荷载-溶液-温度耦合下混凝土加载装置及使用方法

技术领域

本发明属于混凝土耐久性试验技术领域，尤其涉及荷载-溶液-温度耦合下混凝土加载装置及使用方法。

背景技术

水利和港工基础设施中的大坝混凝土面板、水闸交通桥桥墩、码头和海洋平台的混凝土管桩等，在承受荷载作用的同时，还受到不同温度，以及水环境中氯离子、硫酸根离子等物质的长期侵蚀，使用寿命大幅降低，存在巨大的安全隐患。

针对工程中遇到的实际情况，混凝土耐久性研究工作需要从单一化向复杂化转化，以求尽可能反应实际服役状态下混凝土结构耐久性的劣化规律。混凝土耐久性试验方法也应该由单因素模拟向多因素模拟、由无应力状态模拟试验向有应力状态模拟试验转化。但是，现有情况下，对于混凝土结构的力学性能试验，研究人员主要是在实验室按照现有标准测得混凝土小试件的腐蚀规律，或者单一荷载下混凝土试件的破坏试验，对复杂多变的环境作用造成的材料和结构耐久性损伤认识不足，造成许多重大土木工程的结构性能提前劣化以及使用功能和承载能力下降，从而影响到结构的安全使用而不得不提前退役。

基于腐蚀溶液、温度与荷载耦合作用下，混凝土构件的破坏试验设备尚且没有，针对实际工程中，混凝土结构是在承受荷载、腐蚀溶液和温度等多场耦合环境共同作用下的多重破坏因素的综合力学性能指标，现有技术无法准确模拟多因素耦合作用下混凝土试件的真实破坏规律，为有效掌握真实环境下腐蚀溶液、温度与荷载耦合作用下混凝土构件的破坏规律，为实际工程提供真实有效的试验数据，亟需一种荷载-溶液-温度耦合下混凝土加载装置及使用方法。

发明内容

本发明的目的是提供荷载-溶液-温度耦合下混凝土加载装置及使用方法，以解决上述问题，达到可以在荷载-腐蚀溶液耦合作用下对混凝土进行耐久性试验，以提供更加真实有效的实验数据的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：荷载-溶液-温度耦合下混凝土加载装置，包括：

水槽，所述水槽用于盛放腐蚀溶液，所述水槽内设置有温度控制件，所述温度控制件用于调节腐蚀溶液的温度；

载荷加载组件，所述载荷加载组件包括反力框架和加载件，所述加载件设置在所述反力框架内，所述反力框架用于放置混凝土试块，所述加载件用于对混凝土试块施加压力载荷；

升降组件，所述升降组件设置在所述水槽内，所述升降组件与所述反力框架传动连接，所述升降组件用于调节所述反力框架与所述水槽底部的相对高度，进而调节混凝土试块在腐蚀溶液中的浸泡深度。

优选的，所述反力框架包括上固定板和下固定板，所述上固定板和所述下固定板之间竖向接触设置有若干传动连接块和滑动连接块，若干所述传动连接块、滑动连接块分别位于所述上固定板的边部，所述上固定板和所述下固定板之间穿设有若干拉杆，所述拉杆的两端分别螺接有螺栓，若干所述拉杆、螺栓用于使所述上固定板、下固定板、若干传动连接块和若干所述滑动连接块牢固连接。

优选的，所述升降组件包括若干竖向固定连接在所述水槽内的第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆交错设置，若干所述第二支撑杆的侧壁上分别开设有第一滑槽，若干所述第一滑槽内分别竖向固定连接有滑杆，若干所述滑动连接块分别滑动连接在若干所述滑杆上，若干所述第一支撑杆上分别设置有升降驱动件，若干所述升降驱动件分别与若干所述传动连接块传动连接。

优选的，所述升降驱动件包括开设在所述第一支撑杆侧壁上的第二滑槽和固定连接在所述第一支撑杆顶部的电机，所述电机的输出端同轴线固定连接有丝杆，所述传动连接块与所述丝杆传动连接。

优选的，所述加载件包括设置在所述上固定板和所述下固定板之间的压板，所述压板的顶部固定连接有液压缸的伸缩端，所述液压缸固定连接在所述上固定板上，所述液压缸与所述压板之间设置有压力传感器，所述混凝土试块设置在所述压板与所述下固定板之间。

优选的，所述温度控制件包括设置在所述水槽内的加热管和温度传感器，所述加热管用于加热腐蚀溶液，所述温度传感器用于监测腐蚀溶液的温度。

优选的，所述水槽的侧壁上连通有放水管，所述放水管上连通有电磁阀。

荷载-溶液-温度耦合下混凝土加载装置使用方法，包括如下步骤：

混凝土试块制备，按照构成混凝土试件各组分的配比，在模具内浇筑尺寸符合要求的混凝土试块，并经养护后取出备用；

放置试块，将混凝土试块放置在反力框架中；

加注腐蚀溶液，向水槽中加注试验所需配比的腐蚀溶液；

温度调节，通过温度控制件调节水槽中腐蚀溶液的初始温度；

压力设定，设定加载件对混凝土试块施加压力的大小；

高度调节，通过升降组件调节混凝土试块浸入腐蚀溶液中的深度；

耐久试验，控制加载件对混凝土试块施加压力，实验过程中保持腐蚀溶液的温度值、加载件施加的压力值在要求范围内，同时保持混凝土试块的浸入深度不变。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：水槽的主要作用是盛装腐蚀溶液；温度控制件的主要作用是可以根据不同的试验需求调节水槽中的腐蚀溶液温度；加载件的主要作用是根据不同的试验需求调节对混凝土试块施加的压力载荷；升降组件的主要作用是通过调整反力框架的高度调整混凝土试块浸入腐蚀溶液中的深度，可以在全浸、半浸等不同深度条件下进行试验。整体上，本发明可调整腐蚀溶液配比、腐蚀溶液温度、载荷大小以及混凝土试块在腐蚀溶液中的浸泡深度，可以在荷载-腐蚀溶液耦合作用下对混凝土开展耐久性试验，准确的模拟真实环境下混凝土构件的真实破坏规律，便于试验人员有效掌握真实环境下的混凝土构件的破坏规律，为实际工程提供真实有效的试验数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明试验装置的主视图；

图2为本发明水槽的示意图；

图3为本发明载荷加载组件和升降组件的示意图；

图4为本发明反力框架的示意图；

图5为本发明加载件的示意图；

图6为本发明试验装置将混凝土试块抬升的示意图；

图7为本发明实施例二中试验装置的示意图；

其中，1、水槽；2、第一支撑杆；3、电机；4、液压缸；5、上固定板；6、下固定板；7、压力传感器；8、混凝土试块；9、液压泵站；10、控制终端；11、温度传感器；12、加热管；13、玻璃板；14、放水管；15、电磁阀；16、第一滑槽；17、滑杆；18、丝杆；19、拉杆；20、螺栓；21、传动连接块；22、压板；23、限位杆；24、第二支撑杆；25、滑动连接块；26、第二滑槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

参照图1-图6，本发明提供了荷载-溶液-温度耦合下混凝土加载装置，包括：

水槽1，水槽1用于盛放腐蚀溶液，水槽1内设置有温度控制件，温度控制件用于调节腐蚀溶液的温度；

载荷加载组件，载荷加载组件包括反力框架和加载件，加载件设置在反力框架内，反力框架用于放置混凝土试块8，加载件用于对混凝土试块8施加压力载荷；

升降组件，升降组件设置在水槽1内，升降组件与反力框架传动连接，升降组件用于调节反力框架与水槽1底部的相对高度，进而调节混凝土试块8在腐蚀溶液中的浸泡深度。

水槽1的主要作用是盛装腐蚀溶液；温度控制件的主要作用是可以根据不同的试验需求调节水槽1中的腐蚀溶液温度；加载件的主要作用是根据不同的试验需求调节对混凝土试块8施加的压力载荷；升降组件的主要作用是通过调整反力框架的高度调整混凝土试块8浸入腐蚀溶液中的深度，可以在全浸、半浸等不同深度条件下进行试验。整体上，本发明可调整腐蚀溶液配比、腐蚀溶液温度、载荷大小以及混凝土试块在腐蚀溶液中的浸泡深度，可以在荷载-腐蚀溶液耦合作用下对混凝土开展耐久性试验，准确的模拟真实环境下混凝土构件的真实破坏规律，便于试验人员有效掌握真实环境下的混凝土构件的破坏规律，为实际工程提供真实有效的试验数据。

进一步优化方案，温度控制件、加载件和升降组件均电性连接有控制终端10。

操作人员可通过操作控制终端10对温度控制件、加载件和升降组件进行数值设定或控制。

进一步优化方案，反力框架包括上固定板5和下固定板6，上固定板5和下固定板6之间竖向接触设置有若干传动连接块21和滑动连接块25，若干传动连接块21、滑动连接块25分别位于上固定板5的边部，上固定板5和下固定板6之间穿设有若干拉杆19，拉杆19的两端分别螺接有螺栓20，若干拉杆19、螺栓20用于使上固定板5、下固定板6、若干传动连接块21和滑动连接块25牢固连接。

如图4所示，两组传动连接块21和两组滑动连接块25分别设置在上固定板5和下固定板6的四角上，且传动连接块21和滑动连接块25交错设置。拧紧拉杆19两端的螺栓20，通过螺栓20对上固定板5和下固定板6的挤压作用，可使上固定板5和下固定板6将传动连接块21和滑动连接块25夹紧在中间，形成牢固的结构。

进一步优化方案，升降组件包括若干竖向固定连接在水槽1内的第一支撑杆2和第二支撑杆24，第一支撑杆2和第二支撑杆24交错设置，若干第二支撑杆24的侧壁上分别开设有第一滑槽16，若干第一滑槽16内分别竖向固定连接有滑杆17，若干滑动连接块25分别滑动连接在若干滑杆17上，若干第一支撑杆2上分别设置有升降驱动件，若干升降驱动件分别与若干传动连接块21传动连接。

如图3和图4所示，上固定板5和下固定板6的上分别开设有穿孔，便于滑杆17顺利穿过。滑杆17的主要作用是对上固定板5和下固定板6之间形成的反力框架结构的滑动起到辅助稳定作用。

进一步优化方案，升降驱动件包括开设在第一支撑杆2侧壁上的第二滑槽26和固定连接在第一支撑杆2顶部的电机3，电机3的输出端同轴线固定连接有丝杆18，传动连接块21与丝杆18传动连接。

如图3和图4所示，上固定板5和下固定板6上还开设有便于丝杆18顺利穿过的穿孔。当需要将下固定板6上的混凝土试块8的高度降低时，可通过控制终端控制电机3转动，电机3转动带动丝杆18转动，丝杆18通过螺纹传动带动传动连接块21的高度降低，从而带动下固定板6下降高度，实现混凝土试块8的高度降低。通过控制电机3反转，可使混凝土试块8的高度抬升。

如图6所示，在试验前放置和试验后取下混凝土试块8时，可将下固定板6的高度抬升至水槽1的顶部以上，避免水槽1对手部活动的干扰，便于操作人员的取放工作。

进一步优化方案，水槽1的一侧壁上设置有开口，开口内密封连接有玻璃板13。

如图2所示，通过设置玻璃板13，操作人员可以透过玻璃板13更加直观的观察混凝土试块8进入腐蚀溶液中的深度。

进一步优化方案，加载件包括设置在上固定板5和下固定板6之间的压板22，压板22的顶部固定连接有液压缸4的伸缩端，液压缸4固定连接在上固定板5上，液压缸4与压板22之间设置有压力传感器7，混凝土试块8设置在压板22与下固定板6之间。

进一步优化方案，液压缸4上通过液压油管路连通有液压泵站9。液压泵站9与控制终端10电性连接。

如图1和图5所示，液压泵站9通过提供液压油驱动液压缸4运转。通过控制终端10控制液压泵站9运转，使液压缸4收缩带动压板22向上移动，以便于将混凝土试块8放入到下固定板6和压板22之间。之后，通过操作控制终端10使液压缸4伸长，将混凝土试块8压紧在压板22和下固定板6之间。压力传感器7可实时检测压板22施加在混凝土试块8上的压力，并将压力值反馈给控制终端10，控制终端10可根据反馈的压力值闭环调节液压缸4施加的压力，使试验过程中混凝土试块8所受的压力维持稳定。

进一步优化方案，上固定板5和下固定板6之间竖向固定连接有若干限位杆23，若干限位杆23贯穿压板22且位于压板22的边部。

如图5所示，通过使压板22沿若干限位杆23进行竖向的移动，提高压板22的滑动稳定性，提高混凝土试块8受压时反力框架的稳定性，并提高压力传感器7的测量精度，进而提高整个试验过程的精度。

进一步优化方案，温度控制件包括设置在水槽1内的加热管12和温度传感器11，加热管12用于加热腐蚀溶液，温度传感器11用于监测腐蚀溶液的温度。

如图1和图2所示，加热管12内设置有电热丝，可对腐蚀溶液进行加热。在向水槽1中加入腐蚀溶液后，通过操作控制终端10给加热管12通电，使其温度升高，对腐蚀溶液加热升温。过程中，温度传感器11可实时检测腐蚀溶液的温度，并将温度值反馈给控制终端10，控制终端10可根据反馈的温度值闭环调节加热管12的加热功率，使试验过程中腐蚀溶液的温度维持稳定。

进一步优化方案，水槽1的侧壁上连通有放水管14，放水管14上连通有电磁阀15。

如图2所示，电磁阀15与控制终端10电性连接。在试验完成后，可通过开启电磁阀15，使废腐蚀溶液通过放水管14从水槽1中放出。

荷载-溶液-温度耦合下混凝土加载装置使用方法，包括如下步骤：

混凝土试块制备，按照构成混凝土试件各组分的配比，在模具内浇筑尺寸符合要求的混凝土试块8，并经养护后取出备用；

按照施工现场所需的混凝土的配比制作混凝土试块8，同时，混凝土试块8可根据实际用途不同，可以浇筑不同大小、不同形状的立方体和棱柱体试块。混凝土试块8的大小确保可以顺利放入到反力框架中即可。

放置试块，将混凝土试块8放置在反力框架中；

操作人员通过操作控制终端10使液压缸4的长度收缩，将压板22提起，方便操作人员将混凝土试块8放置在下固定板6和压板22之间。

加注腐蚀溶液，向水槽1中加注试验所需配比的腐蚀溶液；

根据使用环境中二氧化碳、氯离子、硫酸根离子等腐蚀物质的比例配置腐蚀溶液，以模拟环境对混凝土块的侵蚀作用。

温度调节，通过温度控制件调节水槽1中腐蚀溶液的初始温度；

操作人员通过控制终端10控制加热管12对腐蚀溶液进行加热，并通过温度传感器11的反馈实现闭环控制，使腐蚀溶液稳定在设定温度范围内或在试验过程中根据设定的试验方法，按一定的规律调节腐蚀溶液的温度。

压力设定，设定加载件对混凝土试块8施加压力的大小；

高度调节，通过升降组件调节混凝土试块8浸入腐蚀溶液中的深度；

操作人员根据试验需求，通过控制终端10控制电机3转动，通过调节下固定板6的高度来调节混凝土试块8进入腐蚀溶液中的深度，使混凝土试块8在腐蚀溶液中处于全浸或半浸状态。

耐久试验，控制加载件对混凝土试块8施加压力，实验过程中保持腐蚀溶液的温度值、加载件施加的压力值在要求范围内，同时保持混凝土试块8的浸入深度不变。

操作人员通过控制终端10控制液压缸4伸长，使压板22压紧混凝土试块8，并通过压力传感器7的反馈实现闭环控制，使混凝土试块8在耐久试验过程中所受的载荷维持在稳定范围内或在试验过程中根据设定的试验方法，按一定的规律进行荷载大小的调节。

耐久试验结束后，通过控制电机3抬升下固定板6的高度，取出混凝土试块8，对耐久后的混凝土试块8进行分析。通过设置不同的腐蚀溶液温度、载荷大小、浸入深度以及改变加入的腐蚀溶液配比，得到荷载-溶液-温度耦合作用下对混凝土的破坏规律。

实施例二：

实施例二与实施例一的区别仅在于，水槽1内设置有若干升降组件，升降组件内分别传动连接有反力框架，控制终端10分别与各个升降组件、反力框架电性连接。

如图7所示，设置多组升降组件和反力框架可同时对多组混凝土试块8进行对比耐久试验。将各混凝土试块8放置到反力框架中，再向水槽1中加注试验所需配比的腐蚀溶液。

根据试验需求，可控制各个升降组件将反力框架抬升到不同的高度，使各个混凝土试块8浸入腐蚀溶液的深度不同，同时可分别调节每个反力框架对其中的混凝土试块8的压力，从而可在一次试验中在多种变量之间进行复合对比，例如在浸入腐蚀溶液深度相同条件下测试载荷对混凝土试块8性能的影响以及在载荷相同的情况下测试浸入不同深度的腐蚀溶液中对混凝土试块8性能产生的影响。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。