一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置及方法

摘要

本发明公开了评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置及方法，装置包括混凝土试件、注水组件、试件容器、波形弹簧、压力传感器和控制设备；混凝土试件通过套筒安装于试件容器内，上表面覆盖有防护涂层，混凝土试件中预制有集中渗透通道，试件容器底部设置有透水通道；注水组件用于通过所述透水通道向所述渗透通道内注水，波形弹簧在防护涂层上方，上端与压力传感器固定连接，下端无变形的触碰于防护涂层上表面；控制设备分别连接压力传感器和注水组件。本发明能够通过测量防护涂层在外水压作用下整个表面的受力及位移情况来评定其抗外水压效果，测试方便，测量结果精确，弥补了混凝土防护涂层在抗外水压效果评定方面的不足。

说明书

技术领域

本发明属于水利工程结构检测技术领域，具体涉及一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置及方法。

背景技术

随着我国大型水利工程(大坝、长距离输水工程等)建设的完成，对其进行运营维护，保障其安全高效的运行是目前的工作重心。这些水利工程采用的主要材料为混凝土，混凝土在长期水流冲刷和背水压力作用下，会出现表面剥落、贯穿裂缝等病害，若不及时加以修复，将会持续扩大并引起结构的崩塌。

对水利工程混凝土修复的常用方法是在混凝土破损面涂刷防护材料涂层，如聚氨酯、聚脲、环氧树脂等各类有机和无机涂层。这些涂层在凝结硬化后与混凝土之间形成粘结力，以保护混凝土免受侵蚀。然而，在一些工程中，混凝土防护涂层不仅仅需要良好的粘结性能，还需具有一定的抗外水压能力。比如，在高200米的大坝底部混凝土结构会受到高达2Mpa的水压。如果在混凝土表面进行防护后，混凝土结构的背部就会受到2MPa的水压。混凝土表面防护材料在这种水压下就有可能失效。如何评定混凝土防护涂层的抗外水压效果是目前研究中所缺少的。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，提供一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置及方法，该装置能够通过测量防护涂层在外水压作用下整个表面的受力及位移情况来评定其抗外水压效果，具有测试方便，测量结果精确的优势，弥补了混凝土防护涂层在抗外水压效果评定方面的不足。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置，包括混凝土试件、注水组件、试件容器、波形弹簧、压力传感器和控制设备；

所述混凝土试件通过套筒安装于试件容器内，混凝土试件和套筒的上表面覆盖有防护涂层，混凝土试件中预制有集中渗透通道，试件容器底部设置有与混凝土试件的渗透通道对应的透水通道；

所述注水组件用于通过所述透水通道向所述渗透通道内注水；所述波形弹簧在防护涂层上方间隔设置若干条，波形弹簧上端与压力传感器固定连接，下端无变形的触碰于防护涂层上表面；

所述控制设备分别连接压力传感器和注水组件，以控制注水压力，并通过压力传感器采集波形弹簧传递的压力。

进一步的，所述集中渗透通道的截面为圆孔形、线性或十字形。

进一步的，所述套筒的外侧与试件容器的内壁均设有螺纹，两者通过螺纹连接；套筒的内侧也设有螺纹，混凝土试件是浇筑、养护成型于套筒内的，套筒内侧螺纹用来保证与成型后的混凝土紧密粘结以卡住混凝土试件，避免在进水压力下脱出。优选的，所述套筒可以为两半拼合而成，具有可拼装拆卸的特点，方便取出。所述防护涂层在混凝土试件成型且制好集中渗透通道后覆盖于混凝土试件及套筒表面，厚度为1.5毫米且表面平整、内部均匀。

进一步的，所述套筒顶部设有用于压紧防护涂层的套筒盖板，所述套筒盖板与套筒通过螺栓连接。

进一步的，所述压力传感器为多点式薄膜压力传感器，所述波形弹簧上端通过安装垫与压力传感器粘结，所述安装垫能够覆盖所述波形弹簧的上表面，所述安装垫可以为圆形硬纸片。

进一步的，所述压力传感器的上部与平滑的木板通过粘结的方式连接，所述木板与支架连接，通过支架水平支撑于空中，通过支架调整木板位置使波形弹簧钢弹簧下端恰好无变形的触碰于防护涂层上表面。

进一步的，所述注水组件包括水泵、压力表、储水槽和导水管；所述水泵连接控制设备，由控制设备控制其逐级加压；所述压力表与水泵连接，用于显示每一刻时的水压力，所述水泵的入口连接储水槽，所述水泵的出口通过导水管连接透水通道。

本发明还提供了一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的方法，基于上述评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置，包括以下步骤：

通过控制设备控制注水组件从零开始逐级加压，设置每次加压的增量和维持压力的时间，可设置为每次加压的增量为0.05Mpa,并维持压力2h；若防护涂层未出现漏水破坏，继续逐级增压，直至防护涂层破坏；

通过控制设备记录每根波形弹簧在t时刻的力F

根据上述步骤得到的数据进行处理分析，获得防护涂层破坏的相关参数，综合评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果。

优选的，测试试验开始前，所述装置的准备、安装步骤包括：

步骤一、在套筒中浇筑混凝土试件，在混凝土浇筑过程中插入预制的、贯穿混凝土试件底部至顶部的圆形或线形、十字形的预制片；在混凝土初凝时，将预制片抽出，即形成预制的集中渗透通道；

步骤二、将预制好带有不同形状集中渗透通道的混凝土试件在套筒内养护至标准龄期；将套筒旋进带有内螺旋的试件容器并拧紧；

步骤三、将防护涂层材料均匀平整的涂抹于混凝土试件的上表面，厚度为1.5毫米；将套筒盖板盖于套筒上，同时压紧圆形防护涂层的外边缘，拧紧连接套筒盖板与套筒的螺栓；

步骤四、组装装置，同时通过支架调节多点式薄膜压力传感器的水平高度，使其下端粘结的波形弹簧钢弹簧的下端恰好无变形的触碰于防护涂层上表面。

优选的，所述防护涂层破坏的相关参数包括防护涂层破坏时的外水压力P、防护涂层的最大破坏力Tmax、防护涂层的破坏位移S

通过记录注水组件的逐级加压过程，在控制设备上得到外水压-时间曲线，根据防护涂层破坏的时间从外水压-时间曲线上获得防护涂层破坏时的外水压力P；

通过压力传感器在控制设备上的反映得到t时刻每根波形弹簧的力F

根据该波形弹簧的弹性模量E，计算每根波形弹簧钢弹簧在t时刻的变形量S’

通过观察拍照记录的防护涂层破坏时的破坏形态，分析该防护涂层在不同裂缝形式下的破坏模式。根据采用的防护涂层类型和裂缝形式的不同，形成的破坏模式也不同，可能会出现中心贯穿破坏、中心鼓包破坏、边缘劈裂破坏等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明所述装置及方法能够测定防护涂层在集中渗透通道的外水压作用下防护涂层表面的受力及位移时变特征，通过受力及位移情况来评定其抗外水压效果，具有测试方便，测量结果精确的优势，弥补了混凝土防护涂层在抗外水压效果评定方面的不足。

附图说明

图1为本发明实施例1所提供的的一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置的结构示意图；

图2为实施例1所述的圆孔形的集中渗透通道的结构示意图；

图3为实施例1所述的线形的集中渗透通道的结构示意图；

图4为实施例1所述的十字形的集中渗透通道的结构示意图；

图5为实施例1所述的套筒盖板与套筒的螺栓连接示意图；

图6为实施例1所述的波形弹簧在多点式薄膜压力传感器上的分布布置示意图。

1、混凝土试件；2、套筒；3、集中渗透通道；4、试件容器；41、底板；5、透水通道；6、防护涂层；7、注水组件；71、水泵；72、压力表；73、储水槽；74、导水管；8、波形弹簧；9、多点式薄膜压力传感器；10、计算机；11、支架；12、套筒盖板；13、木板。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示的一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置，包括混凝土试件1、套筒2、集中渗透通道3、试件容器4、底板41、防护涂层6、注水组件7、波形弹簧8、多点式薄膜压力传感器9、计算机10(控制设备)、支架11和套筒盖板12。

所述混凝土试件1中预制有集中渗透通道3，集中渗透通道3与混凝土试件1的上下表面基本保持垂直，其截面可以为圆孔形、线性或十字形，如图2～4所示。混凝土试件1浇筑、养护成型于带有双向螺纹(内、外两侧均设有螺纹)的套筒2中。套筒2内部通过内侧螺纹实现与混凝土试件1紧密粘结，套筒2外部与试件容器4的内壁通过螺纹旋紧。套筒盖板12置于套筒2之上，与套筒2之间通过若干螺栓连接，用于压紧防护涂层6的外圈，如图5所示。试件容器4的底板41带有圆孔型透水通道5，该通道上方与集中渗透通道3相连，下方与注水组件7中的导水管74紧密连接。防护涂层6厚度为1.5毫米，均匀平整的涂抹在混凝土试件1与套筒2的上表面，且确保其外边缘一圈均与套筒2上表面紧密贴合。

所述注水组件7包括水泵71、压力表72、储水槽73和导水管74，其中水泵71与控制设备计算机10相接，实现自动化控制，且采取逐级加压的方式；压力表72与水泵71连接，显示每一刻时的水压力；水泵71的入口通过导水管74连接储水槽73，出口通过导水管74连接透水通道5。

所述波形弹簧8有若干条，截面的圆直径为1厘米，上、下均端削平，上端通过圆形硬纸片与多点式薄膜压力传感器9紧密粘结；下端恰好无变形的触碰于防护涂层6的上表面。若干波形弹簧8彼此有一定间距的铺满防护涂层6的上表面，如图6所示。

所述多点式薄膜压力传感器9上部与平滑的木板13相粘结，木板13通过支架11水平支撑于空中，通过支架11调整木板13的位置使波形弹簧8下端恰好无变形的触碰于防护涂层6的上表面，如图1所示。多点式薄膜压力传感器9通过数据线与计算机10相连。

实施例2

本实施例提供一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的方法，其基于实施例1所述的一种评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置，为了进一步更好的使用评定集中渗透通道下混凝土防护涂层抗外水压效果的装置，下面说明使用该装置的测试、记录及分析方法：

步骤一、在套筒2中浇筑混凝土试件1，在混凝土浇筑过程中插入预制的、贯穿混凝土试件底部至顶部的圆形或方形、十字形的预制片；在混凝土初凝时，将预制片抽出，即形成预制集中渗透通道3；

步骤二、将预制好集中渗透通道3的混凝土试件1在套筒2内养护至标准龄期；将套筒2旋进带有内螺旋的试件容器4并拧紧；

步骤三、将防护涂层6材料均匀平整的涂抹于混凝土试件1的上表面，厚度为1.5毫米；将套筒盖板12盖于套筒2上，同时压紧圆形防护涂层6的外边缘，拧紧连接套筒盖板12与套筒2的螺栓；

步骤四、组装装置，同时通过支架11调节多点式薄膜压力传感器9的水平高度，使其下端粘结的波形弹簧8的下端恰好无变形的触碰于防护涂层6上表面；

步骤五、启动计算机10；启动水泵71，通过计算机10自动化控制水泵71随时间逐级加压，从零开始加压，每次加压的增量为0.05Mpa，并维持压力2h；若防护涂层6未出现漏水破坏，继续逐级增压，直至防护涂层6破坏，记录防护涂层6破坏时的压力；

步骤六、用计算机10记录到第i根波形弹簧8在t时刻的力F

步骤七、根据步骤六得到的数据进行分析，包括：

(1)分析得到防护涂层6破坏时的外水压力P：记录水泵71的逐级加压过程，在计算机10上得到外水压-时间曲线，记录防护涂层6破坏时对应的外水压力P。

(2)分析得到防护涂层6的最大破坏力T

(3)分析得到防护涂层6的破坏位移S

(4)观察拍照记录的防护涂层6破坏时的破坏形态，分析该防护涂层6在不同裂缝形式(圆形、线形、十字形)下的破坏模式；

(5)通过防护涂层6破坏时对应的外水压力P、最大破坏力T

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和技术原理的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，这些修改和变更也应视为本发明的保护范围。