一种水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价方法及装置

技术领域

本发明涉及水泥基材料自修复技术领域，具体地指一种水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价方法及装置。

背景技术

自修复水泥基材料是一种能够自主修复微裂缝的水泥基材料，可以减少有害离子的渗透并阻止裂缝进一步扩展，使得其耐久性能和力学性能得到提升，从而延长结构的使用寿命，部分甚至完全恢复结构的工程性能，与常规方法相比可以大大降低裂缝修复的难度和成本。因此，水泥基材料的自修复技术已经成为国际工程界和学术界的热点之一。在水泥基材料中加入自修复剂是实现其自修复性能的主要技术手段，而评价水泥基材料自修复剂的自修复性能是水泥基材料裂缝自修复领域里的关键之一。

对水泥基材料自修复性能的研究一般是在静水条件下进行的，而在实际工程中，建筑结构的服役条件复杂，特别是在有抗渗要求的情况下，裂缝需要在渗漏流水的情况下进行修复。目前，在渗漏流水条件下对水泥基材料自修复性能的研究无法满足水泥基材料裂缝自修复技术在工程实际领域内的应用。

有公开申请号为201410569508.3《一种固井自修复材料性能的测试方法及测试装置》，该方法能够评价在油气侵入的情况下，自修复材料遇油气的膨胀效果，操作简便，测试准确，可实现对固井自修复材料遇油气膨胀效果的测试。但该发明对评价液体渗流作用下混凝土自修复效果并不适用，对事前评价水泥基材料自修复剂的自修复性能更加不适用。公开申请号为201910061434.5《固井水泥石外源性自修复材料修复能力评价装置及方法》，该发明目的在于提供固井水泥石外源性自修复材料修复能力评价装置，该装置通过外部通入含修复介质的气体对已经产生裂纹的水泥环进行修复，并能够在不同压力和不同温度下对水泥环的自修复能力进行评价，可以较为真实地模拟油气井开发时井下的实际工况；该发明另一个目的在于提供利用上述装置对固井水泥石外源性自修复材料的修复能力进行评价的方法。但该发明对评价液体渗流作用下混凝土自修复效果不适用，对事前评价水泥基材料自修复剂的自修复性能也不适用。有公开申请号为201822227666.7《一种水泥基自修复材料修复性能的评价装置》，该发明着重观测水泥基试样表面裂缝的应力-应变变化情况，可以直观地反映水泥基材料修复过程中应力-应变的变化过程，还可实时观测裂缝随龄期增长的变化过程，通过观察裂缝的动态变化评价水泥基材料自修复性能。但该发明是事后评价修复效果，并不能事前评价水泥基自修复剂的修复性能，不能准确评价渗流作用下的修复效果。

为了评价水泥基材料自修复剂的修复能力，常需优化自修复剂的组成试验，工作量大，耗费时间长。然而，目前还没有事先评价水泥基材料自修复剂的修复能力的统一试验标准与试验装置。因此，开发一种适用于渗漏流水条件下的水泥基材料自修复剂修复能力的事前评价方法及装置具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于渗漏流水条件下的事前评价水泥基材料自修复剂修复性能的试验方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价方法包括如下步骤：

1)确定水泥基材料自修复剂的掺量、模拟裂缝的宽度和水头高度，并对装置进行组装；

2)再向渗水装置内注水，并通过阀门控制加水的流量，使得水头恒定；然后通过渗水量测量装置测得左侧、右侧、前侧出水口处的模拟裂缝中的累计渗水量；

3)最后通过数据处理得到设定时间间隔的单位时间渗水量，对水泥基材料自修复剂修复效果进行表征并对其修复性能进行事前评价。

进一步，所述步骤1)中，水泥基材料自修复剂的掺量可控制在1～30％。

所述模拟裂缝的宽度控制在0.1～1.2mm。

所述水头高度控制在1～10cm。

所述步骤3)中，通过分析不同自修复剂掺量、不同裂缝宽度下自修复剂的修复效果来对水泥基材料自修复剂修复性能进行事前评价。

一种水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价装置，所述装置包括渗水装置和渗水量测量装置，所述渗水装置包括进行透水实验的水槽、左侧顶板、左侧底板、左侧面板、右侧顶板、右侧底板、右侧面板、前侧顶板、前侧底板和前侧面板，所述水槽左侧、右侧、前侧有出水孔，后侧开口；所述后侧开口处装有带有溢流孔的可滑动挡水板，所述左侧、右侧、前侧出水口上分别装有一块止水垫，所述左侧出水口上装有左侧顶板、左侧底板和左侧面板，所述右侧出水口上装有右侧顶板、右侧底板和右侧面板，所述前侧出水口上装有前侧顶板、前侧底板和前侧面板，所述左侧底板、右侧底板、前侧底板分别带有用于装填自修复材料的左侧底板凹槽、右侧底板凹槽、前侧底板凹槽，所述左侧顶板和左侧底板、右侧顶板和右侧底板、前侧底板和前侧顶板之间放置不同厚度的间隙片模拟裂缝宽度；

所述渗水量测量装置包括荷重传感器、烧杯、信号处理器、数据采集仪，所述荷重传感器用于测量渗入烧杯中的水的重力，所述左侧、右侧、前侧有出水孔的下方设置所述烧杯，所述信号处理器用于将荷重传感器中的力学信号转化为标准电压并输出至数据采集仪。

优选的，所述水槽的后侧装有刻度尺。

进一步，所述左侧面板、右侧面板、前侧面板分别带有10个沿面板周长均匀分布的螺栓孔。

再进一步，所述左侧顶板、左侧底板、左侧面板、右侧顶板、右侧底板、右侧面板、前侧顶板、前侧底板、前侧面板和可滑动挡水板包括但不限于有机玻璃板。

更进一步，所述止水垫包括但不限于乳胶止水垫。

与现有技术相比，本发明具有的优点在于：

①本发明可以有效评价不同自修复剂在渗漏流水条件下的裂缝修复效果，为解决渗漏水条件下水泥基材料自修复剂的优选提供参考。

②本发明通过对实际工程中构件的微裂缝进行模拟对水泥基材料自修复剂的自修复能力进行事前评价，极大地减少了试验研究的工作量，提高了修复材料修复性能的可预见性。

③本发明可以通过不同厚度的间隙片来模拟不同的裂缝宽度，可评价不同裂缝宽度下自修复剂的修复性能。

④本发明可以通过控制底板的面积来控制自修复剂的掺量，可评价不同掺量下自修复剂的修复性能。

附图说明

图1为本发明水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价装置中渗水装置的结构示意图；

图2为图1水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价装置中渗水装置的俯视结构示意图；

图3为图2沿A-A方向的剖视结构示意图；

图4为本发明水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价装置中渗水量测量装置的主视结构示意图；

图5为止水垫结构示意图；

图中，挡水板1、水槽2、右侧面板3、右侧顶板4、右侧底板5、前侧面板6、前侧顶板7、前侧底板8、左侧顶板9、左侧底板10、左侧面板11、左侧底板凹槽12、右侧底板凹槽13、前侧底板凹槽14、溢流孔15、止水垫16、刻度尺17、荷重传感器18、烧杯19、信号处理器20、数据采集仪21。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参照图1～图5，一种水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价方法包括如下步骤：

1)确定水泥基材料自修复剂的掺量、模拟裂缝的宽度和水头高度，并对装置进行组装；

2)再向渗水装置内注水，并通过阀门控制加水的流量，使得水头恒定；然后通过渗水量测量装置测得左侧、右侧、前侧出水口处的模拟裂缝中的累计渗水量；

3)最后通过数据处理得到设定时间间隔的单位时间渗水量，对水泥基材料自修复剂修复效果进行表征并对其修复性能进行事前评价。

进一步，所述步骤1)中，水泥基材料自修复剂的掺量可控制在1～30％。

所述模拟裂缝的宽度控制在0.1～1.2mm。

所述水头高度控制在1～10cm。

所述步骤3)中，通过分析不同自修复剂掺量、不同裂缝宽度下自修复剂的修复效果来对水泥基材料自修复剂修复性能进行事前评价。

一种水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价装置，包括渗水装置和渗水量测量装置，所述渗水装置包括进行透水实验的水槽2、左侧顶板9、左侧底板10、左侧面板11、右侧顶板4、右侧底板5、右侧面板3、前侧顶板7、前侧底板8和前侧面板6；

所述水槽2左侧、右侧、前侧有出水孔，后侧开口；所述水槽2的后侧装有量程为15厘米的刻度尺17，所述左侧、右侧、前侧出水口上分别装有一块止水垫。所述左侧出水口上装有左侧顶板9、左侧底板10和左侧面板11，所述右侧出水口上装有右侧顶板4、右侧底板5和右侧面板3，所述前侧出水口上装有前侧顶板7、前侧底板8和前侧面板6，所述后侧开口处装有带有溢流孔15的可滑动挡水板1。

所述左侧底板10、右侧底板5、前侧底板8分别带有用于装填自修复材料的左侧底板凹槽12、右侧底板凹槽13、前侧底板凹槽14，凹槽规格为50mm×50mm×2mm。

所述左侧顶板9和左侧底板10、右侧顶板4和右侧底板5、前侧顶板7和前侧底板8之间放置不同厚度的间隙片模拟裂缝宽度。

所述渗水量测量装置包括荷重传感器18、烧杯19、信号处理器20和数据采集仪21；所述荷重传感器18用于测量渗入烧杯19中的水的重力，所述左侧、右侧、前侧有出水孔的下方设置所述烧杯，所述信号处理器20用于将荷重传感器中的力学信号转化为标准电压并输出至数据采集仪21。

所述左侧面板11、右侧面板3、前侧面板6分别带有10个沿面板周长均匀分布的螺栓孔。

所述左侧顶板、左侧底板、左侧面板、右侧顶板、右侧底板、右侧面板、前侧顶板、前侧底板、前侧面板和可滑动挡水板包括但不限于有机玻璃板。所述止水垫包括但不限于乳胶止水垫。

本发明利用上述装置进行水泥基材料自修复剂修复性能的事前评价方法，包括如下步骤：

(1)先将厚度为2mm、宽度为50mm、长度在12.5-50mm的薄板分别放入左侧底板凹槽12、右侧底板凹槽13、前侧底板凹槽14中，用以控制自修复剂的掺量，凹槽中剩余的空间用于加入自修复剂(例如10％掺量，薄板的尺寸为45mm×50mm×2mm，薄板占据后剩下5mm×50mm×2mm的空间就是自修复剂加料空间)，自修复剂添加至与底板齐平并采用刮刀刮平，并用纸巾擦净底板上的多余自修复剂。

(2)将厚度相同的间隙片垫入左侧底板凹槽12、右侧底板凹槽13、前侧底板凹槽14的左右两侧，用以控制裂缝宽度。

(3)将左侧顶板9、右侧顶板4、前侧顶板7分别盖至左侧底板10、右侧底板5、前侧底板8上得到三块夹板，并将其分别装入水槽2的左侧、右侧、前侧有出水孔处。

(4)将三块止水垫16分别垫入水槽2的左侧、右侧、前侧出水孔处。

(5)将左侧面板11、右侧面板3、前侧面板6分别装至水槽2的左侧、右侧、前侧出水孔处，并分别将螺栓旋入螺栓孔。

(6)调整可滑动挡水板1的高度来控制溢流孔15的高度(可用刻度尺17测得)，用以模拟不同水头高度下的渗流情况。

(7)通过加水装置向水槽15注水，加水装置由简易蓄水池、水管和阀门组成，蓄水池为底部开孔可连接水管的水桶，可以将自来水存储以避免自来水直接从自来水管中流出时水流中气泡对实验的影响，再由水管将水从蓄水池注入水槽15的底部，并通过阀门控制加水的流量，使得水头恒定。

(8)将三个荷重传感器18分别放置在左侧、右侧、前侧出水口的正下方，然后在三个荷重传感器18上分别放置烧杯。进行透水实验时水流通过模拟裂缝渗入烧杯19中，信号处理器20将传感器中的力学信号(测得的渗入烧杯中的水的重力信号)转化为标准电压输出至数据采集仪21，最后通过数据采集仪21采集电压信号得到数据，即为左侧、右侧、前侧出水口处的模拟裂缝中的累计渗水量。

(9)通过数据处理得到设定时间间隔的单位时间渗水量，用其表征自修复剂的裂缝修复效果，对水泥基材料自修复剂修复性能进行事前评价。

上述实施方式仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。