專利名稱：一種干濕循環及淡水－海水循環模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種干濕循環及淡水-海水循環模擬裝置。
背景技術：
在我國的江、河入海口處，規劃了許多越江、跨海工程，由于潮汐作用，在漲潮時海水倒灌入江、河道，淹沒潮差區以下的混凝土結構，使混凝土經受氯鹽和各種硫酸鹽的侵蝕；當退潮時，江、河水開始沖蝕混凝土，使其經受淡水侵蝕，同時潮差區混凝土又曝露于空氣中。所以，這些工程的混凝土結構處于干-濕循環和淡水-海水循環的腐蝕環境。
在海洋環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層并引起鋼筋銹蝕，同時海水中的各種硫酸鹽長期侵蝕混凝土引起膨脹破壞。所以，一般通過將混凝土試樣浸泡在海水中的辦法研究其耐久性。對于江、河入海口處的混凝土結構，由于存在前述不同于海工混凝土的環境特征，則會產生更嚴重的侵蝕破壞規律。
海水中硫酸鹽的侵蝕破壞機理是，硫酸鹽溶液滲入混凝土孔隙中產生結晶，當結晶積累到一定量時，所產生的結晶膨脹壓破壞混凝土結構。對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，當濃度積累到一定值時便結晶，干燥過程加快結晶速度。早期的結晶物能夠堵塞孔隙并阻止硫酸鹽溶液進一步侵入混凝土內部，但在潮差區，由于存在干濕循環，結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，硫酸鹽得以進入更深的混凝土內部，最終產生更嚴重的膨脹破壞。這是潮差區混凝土比完全浸泡于海水中的混凝土破壞更嚴重的一個重要原因。如果同時存在淡水-海水循環，則淡水可能將一部分已結晶的硫酸鹽晶體從結構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構深處。所以，江、河入海口處的混凝土工程腐蝕環境與完全海洋性腐蝕環境存在一定差距，研究該類混凝土的耐久性需要找到具有針對性的研究方法以便發現有效的防護技術措施。
關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方法》和GB2420-81《水泥抗硫酸鹽侵蝕快速試驗方法》等。這些方法的共同特點是將試樣連續浸泡于硫酸鹽溶液中，然后采用各種測試方法研究試樣被浸泡一定時期后的破壞程度。到目前還沒有一種標準方法，可以模擬江、河入海口處既有干濕循環又有淡水-海水循環的混凝土腐蝕環境。
綜上所述，研究一種模擬混凝土經受干濕循環和淡水-海水循環侵蝕的實驗裝置，對開展位于我國江、河入海口處的越江跨海工程混凝土耐久性研究具有現實意義和理論指導價值。

發明內容
本發明的目的在于提供一種干濕循環及淡水-海水循環模擬裝置。
本發明提出的干濕循環及淡水-海水循環模擬裝置，由蓮蓬頭1、水槽3、水槽支架10、傳動系統、旋轉架和侵蝕溶液槽8組成，其結構如圖1和圖2所示。其中，傳動系統由傳動齒輪4、控制器5和電機6組成，傳動齒輪4固定于電機6的軸13上，控制器5與電機6通過導線連接；旋轉架由圓環2、圓環支架7和試樣架9組成，圓環2的圓心位置通過軸12固定于圓環支架7的一端，使圓環2能在圓環支架7上轉動自如；傳動齒輪4的齒形與圓環2外環上的齒形相吻合；圓環支架7一側設有侵蝕溶液槽8，圓環2的一側位于侵蝕溶液槽8內；試樣架9的一端垂直固定于圓環2圓面的外環上，另一端懸空；蓮蓬頭1位于圓環2上方，水槽3固定于水槽支架10上，且固定于圓環2周邊頂端的試樣架9位于蓮蓬頭1與水槽3之間。
本發明中，試樣11固定于試樣架9上。
本發明中，侵蝕溶液槽8內充滿硫酸鹽或氯鹽侵蝕溶液。
本發明的工作過程如下將預先制備好的水泥砂漿或混凝土試樣11固定于可旋轉的試樣架9上，接通控制器5的電源，調節電機5的啟動間隔時間及每次電機轉動時間，使圓環支架7按照設計的循環周期轉動(如可采用一圈/天)，使固定于試樣架9上的試樣11隨著圓環支架7的轉動，試樣7浸入侵蝕溶液槽8內，使試樣11每天完成一次在干-濕環境中的循環和一次在淡水-海水環境中的循環；蓮蓬頭1與淡水源(如自來水)相連，打開蓮蓬頭1，調節水量使噴淋到的試樣11能夠保持均勻潤濕，侵蝕溶液槽8中盛有按照設計配制的硫酸鹽或氯鹽等侵蝕溶液。
本發明的有益效果采用本發明的裝置與傳統將試樣直接浸泡與侵蝕溶液中的方法作對比實驗，在相同的硫酸鹽侵蝕溶液及其相同的侵蝕時間內，通過本發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方法更嚴重。這一方面顯示，本發明的裝置能夠大幅度提高對水泥、混凝土抗硫酸鹽侵蝕性研究的效率；同時也說明，本發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和淡水-海水循環環境，所以比傳統將試樣連續浸泡于侵蝕溶液中的方法更接近實際工程條件。


圖1是本發明橫斷面結構示意圖。
圖2是本發明縱斷面結構示意圖。
圖中標號1為蓮蓬頭，2為圓環，3為水槽，4為傳動輪，5為控制器，6為電機，7為圓環支架，8為侵蝕溶液槽，9為試樣架，10為水槽支架。11為試樣，12為電機軸，13為圓環支架7上的軸。
具體實施例方式
下面通過實施例結合附圖進一步說明本發明。
實施例1采用不銹鋼材料制作圓環2，圓環2的直徑可根據每次需測試的試樣量確定，一般直徑為1米的圓環2一次最多可以安放60個4×4×16cm的長方形試樣11。根據可以安放的測試樣11數量將等數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上，另一端懸空，在圓環2的圓外側一周固定橡膠齒輪牙；制作圓環支架7，將圓環2通過軸安裝在圓環支架7上，使圓環2在圓環支架7上可以自如地轉動，從而組成旋轉架。
選擇電機6，一般為兩項電機，其功率根據圓環2及裝滿試樣11時的重量確定，一般小于0.5千瓦；控制器5的通電能力應與電機6用電量適應，市場上有多種規格可供選擇；將齒輪4固定在電機6的軸上，齒輪4的輪牙與圓環2外側的橡膠齒輪牙相對應；用導線將控制器5與電機6連接在一起并與齒輪共同組成傳動系統。
制作托盤式水槽3，其尺寸根據試樣大小確定，對于4×4×16cm的長方形試樣，一般長為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碰撞旋轉架為準；將塑料管道的一端接水槽3底部，另一端接下水道或為循環用水而設置的收集容器進口。
制作長方形侵蝕溶液槽8，其尺寸以其盛滿侵蝕溶液能夠完全浸泡旋轉架上15％-30％的試樣架為宜。
按照圖1和圖2所示方式安裝上述器件，將蓮蓬頭1固定于圓環2上端，將電機6固定于圓環支架7旁，使傳動齒輪4與圓環2外側的橡膠齒輪牙接觸。
將預先制備好的水泥砂漿或混凝土試樣11固定在可旋轉的試樣架9上，接通控制器5的電源，調節電機的啟動間隔時間及每次電機轉動時間，使旋轉架按照設計的循環周期轉動，一般為一圈/天，即使測試樣每天完成一次在干-濕環境中的循環和一次在淡水-海水環境中的循環；打開蓮蓬頭，調節水量使噴淋到的試樣11能夠保持均勻潤濕。試樣11的形狀一般為4×4×16cm的長方形，也可以為圓柱形、不規則形等其他形狀，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中盛滿按照設計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明的實驗裝置及方法與傳統作對比測試，另一組試樣作為空白試樣繼續在標準養護室中養護。傳統方法將試樣連續浸泡在4％硫酸美+4％硫酸鈉的侵蝕溶液中，本發明裝置的侵蝕溶液槽8中也裝有同樣的侵蝕溶液，調節控制器5使旋轉架每天轉一周。
3個月后分別將通過2種方法實驗的水泥砂漿試樣取出、晾干，測試2組試樣的抗折強度，同時測試空白試樣的抗折強度。分別用2種實驗試樣的抗折強度除以空白試樣的抗折強度，得到2種抗折強度的比值，該比值是評判試樣抗硫酸鹽侵蝕能力的依據，比值越高，表示抗硫酸鹽能力越強或者硫酸鹽的侵蝕破壞越弱。實驗及計算結果如表1所示。
表1采用本發明裝置得到的產品與傳統方法得到的產品關于硫酸鹽侵蝕的對比實驗結果

從表1的實驗結果可以看出，在相同的硫酸鹽侵蝕溶液及其相同的侵蝕時間內，通過本發明裝置得到的試樣受硫酸鹽侵蝕后抗折強度與空白試樣抗折強度的比值明顯小于采用傳統將試樣連續浸泡于侵蝕溶液中方法得到的試樣抗折強度與空白試樣抗折強度的比值，即推廣本發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方法更嚴重。這一方面顯示，本發明的裝置能夠大幅度提高對水泥、混凝土抗硫酸鹽侵蝕性研究的效率；同時也說明，本發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和淡水-海水循環環境，比傳統將試樣連續浸泡于侵蝕溶液中的方法更接近實際工程條件。
權利要求
1.一種干濕循環及淡水-海水循環模擬裝置，由蓮蓬頭(1)、水槽(3)、水槽支架(10)、傳動系統、旋轉架和侵蝕溶液槽(8)組成，其特征在于傳動系統由傳動齒輪(4)、控制器(5)和電機(6)組成，傳動齒輪(4)固定于電機(6)的軸(13)上，控制器(5)與電機(6)通過導線連接；旋轉架由圓環(2)、圓環支架(7)和試樣架(9)組成，圓環(2)的圓心位置通過軸(12)固定于圓環支架(7)的一端，使圓環(2)能在圓環支架(7)上自如轉動；傳動齒輪(4)的齒形與圓環(2)外環上的齒形相吻合；圓環支架(7)一側設有侵蝕溶液槽(8)，圓環(2)的一側位于侵蝕溶液槽(8)內；試樣架(9)的一端垂直固定于圓環(2)圓面的外環上，另一端懸空；蓮蓬頭(1)位于圓環(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)隨著旋轉通過水槽(3)與蓮蓬頭1之間。
2.根據權利要求1所述的干濕循環及淡水-海水循環模擬裝置，其特征在于試樣(11)固定于試樣架(9)上。
3.根據權利要求1所述的干濕循環及淡水-海水循環模擬裝置，其特征在于侵蝕溶液槽(8)內充滿硫酸鹽或氯鹽侵蝕溶液。
全文摘要
本發明涉及一種干濕循環及淡水－海水循環模擬裝置。由蓮蓬頭、水槽、水槽支架、傳動系統、旋轉架和侵蝕溶液槽組成，傳動系統的傳動齒輪固定于電機軸上，控制器與電機連接；旋轉架由圓環、圓環支架和試樣架組成，圓環通過軸固定于圓環支架一端，使圓環能在圓環支架上垂直于水平面自如轉動；傳動齒輪的齒形與圓環外環上的齒形相吻合；圓環支架一側設有侵蝕溶液槽，圓環的下部位于侵蝕溶液槽內；試樣架一端垂直固定于圓環圓面的外環上；蓮蓬頭位于圓環上方，水槽固定于蓮蓬頭下方的水槽支架上，試樣架隨著旋轉通過水槽與蓮蓬頭之間。本發明能夠大幅度提高對水泥、混凝土抗硫酸鹽侵蝕性研究的效率，而且比傳統方法更接近實際工程條件。
文檔編號G01N33/38GK101042329SQ20071004003
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月26日 優先權日2007年4月26日
發明者朱洪波, 王培銘, 康明 申請人:同濟大學