海底隧道混凝土结构劣化试验装置及方法与流程

本发明涉及海底隧道混凝土结构试验，具体地，涉及一种海底隧道混凝土结构劣化试验装置及方法。

背景技术：

1、在海洋环境中，海水中的氯离子侵蚀诱发的海底隧道混凝土结构劣化是造成工程结构耐久性退化的主因，随着我国部分海底隧道服役年限的增长，衬砌渗漏水、防水板破损、钢筋锈蚀等隧道病害问题逐渐增多，海底隧道混凝土结构在海水压力、海水冲蚀、结构裂缝、碳化作用等多种因素影响下的劣化机理问题逐渐引起重视。

2、开展混凝土结构劣化室内试验是揭示各类因素对混凝土结构劣化影响机理的有效手段，但现阶段常用的构件浸泡、氯离子电化学加速等试验与海底隧道混凝土所处的真实环境不符，混凝土结构外侧防水板破损引起的海水冲蚀对结构劣化的影响未得到重视，常见的试验装置不能真实反映海底隧道混凝土衬砌结构的腐蚀环境，可以考虑的影响因素较为单一，尚缺乏可以考虑多种影响因素的海底隧道混凝土结构劣化试验装置及方法。

3、经检索，申请公开号为cn116359110a的中国发明专利，公开一种混凝土耐久性环境模拟装置及模拟方法，其设置有分别模拟氯盐和硫酸盐溶液环境的养护箱，可分别模拟海洋环境的潮汐涨落区或浪溅区或潮差区等氯盐侵蚀工况、大气环境中混凝土碳化、硫酸盐侵蚀混凝土试件“烂根现象”等。但该专利无法模拟水压、海水冲蚀对混凝土试件的劣化影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种海底隧道混凝土结构劣化试验装置及方法。

2、根据本发明的一个方面，提供一种海底隧道混凝土结构劣化试验装置，所述装置包括：

3、至少一个试样夹持套筒，其内部具有空腔，混凝土试样固定于所述空腔中；

4、承压水箱，所述试样夹持套筒自所述承压水箱底部穿过，所述试样夹持套筒的顶面与所述承压水箱的底部平齐，所述试样夹持套筒通过装配式反力台架与所述承压水箱的底部连接；

5、海水循环模拟系统，与所述承压水箱连接，所述海水循环模拟系统用于模拟不同的海水冲蚀场景；

6、梯度加压装置，与所述承压水箱连接，所述梯度加压装置用于将所述承压水箱内的溶液加压至试验所需水压力；

7、氯离子浓度监测补偿系统，其实时监测所述承压水箱中的氯离子浓度，并根据监测结果补充腐蚀性溶液至试验设计的溶液浓度；

8、劣化监测系统，所述劣化监测系统用于监测所述混凝土试样劣化发展过程。

9、进一步地，所述试样夹持套筒两侧设有用于夹持所述混凝土试样的第一螺栓。

10、进一步地，所述混凝土试样下方与所述试样夹持套筒的底部之间设有预留空腔，所述预留空腔用于容纳滤纸和渗流产物收集装置，或者与碳化箱连通。

11、进一步地，所述装配式反力台架的两侧设有竖梁，两侧的所述竖梁通过底部横梁连接，所述竖梁的顶端与所述承压水箱连接；

12、所述试样夹持套筒的底部设有凹槽，所述底部横梁上设有第二螺栓，所述第二螺栓的尾端顶进所述凹槽中，通过调节所述第二螺栓顶进所述凹槽的深度，实现所述试样夹持套筒的顶面与所述承压水箱的底部平齐。

13、进一步地，所述海水循环模拟系统包括水力循环泵、第一出水管和多根第一进水管，所述第一进水管和所述第一出水管上均设有阀门，通过调节所述第一进水管和所述第一出水管上的阀门以及所述水力循环泵，实现模拟不同流速、不同流向和不同流体形态的海水冲蚀场景。

14、进一步地，所述承压水箱底部预留开口供所述试样夹持套筒穿过，所述开口内侧设有止水带；

15、所述承压水箱在顶部和一侧设置进水口，所述进水口与所述第一出水管连接；所述承压水箱的另一侧设有出水口，所述承压水箱在一侧还设有与所述梯度加压装置连接的第二进水管。

16、进一步地，所述承压水箱上设有排气阀、排水管和真空压力表。

17、进一步地，所述混凝土试样上端外侧与所述试样夹持套筒之间设有防水带，所述防水带分别与所述混凝土试样和所述试样夹持套筒紧密贴合。

18、进一步地，所述劣化监测系统采用声发射传感器，所述声发射传感器粘接于所述试样夹持套筒外壁，所述声发射传感器监测所述混凝土试样的声发射信号。

19、根据本发明的另一方面，提供一种海底隧道混凝土结构劣化试验方法，该方法利用上述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置实现，包括：

20、根据海底隧道混凝土结构试验对象的配合比，浇筑与试样夹持套筒尺寸适配的混凝土试样，根据试验目的预制不同裂缝形态与尺寸的混凝土试样，并进行标准养护；

21、将养护好的混凝土试样压入试样夹持套筒，按照试验设计选择在混凝土试样上表面覆盖不同破损形态的防水板；

22、运行梯度加压装置，设置水压为常压状态，完全排除承压水箱内的空气后，设置氯离子浓度监测补偿系统补充腐蚀性溶液至试验设计的溶液浓度，再通过梯度加压装置将承压水槽内的溶液加压至试验所需水压力；

23、运行海水循环模拟系统，模拟不同流速、不同流向和不同流体形态的海水冲蚀场景，通过劣化监测系统监测混凝土试样劣化发展过程。

24、与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

25、本发明通过承压水箱、海水循环模拟系统、梯度加压装置、氯离子浓度监测补偿系统等之间的相互配合，可以提供多种常见的海底隧道衬砌结构腐蚀试验场景，真实反映海底隧道混凝土衬砌结构的腐蚀环境，从而实现不同类型腐蚀环境的试验场景构建，有效保证混凝土试样长期劣化试验的密封效果和稳定性；本发明能够满足海水压力、海水冲蚀、结构裂缝、碳化作用等多种因素影响下的海底隧道混凝土结构劣化试验需求，更准确地反映真实海底隧道混凝土结构的劣化演变规律，从而提高海底隧道混凝土结构劣化试验的便利性和效率，保障试验数据的可靠性和真实性。

技术特征：

1.一种海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，所述试样夹持套筒两侧设有用于夹持所述混凝土试样的第一螺栓。

3.根据权利要求1所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，所述混凝土试样下方与所述试样夹持套筒的底部之间设有预留空腔，所述预留空腔用于容纳滤纸和渗流产物收集装置，或者与碳化箱连通。

4.根据权利要求1所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，所述装配式反力台架的两侧设有竖梁，两侧的所述竖梁通过底部横梁连接，所述竖梁的顶端与所述承压水箱连接；

5.根据权利要求1所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，所述海水循环模拟系统包括水力循环泵、第一出水管和多根第一进水管，所述第一进水管和所述第一出水管上均设有阀门，通过调节所述第一进水管和所述第一出水管上的阀门以及所述水力循环泵，实现模拟不同流速、不同流向和不同流体形态的海水冲蚀场景。

6.根据权利要求5所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，所述承压水箱底部预留开口供所述试样夹持套筒穿过，所述开口内侧设有止水带；

7.根据权利要求1所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，所述承压水箱上设有排气阀、排水管和真空压力表。

8.根据权利要求1所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，所述混凝土试样上端外侧与所述试样夹持套筒之间设有防水带，所述防水带分别与所述混凝土试样和所述试样夹持套筒紧密贴合。

9.根据权利要求1所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置，其特征在于，所述劣化监测系统采用声发射传感器，所述声发射传感器粘接于所述试样夹持套筒外壁，所述声发射传感器监测所述混凝土试样的声发射信号。

10.一种海底隧道混凝土结构劣化试验方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的海底隧道混凝土结构劣化试验装置实现，包括：

技术总结本发明提供一种海底隧道混凝土结构劣化试验装置及方法，所述装置包括：至少一个试样夹持套筒，混凝土试样固定于试样夹持套筒的空腔中；试样夹持套筒通过装配式反力台架与承压水箱的底部连接，其顶面与承压水箱的底部平齐；海水循环模拟系统，用于模拟不同的海水冲蚀场景；梯度加压装置，用于将承压水箱内的溶液加压至试验所需水压力；氯离子浓度监测补偿系统，其实时监测承压水箱中的氯离子浓度，并补充腐蚀性溶液至试验设计的溶液浓度；劣化监测系统，用于监测混凝土试样劣化发展过程。本发明能够满足多种因素影响下的海底隧道混凝土结构劣化试验需求，更准确地反映真实海底隧道混凝土结构的劣化演变规律。技术研发人员：刘继国,魏龙海,崔庆龙,柯小华,舒恒,李昕,彭文波,史世波,陈孔福,何志坚受保护的技术使用者：中交第二公路勘察设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27