一种混凝土应力和化学腐蚀耦合试验装置及方法

本发明涉及隧道工程，具体是一种混凝土应力和化学腐蚀耦合试验装置及方法。

背景技术：

1、随着国家经济的发展，交通先行的战略性政策加紧步伐在落地，我国公路、铁路隧道每年新增的里程数均达到1500km以上，已经成为世界上运营隧道最多的国家。随着运营时间的增加，一些衬砌病害会显露出来，这些病害会对隧道结构的耐久性和承载性能产生影响，缩短隧道的服役时间，更严重地会威胁结构稳定，影响行车安全。硫酸盐侵蚀劣化是隧道病害现象中最广泛、最普遍的形式之一，几乎所有可溶性硫酸盐均会对混凝土产生较大的侵蚀作用。一般认为进入混凝土内部后会与水泥石发生化学反应生成膨胀性侵蚀产物，致使混凝土出现开裂等劣化现象。另一方面，当内部孔隙盐溶液达到超饱和状态时会发生物理结晶现象，当硫酸盐晶体到达一定量时，其孔壁会受到挤压，也会致使混凝土出现开裂等劣化现象。因此，硫酸盐侵蚀混凝土的过程是一个复杂的物理化学过程，影响因素众多，危害性巨大。综上，需要对富硫酸盐区域衬砌混凝土的劣化机制进行深入研究和探讨，以期为隧道混凝土结构的设计和优化以及隧道病害的防治提供参考。

2、但现有的技术存在以下的不足：

3、在对混凝土试件进行试验时，采用将配比好的溶液储存在储液罐内部，再将溶液输送至试验罐内部，在加气口与安全泄压阀的配合使用下，维持试验罐的溶液浓度与压力稳定，但由于储液罐为非透明材质，对于储液罐剩余的溶液情况，不能精准判断，且储存在储液罐内的溶液，易产生沉淀物，影响溶液在实验时的正常反应现象。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决在对混凝土试件进行试验时，采用将配比好的溶液储存在储液罐内部，再将溶液输送至试验罐内部，在加气口与安全泄压阀的配合使用下，维持试验罐的溶液浓度与压力稳定，但由于储液罐为非透明材质，对于储液罐剩余的溶液情况，不能精准判断，且储存在储液罐内的溶液，易产生沉淀物，影响溶液在实验时的正常反应现象的问题，提供一种混凝土应力和化学腐蚀耦合试验装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明为一种混凝土应力和化学腐蚀耦合试验装置，包括：

4、主体件，所述主体件包括储液罐；

5、搅拌件，所述搅拌件包括支撑架、齿轮、齿条、连接柱和l型架；

6、其中，支撑架固定于储液罐的一侧中部内表面，齿轮转动连接于支撑架外表面，齿条啮合于齿轮的一端表面，连接柱固定于齿轮一端外表面，l型架固定于连接柱的外表面；

7、观察件，所述观察件包括固定在齿条外表面的固定管；

8、限位件，所述限位件包括固定柱。

9、通过设置的储液罐，用于对配比好的溶液进行储存，支撑架用于对齿轮进行承接安装，齿条用于带动齿轮转动，进而使得固定在齿轮表面的连接柱，进行同步转动，达到l型架在储液罐内部转动，将残留的溶液搅拌均匀的操作。

10、作为本发明再进一步的方案：所述固定管内部镶嵌有储存管，储存管以及固定管一端内部开设有斜向孔，斜向孔共设置有九组，且任意一组所述斜向孔呈上高下底状。

11、通过设置的储存管，用于对储液罐内部的溶液，进行储存观测，斜向孔用于将储存管内部的溶液排出，使得储存管内的溶液水平线与储液罐内的溶液水平线一致。

12、作为本发明再进一步的方案：所述储存管底端内部固定有出液管，出液管底端外表面螺纹连接有固定盖。

13、通过设置储液管用于将储存管内部的溶液排出，固定盖用于使出液管底部处于封闭状态。

14、作为本发明再进一步的方案：所述固定管以及齿条顶端表面固定有固定板，固定板顶端表面与固定柱下表面相固定。

15、通过设置的固定板对固定管以及齿条进行承接安装，进而将固定管以及齿条固定至储液罐内部。

16、作为本发明再进一步的方案：所述固定板以及储液罐顶端内部开设有限位槽，固定板内部开设有活动槽，活动槽位于固定柱两侧。

17、通过设置限位槽用于对限位柱进行承接安装，活动槽则用于对活动板进行承接安装，方便活动板在活动槽内侧进行水平运动。

18、作为本发明再进一步的方案：所述限位槽内部活动连接有限位柱，限位柱内侧表面固定有活动板，活动板位于活动槽内部。

19、通过设置限位柱用于将固定板限位至储液罐顶端内部，通过改变活动板在活动槽内部的位置，即可将固定板拆装至储液罐顶端内部。

20、作为本发明再进一步的方案：所述活动板于固定柱顶端内侧固定有弹簧，固定柱顶端外表面固定有挡板。

21、通过设置的弹簧，当不对活动板施加按压的力，活动板带动限位柱，快速回缩至限位槽内部，挡板则方便对固定柱施加向上的力，避免手脱落固定柱表面。

22、作为本发明再进一步的方案：所述储液罐下表面固定有机架，机架一侧上表面固定有试验罐，试验罐内部镶嵌有观察窗，储液罐以及试验罐内部连接有进液管。

23、通过设置机架，用于将装置固定至所需的位置，试验罐则用于对混凝土试件进行存放，观察窗则方便对混凝土试件的反应情况进行观察，进液管则用于将储液罐内部的溶液输送至试验罐内部。

24、作为本发明再进一步的方案：所述主体件还包括安全泄压阀、压力表以及加气口；

25、其中，安全泄压阀、压力表以及加气口分别设置有两组，且一组安全泄压阀、压力表以及加气口固定在储液罐上表面，另一组安全泄压阀、压力表以及加气口固定在试验罐上表面。

26、通过设置的安全泄压阀维持罐体内部压力在安全范围内，防止因压力过高而引发的事故，压力表则可直观的了解罐体内部压力的数值；加气口则用于和气泵连接，进而对腐蚀性溶液施加压力以模拟衬砌混凝土在服役时受到的围压，还原混凝土衬砌结构在应力-化学耦合作用下受到的损伤及其机理，深度揭示应力-化学多因素耦合下隧道衬砌劣化机制及破坏演化特征。

27、一种混凝土应力和化学腐蚀耦合试验装置的方法，具体步骤如下；

28、s1、准备溶液：将调配好的腐蚀性溶液，倒入储液罐内部；

29、s2、放入样品：将直径50mm，高度100mm的圆柱体混凝土试件放入试验罐内部；

30、s3、进行实验：通过将储液罐留存化学溶液，在进液管的作用下，将储液罐与试验罐连通，并通过加气口维持储液罐与试验罐之间的溶液输送，进而维持试验罐的溶液浓度与压力稳定；

31、s4、实时观察：通过观察窗，直接了解试样的应力-化学腐蚀现象，并通过溶液离子浓度对应力-腐蚀作用进行评价与分析，以准确地得到混凝土试样地应力-化学腐蚀程度。

32、通过设置的这四个步骤，对混凝土应力和化学腐蚀耦合试验的方法进行具体了解。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、通过设置的搅拌件以及观察件，当对固定管施加向上的力时，齿条进行同步上移，联动齿轮进行转动，使得固定在齿轮表面的连接柱以及l型架，进行同步转动，从而将储液罐内部的溶液处于被搅拌状态，避免储液罐底部沉淀物堆积，导致溶液在实验过程中影响效果不佳，且在斜向孔的形状设置下，使得储存管内部的水位线与储液罐内部的水位线保持一致，当固定管从储液罐内部抽出时，由于储存管为透明的材质，即可直观的对储液罐内部溶液存量进行观察，该方案，可简单快速的对储液罐内部的容量进行观测，并且在抽出固定管时，使得储液罐内部溶液处于活动状态，减少沉淀物的堆积。

35、基于有益效果一，在限位件的配合使用下，手握住活动板后，对活动板施加向内按压的力，活动板移动至活动槽另一端后，限位柱脱离储液罐内的限位槽，即可对活动板施加向上的力，从而联动固定管进行同步上移，当需要将固定板固定至储液罐内部时，手握活动板，将固定板放置储液罐内部后，取消对活动板施加的力，弹簧发生形变，限位柱即可完全收缩至限位槽内部，该方案，在抽出以及稳定固定管时，结构简单易操作，从而可更加快速观察储液罐内部的溶液存量。

36、基于有益效果二，当对储液罐内部的溶液填充完成后，通过进液管将储液罐与试验罐连接在一起，并在加气口与安全泄压阀的配合下，通过加气口进行两部分之间的溶液输送，维持试验罐的溶液浓度与压力稳定，并且观察窗可直接了解试样的应力-化学腐蚀现象，并通过溶液离子浓度对应力-腐蚀作用进行评价与分析，以准确地得到混凝土试样地应力-化学腐蚀程度,实现试样长期稳定的应力-化学腐蚀耦合条件。