一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置及其试验方法

摘要

本发明公开一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置及其试验方法，包括手推龙门钢架、电动葫芦、试件固定装置、钢筋混凝土试件、喷淋装置、锈蚀池、不锈钢钢棒以及防潮机柜。防潮机柜内安装人机交互系统和稳压直流电源，通过在人机交互系统中输入预设程序控制电动葫芦的起吊速度和时间，控制钢筋混凝土试件在氯化钠溶液中的浸入时间和高度，模拟海洋潮汐环境下钢筋混凝土桥墩在海水中浸入高度的变化；同时控制喷淋装置的喷水水压以及喷水量，模拟海洋浪溅环境对桥墩的侵蚀。根据时间相似关系控制稳压直流电源的电流及通电时间，加速钢筋混泥土桥墩的锈蚀过程。本发明在模拟锈蚀特点的同时可加快锈蚀过程，锈蚀过程方便控制，试验结果可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土锈蚀试验及方法技术领域，特别是涉及一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置及其试验方法。

背景技术

我国大陆位于西北太平洋沿岸，拥有1.8万公里的海岸线。多年来，我国沿海海港工程结构遭受的破坏十分严重和普遍，并且随着服役龄期的增长，结构的安全性以及使用性在逐渐降低，这将给国家带来不可估计的损失。由于海水中含有大量的氯离子，而氯离子引起的钢筋锈蚀是影响结构力学性能的主要原因之一。在氯离子的侵蚀作用下，混凝土构件中的钢筋会发生不同程度的锈蚀并且产生质地疏松的锈蚀产物，锈蚀产物包裹钢筋形成锈蚀层。钢筋锈蚀层的膨胀将会导致混凝土的开裂，从而进一步加剧内部钢筋的锈蚀，最终导致钢筋混凝土结构各项性能的降低，结构提前退役。事实上，对于长年累月浸没在海水中的桥墩部分，虽然接触到的海水比露出水面的部分多，但其受到的侵蚀并不是最严重的，往往最严重的部位是长期处于干湿交替的潮汐区与浪溅区，因此对于钢筋混凝桥墩潮汐区与浪溅区的锈蚀研究就显得尤为重要。

为了更好的模拟潮汐与浪溅，以往做法是将试件放置于实际的海水环境中，然而这样做有很多弊端，比如内陆地区受到场地限制，运输不便利，时间和经济成本过大等。于是需要一种可以不受场地限制又可模拟海洋潮汐与浪溅耦合环境下钢筋混凝土桥墩加速锈蚀装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置及其试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，既可以模拟海洋潮汐和浪溅耦合环境下钢筋混凝土桥墩的锈蚀特点，又可以加快锈蚀过程，节约锈蚀试验时间，锈蚀过程方便控制，试验结果可靠。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置，包括手推龙门钢架、电动葫芦、试件固定装置、钢筋混凝土试件、喷淋装置、锈蚀池、不锈钢钢棒和防潮机柜；

钢筋混凝土试件设置于所述试件固定装置内，所述试件固定装置包括螺杆和安装在所述螺杆上下端的两块不锈钢板；所述喷淋装置包括不锈钢花洒、固定支架、可伸缩塑料软管和抽水泵；所述防潮机柜包括人机交互系统和稳压直流电源；

所述手推龙门钢架安装于锈蚀池上方，所述电动葫芦安装在手推龙门钢架上并可沿所述手推龙门钢架水平移动，所述电动葫芦的下端通过吊钩与所述螺杆顶端的不锈钢板上的吊孔相连，通过导线将所述电动葫芦与防潮机柜内的人机交互系统相连，所述钢筋混凝土试件内部待锈蚀钢筋通过导线与所述防潮机柜内的稳压直流电源的正极相连；浸入在装有氯化钠溶液的所述锈蚀池内的不锈钢钢棒通过导线与所述防潮机柜内的稳压直流电源的负极相连，所述塑料喷淋水管固定在固定支架上并通过所述可伸缩塑料软管与抽水泵相连，所述抽水泵通过导线与所述防潮机柜内的人机交互系统相连。

优选地，所述手推龙门钢架宽5.5m，高4.2m；所述锈蚀池的尺寸为6m×5m×1.5m，壁厚0.5m。

优选地，所述试件固定装置包括四根螺杆，四根所述螺杆的上下两端分别与上下两块不锈钢板的四角螺纹连接。

优选地，所述试件固定装置中两块不锈钢板厚度均为5cm，且两块不锈钢板的表面均做有防滑凹槽，其中位于所述螺杆上端的不锈钢板的顶面设置有四个固定绳索的吊孔。

优选地，所述锈蚀池内的氯化钠溶液的调配浓度为3％。

优选地，所述螺杆、固定支架、不锈钢花洒、可伸缩塑料软管以及抽水泵均由耐腐蚀材质制成。

优选地，所述锈蚀池的底部设置有池底防堵排水孔。

优选地，所述人机交互系统内可输入试验所需的潮时-潮高循环模拟关系函数，以此自动调整钢筋混凝土试件在氯化钠溶液中的浸入高度及时间，从而模拟海水涨、落潮情况；此外，人机交互系统可按实验所需设置抽水泵抽水水压，以此控制喷淋装置的喷水水量和水压。

优选地，所述固定支架由底座架和两根可自由调整高度的伸缩支架组成，可随电动葫芦的吊点位置调整试件高度，以此模拟海洋浪溅高度。

本发明还提供一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的试验方法，应用于上述的模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置，包括以下步骤：

步骤1，将钢筋混凝土试件固定在由两块不锈钢板和四根螺杆组成的试件固定装置中并通过吊钩和绳索与电动葫芦连接，人机交互系统控制电动葫芦将钢筋混凝土试件吊至锈蚀池中；

步骤2，调整固定塑料喷淋水管的支架高度至合适位置并调整其与试验试件的水平距离，将不锈钢花洒通过可伸缩塑料软管与抽水泵相连，通过导线将抽水泵与防潮机柜相连；

步骤3，通过导线将不锈钢钢棒与防潮机柜内的稳压直流电源的负极连接，通过导线将钢筋混凝土试件内待锈钢筋与防潮机柜内的稳压直流电源的正极连接；

步骤4，关闭池底防堵排水孔，将清水注入到锈蚀池并将水位调整至试验所需的试件浸入高度，将氯化钠晶体倒入清水中调配制成浓度为3％的氯化钠溶液；

步骤5，将试验所需的潮时-潮高的循环模拟关系函数输入到人机交互系统内，人机交互系统可按预定程序自动调整电动葫芦的起吊速度和时间，以12小时为周期不断调整钢筋混凝土试件在氯化钠溶液中的浸入高度以及时间，从而模拟海洋潮汐环境下钢筋混凝土桥墩的锈蚀特性；

步骤6，将实验所需的喷淋水压以及喷淋时间输入到人机交互系统内，系统可按预定程序调整喷淋装置的喷水水量以及喷水水压，从而模拟海洋浪溅环境下钢筋混凝土桥墩的锈蚀特性；

步骤7，通过防潮机柜内的稳压直流电源设置实验所需锈蚀电压、电流大小以及通电时间，以此加快锈蚀进程，缩短试验时间。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、结构简单且便于操作，不受场地限制且可以降低以往运输试件的时间和经济成本；2、可以模拟海洋潮汐与浪溅耦合环境下的钢筋混凝土桥墩锈蚀，此外电解装置可以加速钢筋混凝土桥墩试件的锈蚀，大大缩短试验时间；3、可以根据实验需要控制浪溅高度和区域；4、可以满足不同尺寸的钢筋混凝土试件的试验；5、可将试验所需的潮汐周期关系输入至防潮机柜内的人机交互系统来控制实验试件在氯化钠溶液中浸入高度和时间，以此来模拟不同周期的潮汐环境。

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为本发明一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀装置的结构示意图。

图2为试件固定装置的侧面示意图。

图3为试件固定装置上部不锈钢板示意图。

图4为不锈钢花洒以及喷口分布示意图。

图5为锈蚀池平面示意图。

图6为输入至人机交互系统内的潮时-潮高循环模拟关系函数示意图。

图中：1-手推龙门钢架，2-电动吊葫芦，3-试件固定装置，4-钢筋混凝土试件，5-喷淋装置，6-锈蚀池，7-不锈钢钢棒，8-防潮机柜，9-池底防堵排水孔，10-氯化钠溶液，11-不锈钢板，12-螺杆，13-不锈钢花洒，14-固定支架，15-可伸缩塑料软管，16-抽水泵，17-人机交互系统，18-稳压直流电源。

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。

本发明的目的是提供一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置及其试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，既可以模拟海洋潮汐和浪溅耦合环境下钢筋混凝土桥墩的锈蚀特点，又可以加快锈蚀过程，节约锈蚀试验时间，锈蚀过程方便控制，试验结果可靠。

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。

如图1-6所示，本实施例提供一种模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置，尤其是模拟海洋潮汐与浪溅耦环境下钢筋混凝土桥墩加速锈蚀装置，该装置包括手推龙门钢架1、电动葫芦2、试件固定装置3、钢筋混凝土试件4、喷淋装置5、锈蚀池6、不锈钢钢棒7和防潮机柜8；其中试件固定装置3包括螺杆12和安装在螺杆12上下端的不锈钢板11，喷淋装置5包括不锈钢花洒13、固定支架14、可伸缩塑料软管15和抽水泵16，锈蚀池6包括池底防堵排水孔9和氯化钠溶液10，防潮机柜8包括人机交互系统17和稳压直流电源18。

手推龙门钢架1设于锈蚀池6上方，电动葫芦2安装在手推龙门钢架1上，电动葫芦2通过导线与防潮机柜8内的人机交互系统17相连，钢筋混凝土试件4内部待锈蚀钢筋通过导线与防潮机柜8内稳压直流电源18的正极相连，通过导线将浸入在装有氯化钠溶液10的锈蚀池6内的不锈钢钢棒7与防潮机柜8内稳压直流电源18的负极相连构成一个完整的电解装置；电动葫芦2上端可在手推龙门钢架1上水平移动，下端通过吊钩和绳索与不锈钢板11相连，在钢筋混凝土试件4上下两端各有一块不锈钢板11并且上下两块不锈钢板通过螺杆12连接，不锈钢花洒13固定在下部的固定支架14上并通过可伸缩塑料软管15与抽水泵16相连，抽水泵16通过导线与防潮机柜8内的人机交互系统17相连。

于本实施例中，为一种可以实现的方式，其中，手推龙门钢架宽5.5m，高4.2m，锈蚀池尺寸为6m×5m×1.5m，壁厚0.5m。

钢筋混凝土试件4上下端的两块不锈钢板11的厚度均为5cm且表面均做有防滑凹槽，如图3所示，其中上端钢板做有四个固定缆绳的吊孔；螺杆12的数量为4根，且两端带有螺纹的螺杆12可分别通过不锈钢板11上的四个孔洞并用螺帽拧紧，从而固定住钢筋混凝土试件4。

作为优选的方案，本实施例中锈蚀池内的氯化钠溶液的调配浓度为3％。螺杆12、螺帽、固定支架14、不锈钢花洒13、塑料软管以及抽水泵16均由耐腐蚀材质制成。

为了能够更加真实的模拟海洋潮汐与浪溅耦环境下钢筋混凝土桥墩的锈蚀状态，人机交互系统内可输入试验所需的潮时-潮高循环模拟关系函数，以此自动调整钢筋混凝土试件在氯化钠溶液中的浸入高度及时间，从而模拟海水涨、落潮情况；此外，人机交互系统可按实验所需设置抽水泵抽水水压，以此控制喷淋装置的喷水水量和水压。

于本实施例中，固定支架由两根可自由调整高度的伸缩支架和底座组成，可以根据潮水涨落及浪溅规律调整试件的喷淋区域高度，以此模拟海洋浪溅高度。

本发明中模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的试验方法，包括以下步骤

步骤1，将钢筋混凝土试件4固定在由两块不锈钢板和四根螺杆组成的试件固定装置3中并通过吊钩和绳索与电动葫芦2连接，通过防潮机柜8控制电动葫芦2将钢筋混凝土试件4吊至锈蚀池6中。

步骤2，调整固定不锈钢花洒13的固定支架14高度至适合位置并调整其与试验试件4的水平距离，将不锈钢花洒13通过可伸缩塑料软管15与抽水泵16相连，通过导线将抽水泵16与防潮机柜体8内的人机交互系统17相连。

步骤3，将不锈钢钢条7通过导线与防潮机柜8内的稳压直流电源18的负极连接，钢筋混凝土试件4内待锈蚀的钢筋通过导线与防潮机柜8内的稳压直流电源18的正极连接。

步骤4，关闭池底防堵排水孔9，将清水注入到锈蚀池6并将水位调整至试验所需的试件浸入高度，将氯化钠晶体倒入清水中调配制成浓度为3％的氯化钠溶液10。

步骤5，将试验所需的潮时-潮高的循环模拟关系函数输入到防潮机柜内，人机交互系统17可按预定程序自动调整电动葫芦2的起吊速度和时间，以12小时为周期不断调整钢筋混凝土试件4在氯化钠溶液10中的浸入高度以及时间，从而模拟海洋潮汐环境下钢筋混凝土桥墩的锈蚀特性。

步骤6，将实验所需的喷淋水压以及喷淋时间输入到人机交互系统17内，系统内可以按预定程序调整喷淋装置5的喷水水量以及喷水水压，从而模拟海洋浪溅环境下钢筋混凝土桥墩的锈蚀特性。

步骤7，通过防潮机柜8内的稳压直流电源18设置实验所需锈蚀电压、电流大小以及通电时间，以此加快锈蚀进程，缩短试验时间。

本发明中的模拟钢筋混凝土桥墩加速锈蚀的装置及其试验方法，防潮机柜8内安装人机交互系统17和稳压直流电源18。人机交互系统17与电动葫芦2、喷淋装置5及稳压直流电源18通过导线连接。通过在人机交互系统17中输入预设程序自动控制电动葫芦2的起吊速度和时间，控制钢筋混凝土试件4在氯化钠溶液10中的浸入时间和高度，模拟海洋潮汐环境下钢筋混凝土桥墩在海水中浸入高度的变化。通过人机交互系统17控制喷淋装置5的喷水水压以及喷水量，模拟海洋浪溅环境对钢筋混凝土桥墩的侵蚀。根据时间相似关系控制稳压直流电源18的电流及通电时间，加速钢筋混泥土桥墩的锈蚀过程。本试验装置既可以模拟海洋潮汐和浪溅耦合环境下钢筋混凝土桥墩的锈蚀特点，又可以加快锈蚀过程，节约锈蚀试验时间，锈蚀过程方便控制，试验结果可靠。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。