，第二反力板401的另一面依次通过第二过渡件402、第二力传感器403、第二定位件404与第四立板405固连；第四立板405与所述底板7固连。

第二加载板301与第二反力板401相互平行，且轴心在同一直线上。

第一过渡件202和第二过渡件402均为圆轴筒。

第一定位件204和第二定位件404均为圆轴筒。

第一加载板101和第二加载板301均为顶部为圆形，底部为长方形的异性结构，有效的将荷载转化为均布荷载作用在试件16上。

第一反力板201和第二反力板401均为顶部为圆形，底部为长方形的异性结构，能将反馈过来的荷载传递给传感器而显示读数。

第一动力源102和第二动力源302均为螺旋千斤顶。螺旋千斤顶是由人力通过螺旋副传动产生机械能的、做直线往复运动的加载执行元件，螺旋式千斤顶的一侧与加载板相连，沿轴线方向可以轻微转动，故在试验加载过程中，如果因操作不当而引起扭矩可通过螺旋式千斤顶的微小转动来消除其影响；螺旋式千斤顶的另一侧与对应立板上的卡槽相连。

试验装置还包括第一拉杆组14、第二拉杆组15；第一拉杆组14的一端与第一立板103螺接，第一拉杆组14的另一端与第二立板205螺接；第二拉杆组15的一端与第三立板303螺接，第二拉杆组15的另一端与第四立板405螺接；第一拉杆组14与第二拉杆组15相互交错且相互垂直。

所述底板7为十字型结构件，十字型结构件设有支撑杆701，所述第一加载单元1、第一测力单元2、第二加载单元3、第二测力单元4各设于十字型底板7的各凸起端上表面；干湿循环装置5设于十字型底板7的中心区域上表面；试件16通过支撑杆701设于底板7上。支撑杆701为圆筒轴与长方体的固结部件，长方体的外端表面设置卡槽，用来放置试件16。

所述第一动力源102、第二动力源302、第一力传感器203、第二力传感器403均与可编程的控制器电连接，以实现控制器控制两个动力源的动作，并显示两个力传感器检测到的压力数值。

所述干湿循环装置5包括两相对设置的钢板503、两相对设置的钢条504、用于固定喷雾嘴501的固定槽505，钢板503与钢条504之间围成框型，固定槽505与钢条504固连；钢板503上设置用于固定抽风机502的支撑台5031。抽风机502设于支撑台5031的圆凹槽顶面上。支撑台5031的圆凹槽倾斜一定角度，且倾斜角度根据试件16大小来确定。

所述抽风机502是内部有烘干网的空心圆轴筒与空心圆台的组合结构，根据试件16与实验需要，设置两个抽风机502，立于试件16两侧，用于烘干试件16。

喷雾嘴501为没有底的圆台，其垂直于试件16设置，可根据试件16的大小设置喷雾嘴501的大小。

实验装置还包括四根竖直杆11，所述钢板503两端各开设一螺纹孔5032，竖直杆11的底端与底板7固连，竖直杆11的顶端与螺纹孔5032相配合。

所述水箱6为防侵蚀智能温控水箱。具体地，水箱6顶部设有可滑动打开的盖子602，水箱16底部设有三根U型防侵蚀发热管12，用于给NaCl溶液升温。水箱16侧面板设有控制温度、时间、出水的按钮13以及显示屏18。显示屏18用于显示水箱6温度变化。当水箱6内的NaCl溶液施加到一定深度，通过温控按钮将水箱6调整成室温，可以消除温度对试验的影响。

利用所述的混凝土梁中氯离子渗透试验装置进行试验的方法包括以下步骤：

步骤A，将试件16设于底板7上；

步骤B，将第一测力单元2、第二加载单元3分别与控制器连接；

步骤C，由第一加载单元1、第二加载单元3对试件16进行两个方向的双轴持续加载，并由第一测力单元2、第二测力单元4对试件16所受荷载大小进行测量；

步骤D，将第一加载单元1、第一测力单元2、第二加载单元3、第二测力单元4围绕氯盐槽5设置，且将第一加载单元1、第一测力单元2、第二加载单元3、第二测力单元4分别与控制器连接；

步骤E，当第一加载单元1、第二加载单元3所施加的荷载达到稳定后，利用水箱6及干湿循环装置5对混凝土试件16施加喷淋氯盐及烘干的多个干湿循环周期，其中，单个干湿周期包括：第一步，调节水箱6内的NaCl溶液的温度，控制水箱6的出水阀601打开，对试件16进行连续喷淋8h的NaCl溶液，直至试件16表面湿润；第二步，将试件16在常温下静置16h；第三步，为了方便试验的进一步研究与开展，打开抽风机502按钮，烘干试件16表面。

第一加载单元1和第二加载单元3对试件16施加的载荷由下述公式确定：

σ₁＝σ₂≤[σ]；

式中，F₁为第一加载单元1施加的荷载，单位为KN；F₂为第二加载单元3施加的荷载，单位为KN；h为试件16的高，单位为mm；l为试件16底面与第一加载单元1相对应的边的长度，单位为mm；b为试件16底面与第二加载单元3相对应的边的长度，单位为mm；σ₁为第一加载单元1施力方向施加的应力，σ₂为第二加载单元3施力方向施加的应力，[σ]为容许应力，[σ]_max是混凝土梁竖直方向未出现拉应力时的最大载荷应力。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。