一种可控侧向约束力作用下混凝土接缝抗水渗透性能的试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种可控侧向约束力作用下混凝土接缝抗水渗透性能的试验装置及方法，用于对新旧混凝土接缝部位试块进行抗水渗透性能测试。具有用于放置新旧混凝土接缝抗渗试块5的双层方筒4，方筒的底部密封，方筒的上口具有外凸缘14，方筒下部设置有具有中间开口10的内凸缘9，内凸缘将方筒4分隔为试块舱6和进水舱13两部分；试块舱设置有便于调节夹持抗渗试块5且横穿试块舱两侧的双头螺杆15的调力孔16；混凝土抗渗试块由顶部左盖板1和右盖板2及盖板紧固螺栓3压紧固定；内凸缘上设置有弹性密封垫圈8；左盖板和由紧固螺栓压紧固定在方筒的外凸缘上。本发明能实现在可控侧向约束力作用下新旧混凝土接缝部位的抗水渗透性能试验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对由于修建间隔而导致存在新、旧混凝土结构接缝部位抗 水渗透性能的试验装置。

背景技术

在土建行业中，存在着由于修建间隔时间而造成混凝土结构中存在接缝的 部位，如地下室的混凝土接缝及后浇带、采用叠合墙结构型式的地铁车站结构、 装配式地下结构的接头部位、地下通道的混凝土接茬部位、其他工程结构的后 期修补部位等。当这些工程结构位于地下水位线以下时，在运营使用阶段这些 接缝部位往往是渗漏较为集中的位置，对后期的结构使用、混凝土的耐久性等 造成了较大影响，也会造成一定的损失，严重时甚至会造成工程报废。

由于目前地下工程中防水层的施工质量受到较多因素的影响而难以保证完 全的防水效果，因此针对这些新旧混凝土接缝部位抗渗性能的改善和提高也陆 续提出了一些防水措施，如专利1(公开号CN2801916Y，公开日2006.08.02)、 专利2(公开号CN201908363U、公开日2011.07.27)、专利3(公开号 CN202787526U、公开日2013.03.13)、专利4(公开号CN201110154743、公开 日2011.11.23)等，通过增加接缝的防水构造型式、提高新旧混凝土粘接性能、 改变接缝部位的形状等方法对其抗渗性能进行加强。但是，目前对于混凝土抗 渗性能的测试，主要是依据《GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方法标准》(实施日期：2010年7月1日，第6章抗水渗透试验)采用 一次性整体浇筑的圆台状混凝土试块(上小下大)对其抗渗性能进行测试，并 未涉及新旧混凝土接缝部位的抗渗性能试验方法及装置，无法对这类部位的防 水措施的效果进行检验。其他一些公开的文献，如专利5(公开号 CN102608014A，公开日2012.07.25)、专利6(公开号CN101806702B、公开 日2011.04.27)、专利6(公开号CN201120371533、公开日2012.05.23)等， 也是针对混凝土试块的整体抗渗性能进行检测，未涉及存在接缝的混凝土结构 部位的抗渗检测。

许宏发等人公开的文献(《混凝土接缝抗渗试验方法研究》，《四川大学学报 (工程科学版)》，第42卷第4期，第7-12页，2010年7月)，提出了一种利用 现有混凝土抗渗试验装置改进后的混凝土接缝抗渗试验方法。在该方法中，圆 台型的混凝土接缝抗渗试块采用2次浇筑的方式制作，混凝土的接缝形式考虑 了梯形和弧形两种，之后用常规的混凝土抗渗仪(如《GB/T50082-2009普通 混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》所述)从混凝土试块的底部加水压 进行抗渗试验。采用这种方法存在的主要问题为：为防止混凝土试块被水压顶 出脱落，混凝土抗渗仪上的钢套筒为圆台型(上小下大)，因此在安装混凝土 抗渗试块及从底部加水压过程中会使得混凝土抗渗试块与钢套筒之间形成一 个环箍约束作用，增加新、旧混凝土之间的挤压力且该挤压力不能直接控制(主 要受到加载水压的影响)，造成接缝不同程度的闭合，而不能反映接缝部位在 实际工作状态下的抗渗能力；而当一些工程结构的接缝部位存在预加力时(如 预制装配式结构接头部位可能会采用螺栓接头加固、后浇带部位处混凝土常有 膨胀力作用)，该试验方法无法有效地或控制抗渗试验过程中接缝部位的预加 力值，也无法反映结构的实际工作状态。

在实际施工和研究中的观察表明，开展对可控侧向约束力作用下混凝土接 缝抗水渗透性能的试验具有强烈的必要性，例如，在一些地下结构中，如地下 室、地下通道、地铁车站、沉管隧道等，为降低混凝土结构自收缩和不均匀沉 降引起的开裂风险，需要在结构中设置后浇带或膨胀加强带。如纪伟强公开的 文献(地下室混凝土结构膨胀加强带替代后浇带的施工技术探讨，《江西建材》， 2012年第4期，第57-58页)、赵朋辉等人公开的文献(沉管后浇带膨胀混凝 土施工技术，《施工技术》，第43卷增刊，第136-138页，2014年6月)中所 提的地下室膨胀加强带、沉管隧道后浇带等新旧混凝土接缝部位，采用带有一 定膨胀性的混凝土进行浇筑，利用膨胀混凝土产生的挤压力去补偿该部位混凝 土收缩产生的裂缝和空隙。在此类混凝土结构的部位，由于后浇带部位的膨胀 混凝土处于一个两侧边界相对限定的情况，新浇混凝土所产生的膨胀力使得后 浇带处的新旧混凝土接缝面受到一定的挤压作用，以提高其抗渗效果。对此类 部位的抗渗能力测试，目前现有的混凝土抗渗仪无法在抗渗试块上模拟和控制 作用在新旧混凝土接缝部位的挤压力，因此无法合理地对此类部位的实际抗渗 能力进行评价。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种在可控侧向约束力作 用下对混凝土结构接缝部位进行抗水渗透性能的试验装置，消除混凝土抗渗仪 钢套筒对混凝土试块的环箍约束作用，也可以调整和控制新旧混凝土接缝部位 的预加侧向约束力，能在更接近实际工作环境的条件下对新旧混凝土接缝部位 的抗水渗透性能进行测试，为该类工程结构的设计与施工提供更为准确的依 据，减少后期运营阶段出现的渗漏。

为实现发明目的，本发明所采取的技术方案是：

一种可控侧向约束力作用下混凝土接缝抗水渗透性能的试验装置，用于对 新旧混凝土接缝部位试块进行抗水渗透性能测试。具有用于放置新旧混凝土接 缝抗渗试块5双层方筒4，方筒的底部密封，方筒的上口具有外凸缘14，方筒 下部设置有具有中间开口10的内凸缘9，内凸缘将方筒分隔为试块舱6和进水 舱13两部分；试块舱设置有便于调节夹持抗渗试块5且横穿试块舱两侧的双 头螺杆15的调力孔16；混凝土抗渗试块由顶部左盖板1和右盖板2及盖板紧 固螺栓3压紧固定；内凸缘上设置有弹性密封垫圈8；左盖板和右盖板由紧固 螺栓压紧固定在方筒的外凸缘上；方筒下部的进水舱连接水压装置11及进水， 并连接水压表12；左盖板和右盖板之间根据混凝土接缝的形状和区域设置有便 于观察渗水情况的观察口。

本发明的另一目的是提供一种可控外加约束力作用下混凝土接缝抗水渗透 性能的试验方法，其具体手段是：采用上述结构的实验装置，在具有试块舱6 和进水舱13两部分的双层方筒4中安装通过双头螺杆15夹持的由新混凝土和 旧混凝土构成的抗渗试块5，对新旧混凝土接缝7施加水压；方筒的内侧尺寸 与混凝土抗渗试块相适应，以消除试验过程中方筒侧壁对混凝土试块四周的侧 向约束力的影响；在垂直混凝土接缝面的方向，由新混凝土和旧混凝土构成的 抗渗试块5的中心部位预留便于通过双头螺杆15的过孔；混凝土抗渗试块由 顶部左盖板1和右盖板2经紧固螺栓3压紧固定，通过双头螺杆15调节抗渗 试块5的新旧混凝土接缝7的可控预加力，并通过左盖板1和右盖板2的压紧 作用使得混凝土抗渗试块底部的弹性密封垫圈8形成挤压变形密封限制进水舱 13中压力水从试块底部侧边流出；进水舱的压力水由中间开口10压入试块舱 中抗渗试块接缝部位；方筒下部的进水舱13处连接水压装置11及进水，并连 接水压表；实验者通过盖板上的观察口观察渗水情况，当接缝部位在顶部出现 渗水时停止试验，记录试验过程中的最大水压值。

具体实验时，将新旧混凝土抗渗试块(通常尺寸为15cm×15cm×15cm， 但不限于此)放置于一个与之尺寸相适应(略大于试块尺寸)的双层方筒上部 空间内，方筒上层内侧事先涂刷润滑剂以消除侧边对试块的约束，在混凝土抗 渗试块中心预制了孔洞、在方槽侧壁上开了便于安装双头螺栓的孔洞，采用插 入双头螺栓紧固的方式给混凝土抗渗试块施加垂直接缝面的外力，来实现作用 在混凝土接缝部位的可控预加力作用。盖板分为左右两块，均用紧固螺栓与方 筒顶部外缘紧密连接以固定试块。在垂直混凝土接缝面的方向，由新混凝土和 旧混凝土构成的试块的中心部位预留便于通过双头螺杆的过孔。安装时，新、 旧混凝土中预留的孔洞在一条直线上对齐；双头螺栓穿过混凝土试块内部的孔 洞，两头安装垫片、螺帽将混凝土试块夹紧；通过扭矩扳手等方式来实现调整 和控制混凝土抗渗试块接缝上侧向约束作用力的大小。两块盖板拼接处沿混凝 土接缝部位留出一定空隙及开口部位，用于观察渗透试验结果；方筒下层为进 水舱，连接水压供给装置及水压表；方筒的上下层之间开方形口，使进水舱内 的水通过此部位作用在混凝土接缝部位；为防止水从试块底部侧边流出，在混 凝土抗渗试块底部与方筒接触部位设置一层一定厚度的硅橡胶类弹性密封垫 圈(尺寸与方筒内部上下层之间内凸缘形状相符)，通过顶盖的紧固作用使得 混凝土试块紧密压缩密封垫圈形成闭水环，保证渗水作用部位在混凝土接缝处 且不从试块底部侧边流出。通过双头螺杆调节抗渗试块的新旧混凝土接缝的可 控预加侧向约束力。

当需要多个混凝土抗渗试块同时进行试验时，可将多个相同装置并联，采 用相同的水压供给装置供水，以保持同样的水压和作用时间。

采用本发明可方便地实现在可控侧向约束力作用下新旧混凝土接缝部位的 抗水渗透性能检测。

注：本发明受到国家自然科学基金青年基金项目(项目编号51108385)、国 家自然科学基金面上项目(项目编号51178401)的资助，在此表示感谢。

附图说明

图1是本发明可控侧向约束力混凝土接缝抗水渗透性能的试验装置的俯视 图(图中未画出双头螺栓及两头的螺帽及垫片)。

图2是图1的左视图。

图3是图2的A-A断面图。

图中：1.左盖板，2.右盖板，3.紧固螺栓，4.方筒，5新旧混凝土抗渗试块， 6.试块舱，7.新旧混凝土接缝界面，8.弹性密封垫圈，9.内凸缘，10.内凸缘中 间开口，11.进水口及水压装置，12.水压表，13.进水舱，14.外凸缘，15.双头 螺栓，16.调力孔。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例

如图1-图3所示，本发明的具体实施方式为，采用本发明装置和方法， 在混凝土抗渗试块中心预制了孔洞、在方筒侧壁上开了孔洞，采用插入双头螺 栓紧固的方式给混凝土抗渗试块施加垂直接缝面的侧向约束力，来实现作用在 混凝土接缝部位的可控侧向约束力作用，其实施步骤如下：

(1)制作旧、新混凝土抗渗试块5及对新旧混凝土接缝界面7进行处理， 浇筑试块混凝土的过程中在其中央部位插入一个PVC管(外径略大于双头螺 栓15的外径)，待混凝土达到脱模强度时抽出PVC管，形成一个预留直孔， 贯穿新旧混凝土抗渗试块；

(2)将本发明技术方案所述的试验装置连接好水压装置11和水压表12， 并安装好弹性密封垫圈8，底部进水舱13中注满水；

(3)将混凝土接缝抗渗试块装入本发明技术方案所述的试验装置方筒4中 (方筒内壁涂刷润滑剂)，将混凝土试块中央的过孔与方筒侧壁的调力孔16对 齐，并将双头螺栓15插入混凝土试块中央的孔洞；

(4)盖上盖板1、2并上紧盖板紧固螺栓3；

(5)初步上紧双头螺栓15，随后用扭矩扳手拧紧双头螺栓15的螺帽，以 施加一定的预加侧向约束力；

(6)由水压装置11施加渗透水压，测试混凝土接缝处的抗水渗透性能， 当接缝部位在顶部出现渗水时停止试验，记录试验过程中的最大水压值。

采用本例的试验装置和步骤，对新旧混凝土接缝界面7采取了表面凿毛并 涂刷混凝土界面剂处理，之后施加了不同的预加力侧向约束混凝土接缝界面， 不同预加力条件下混凝土接缝抗渗试块的试验结果如下表所示。

序号 接缝界面处理方式 预加力值(N·m) 渗水水压/MPa 1 表面凿毛并涂刷界面剂 0 0.50 2 表面凿毛并涂刷界面剂 30 0.60 3 表面凿毛并涂刷界面剂 60 0.65 4 表面凿毛并涂刷界面剂 90 0.80

从表中结果可知，采用不同程度的预加力或措施对混凝土接缝部位进行侧向约 束会对其抗渗性能产生一定的影响，通过本发明技术方案能测试出不同侧向力 约束条件下的新旧混凝土接缝处的抗渗能力。