CN113866080B - 一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多孔介质材料的盐蚀技术领域，具体涉及一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置及方法。本发明包括补水系统、温湿控制系统、数字采集系统、盐分传感器、称重装置和控温箱；控温箱内放置有试验试样，试验试样内设有多个盐分传感器；补水系统向试验试样的底部输送液体，温湿控制系统实时控制控温箱内的温度和湿度，从而模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，并通过多孔介质材料的实时的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化。本发明能够模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，实时采集试验试样的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化。
Description
技术领域
本发明属于多孔介质材料的盐蚀技术领域，具体涉及一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置及方法。
背景技术
盐蚀作用是诱发多孔介质材料破坏的一个主要自然因素，而干湿交替、温度变化会加剧盐类对多孔介质材料的侵蚀，从而导致多孔介质材料性能受到严重影响。虽然在多孔介质材料受盐蚀作用预防和保护方面已经做了很大的努力，但是仍有很多的问题亟待解决。在我国广大的地区，多孔介质材料结构物一直处于温度、湿度耦合作用下的盐蚀破坏中。目前国内针对模拟温度、湿度耦合状态下试样盐蚀破坏的装置很少。
发明内容
本发明要解决现有技术缺少对模拟温度、湿度耦合状态下试样盐蚀破坏研究的装置问题，提供了一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置及方法。
本发明采用如下的技术方案实现：一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置及方法，包括补水系统、温湿控制系统、数字采集系统、盐分传感器、称重装置和控温箱；
所述控温箱内放置有试验试样，试验试样内设有多个盐分传感器；
所述温湿控制系统与控温箱连通；
所述称重装置放置于试验试样的正下方；
所述盐分传感器、补水系统、称重装置与数字采集系统电性连接；
所述补水系统向试验试样的底部输送液体，温湿控制系统实时控制控温箱内的温度和湿度，从而模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，并通过多孔介质材料的实时的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化，对试样在盐蚀破坏的过程中水盐迁移规律、试样的质量变化、表层破坏状态实时检测和分析。
进一步的，所述控温箱的底部设有支座，支座的顶端设有支座底板，支座底板上开设有两个通孔，通孔与补水系统连通，支座底板的四周连接有固定支架，固定支架底部内壁上设有一圈凹槽，凹槽内安装有密封圈，固定支架内放置有长方体试样箱，固定支架与长方体试样箱通过密封圈密封，长方体试样箱为上下开口的长方体，试验试样放置在长方体试样箱内，长方体试样箱的侧壁上自下至上等间距间隔设置有多个探头孔，所述盐分传感器安装在探头孔内。
进一步的，所述控温箱内的支座底板上自下至上铺设有透水石和滤纸，试验试样与滤纸接触。
进一步的，所述补水系统包括马廖特瓶、导水管和水位调节管；
所述马廖特瓶设置于控温箱的外部，马廖特瓶通过导水管与支座底板上的其中一个通孔连通，另一个通孔与水位调节管连接；
所述导水管上设有第一流量计和阀门，第一流量计与所述数字采集系统电性连接。
进一步的，所述温湿控制系统包括温湿控制器、加热器、制冷压缩机、通风管路和喷雾加湿器；
所述喷雾加湿器上设有第二流量计，第二流量计、加热器以及制冷压缩机均与温湿控制器电性连接；
所述喷雾加湿器设于所述控温箱的内部，加热器与制冷压缩机设于所述控温箱的外部，加热器与制冷压缩机通过通风管路连通至控温箱的内部。
进一步的，本申请还包括电子计算机；
所述数字采集系统和温湿控制器与电子计算机电性连接。
进一步的，本申请还包括高分辨率摄像机和无影灯，高分辨率摄像机和无影灯设于控温箱的顶部，无影灯的为光源可调冷光源。
进一步的，本申请还包括辐射灯，辐射灯设置于控温箱的顶部并且与电子计算机电性连接。
进一步的，所述长方体试样箱采用有机玻璃制成。
一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验方法，所述试验试样制备完成后装在长方体试样箱内，将长方体试样箱固定在固定支架上，补水系统向试验试样补充液体进行试验，同时在试验过程中温湿控制系统控制控温箱内的温度和湿度，从而模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，数字采集系统实时采集试验试样的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化。
本发明相比现有技术的有益效果：
1.本申请补水系统向试验试样补充液体进行试验，同时在试验过程中温湿控制系统控制控温箱内的温度和湿度，模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，数字采集系统实时采集试验试样的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化，可以分析在干湿交替、温度变化下水盐迁移、外界温度、湿度对多孔介质材料盐蚀破坏的影响，进而得到多孔介质材料盐蚀破坏的机理，为进一步阐明在一定温度、湿度下试样盐蚀破坏机制研究提供技术支撑，并为多孔介质材料结构的耐久性设计提供理论依据；
2.本申请的温湿控制系统能够根据电子计算机给出的条件自动对控温箱内的温度、干湿度进行调节，能够更加真实地模拟多孔介质材料盐蚀破坏的环境条件，充分考虑了外界环境因素对多孔介质材料盐蚀破坏产生的影响，有利于探究多孔介质材料盐蚀破坏的内在机理；
3.本申请的数字采集系统记录第一流量计，可以实时检测试验试样的补水状况，使得对实时条件下的水盐迁移分析及水盐迁移对试验试样盐蚀破坏的影响的分析成为可能；
4.本申请控温箱顶部安装的高分辨率摄像机，通过记录试样表面盐蚀破坏过程的影像数据，能够更加清楚的观察到试样发生盐蚀破坏的状态变化；
5.本申请的盐分传感器能够准确的检测出试样中实时的盐分分布情况，更加准确的观测到试样中盐分的迁移情况，对试样盐分迁移路径、盐分迁移特点以及盐分迁移对试样盐蚀破坏产生的影响等研究提供了准确的、科学的数据；
6.控温箱顶部安装的辐射灯安装的辐射灯可以通过程序调节亮度及散发热量，有助于增加试样表面的水分蒸发，加速水盐迁移强度；安装的可调冷光源无影灯，冷光源不会散发热量，不会影响控温箱内的实验环境；排除了高分辨率摄像机周围物体（譬如数据线）的影子对影像数据的影响；
7.本申请的长方体试样箱由透明有机玻璃构成，制样时便于观测试样的制备情况，试验时可以方便的观测试验试样的变形情况，并且有机玻璃具有不易变形、不易发生锈蚀、便于清洗等特点，适合作为试验试样箱。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的长方体试样箱的结构示意图；
图3为本发明的长方体试样箱与固定支架的连接示意图；
图中：1-探头孔、2-长方体试样箱、3-透水石、4-导水管、5-喷雾加湿器、6-高分辨率摄像机、7-无影灯、8-数字采集系统、9-第一流量计、10-马廖特瓶、11-保护外壳、12-温湿控制器、13-电子计算机、14-阀门、15-控温箱、16-加热器、17-制冷压缩机、18-通风管路、19-滤纸、20-试验试样、21-水位调节管、22-密封圈、23-固定支架、24-称重装置、25-辐射灯、26-支座、27-支座底板、28-通孔、29-第二流量计、30-固定旋钮。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
参照图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置及方法，包括补水系统、温湿控制系统、数字采集系统8、盐分传感器、称重装置24和控温箱15；
所述控温箱15内放置有试验试样20，试验试样20内设有多个盐分传感器，盐分传感器，可以有效的、便捷的、充分的实时检测试样箱中每层试样中盐分的分布情况；
所述温湿控制系统与控温箱15连通；
所述称重装置24放置于试验试样20的正下方，实时记录试验试样20盐蚀破坏的质量变化；
所述盐分传感器、补水系统、称重装置24与数字采集系统8电性连接；
所述补水系统向试验试样20的底部输送液体，温湿控制系统实时控制控温箱15内的温度和湿度，从而模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，并通过多孔介质材料的实时的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化，对试样在盐蚀破坏的过程中水盐迁移规律、试样的质量变化、表层破坏状态实时检测和分析。
所述控温箱15的底部设有支座26，支座26的顶端设有支座底板27，支座底板27上开设有两个通孔28，通孔28与补水系统连通，支座底板27的四周连接有固定支架23（两者螺纹连接），固定支架23底部内壁上设有一圈凹槽，凹槽内安装有密封圈22，固定支架23内放置有长方体试样箱2，固定支架23与长方体试样箱2通过密封圈22密封（密封圈22与长方体试样箱2底面接触），固定支架23的顶端螺纹连接有固定旋钮30，固定旋钮30将长方体试样箱2固定在固定支架23内（长方体试样箱2可拆卸，每次试验时可将长方体试样箱单独取出，方便试验试样制备、压实及拆样），长方体试样箱2为上下开口的长方体，试验试样20放置在长方体试样箱2内，长方体试样箱2的侧壁上自下至上等间距间隔设置有多个探头孔1，所述盐分传感器安装在探头孔1内；
支座26使试验试样20支撑在控温箱15内，满足试验要求；固定支架23用于固定长方体试样箱2；支座底板27为长方体试样箱2提供支撑力；保证了试验装置的稳定性，便于试验；
所述控温箱15内的支座底板27上自下至上铺设有透水石3和滤纸19，试验试样20与滤纸19接触，保证向试验试样20的均匀补水。
所述补水系统包括马廖特瓶10、导水管4和水位调节管21；
所述马廖特瓶10设置于控温箱15的外部，马廖特瓶10通过导水管4与支座底板27上的其中一个通孔28连通，用于向试验试样补水，另一个通孔28与水位调节管21连接，调节水压；
所述导水管4上设有第一流量计9和阀门14，第一流量计9与所述数字采集系统8电性连接，第一流量计9准确记录试验试样的补水状况。
所述温湿控制系统包括温湿控制器12、加热器16、制冷压缩机17、通风管路18和喷雾加湿器5；
所述喷雾加湿器5上设有第二流量计29，第二流量计29、加热器16以及制冷压缩机17均与温湿控制器12电性连接，加热器16和及制冷压缩机17的外部设有保护外壳11；
所述喷雾加湿器5设于所述控温箱15的内部，加热器16与制冷压缩机17设于所述控温箱15的外部，加热器16与制冷压缩机17通过通风管路18连通至控温箱15的内部；
加热器16，调节控温箱内的温度，增加控温箱内的温度；制冷压缩机17，调节控温箱内的温度，降低控温箱内的温度；喷雾加湿器5，进行控温箱15内的湿度调节；温湿控制器12实时检测并控制控温箱15内的温度、湿度，对试验环境进行总体调节，可以更精确的分析不同试验条件下的盐蚀破坏机理；通风管路18，将冷/热空气吹入控温箱15内调节控温箱内的温度，通过热气流的蒸发调节控温箱内的湿度；控温箱15，保持试验进行的湿度和温度。
本申请还包括电子计算机13；
所述数字采集系统8和温湿控制器12与电子计算机13电性连接。
本申请还包括高分辨率摄像机6和无影灯7，所述高分辨率摄像机6配置的是高清镜头，高分辨率摄像机6和无影灯7设于控温箱15的顶部，无影灯7的为光源可调冷光源，高分辨率摄像机6用于记录表层试验试样20在试验时间内的盐蚀破坏过程，无影灯7为可调冷光源，冷光源不会散发热量，不会影响控温箱内的实验环境，排除了高分辨率摄像机周围物体譬如数据线的影子对影像数据的影响。
本申请还包括辐射灯25，辐射灯25设置于控温箱15的顶部并且与电子计算机13电性连接，电子计算机13控制调节辐射灯25的亮度及散发热量，有助于增加试验试样20表面的水分蒸发，加速水盐迁移强度。
所述长方体试样箱2采用有机玻璃制成，长方体试样箱2用于承放试验试样20，其为透明结构，制样时便于观测试验试样20的制备情况，试验时可以方便的观测试验试样20的变形情况，并且有机玻璃具有不易变形、不易发生锈蚀、便于清洗等特点。
所述数字采集系统8用于监测控温箱15内的温度、含水率、记录高分辨率摄像机6反馈的试样随水盐迁移过程发生的盐蚀破坏的状态变化（影像数据）、盐分传感器反馈的检测试样中实时的盐分分布、第一流量计9反馈的试验试样的补水状况以及称重装置24反馈的表层试样随试验进行的破坏过程及试验试样20的质量变化，即数字采集系统8，所述数字采集系统8采集试验环境下的温度、湿度和外界补水量，检测试样盐分实时分布，表层试样随试验进行的破坏过程及试验试样的质量变化；
支座26、支座底板27和固定支架23均采用不锈钢制成，耐盐溶液腐蚀性好，盐分传感器、阀门14以及电性连接的导线均选用耐蚀性较好的材料制成。
试验试样20因为盐蚀破坏所剥落的表层试样落入称重装置24上，从而称重装置24实时记录试验试样20的质量变化。
一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验方法,所述试验试样20制备完成后装在长方体试样箱2内，将长方体试样箱2固定在固定支架23上，补水系统向试验试样20补充液体进行试验，同时在试验过程中温湿控制系统控制控温箱15内的温度和湿度，从而模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，数字采集系统8实时采集试验试样20的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化。
试验试样20的制备：在需要测试的多孔介质材料结构物上取出适量原状试样，用试验仪器测定试验试样20的物理力学指标；在多孔介质材料结构物上取出适宜体积的试验试样20放入长方体试样箱2内，试验试样20要求贴合长方体试样箱2内壁，并且和长方体试样箱2上表面持平，这样能更加明显的观察到试样盐蚀破坏时，试验试样20的膨胀现象；
将承放好试验试样20的长方体试样箱2放于控温箱15内，用固定支架23将长方体试样箱2固定于支座底板27之上；
将长方体试样箱2固定好后，打开导水管4上的阀门14、第一流量计9，记录试验试样的补水情况；
分别在长方体试样箱2侧壁上的探头孔1插入盐分传感器，打开无影灯7、高分辨率摄像机6、数字采集系统8和称重装置24；并打开温湿控制器12，用电子计算机13设置温湿控制程序，设置实验初始条件下的温度、湿度、升温/降温速率、温湿控制器12运行时间等；
试验过程中将数字采集系统8采集的信息传入电脑，电脑中的检测软件可以实现对数字采集系统8的控制，即采样频率、数据存储格式和输出格式等；通过数字采集系统8检测出的温度、湿度可以真实地记录实际的实验环境；
试验结束后，拆除长方体试样箱2，取出试验试样20，按照《土工试验规程》规范要求，从试验试样20一端，分层切取试验试样20测定各层含水率、电导率，研究一定温度、湿度条件下盐蚀破坏水分和盐分迁移情况。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置的试验方法，其特征在于：包括模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置，模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置包括补水系统、温湿控制系统、数字采集系统（8）、盐分传感器、称重装置（24）和控温箱（15）；
所述控温箱（15）内放置有试验试样（20），试验试样（20）内设有多个盐分传感器；
所述温湿控制系统与控温箱（15）连通；
所述称重装置（24）放置于试验试样（20）的正下方；
所述盐分传感器、补水系统、称重装置（24）与数字采集系统（8）电性连接；
所述补水系统向试验试样（20）的底部输送液体，温湿控制系统实时控制控温箱（15）内的温度和湿度，从而模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，并通过多孔介质材料的实时的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化，对试样在盐蚀破坏的过程中水盐迁移规律、试样的质量变化、表层破坏状态实时检测和分析；
所述控温箱（15）的底部设有支座（26），支座（26）的顶端设有支座底板（27），支座底板（27）上开设有两个通孔（28），通孔（28）与补水系统连通，支座底板（27）的四周连接有固定支架（23），固定支架（23）底部内壁上设有一圈凹槽，凹槽内安装有密封圈（22），固定支架（23）内放置有长方体试样箱（2），固定支架（23）与长方体试样箱（2）通过密封圈（22）密封，长方体试样箱（2）为上下开口的长方体，试验试样（20）放置在长方体试样箱（2）内，长方体试样箱（2）的侧壁上自下至上等间距间隔设置有多个探头孔（1），所述盐分传感器安装在探头孔（1）内；
制备试验试样（20）时试验试样（20）贴合长方体试样箱（2）内壁，并且和长方体试样箱（2）上表面持平，利于观察盐蚀破坏时试验试样（20）的膨胀现象；
所述试验试样（20）制备完成后装在长方体试样箱（2）内，将长方体试样箱（2）固定在固定支架（23）上，补水系统向试验试样（20）补充液体进行试验，同时在试验过程中温湿控制系统控制控温箱（15）内的温度和湿度，从而模拟多孔介质材料在干湿交替、温度变化下实际的盐蚀破坏过程，试验试样（20）因为盐蚀破坏所剥落的表层试样落入称重装置（24）上，从而称重装置（24）实时记录试验试样（20）的质量变化，数字采集系统（8）实时采集试验试样（20）的盐分分布、吸水情况、质量变化率、以及盐蚀破坏的状态变化。
2.根据权利要求1所述的一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置的试验方法，其特征在于：所述控温箱（15）内的支座底板（27）上自下至上铺设有透水石（3）和滤纸（19），试验试样（20）与滤纸（19）接触。
3.根据权利要求2所述的一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置的试验方法，其特征在于：所述补水系统包括马廖特瓶（10）、导水管（4）和水位调节管（21）；
所述马廖特瓶（10）设置于控温箱（15）的外部，马廖特瓶（10）通过导水管（4）与支座底板（27）上的其中一个通孔（28）连通，另一个通孔（28）与水位调节管（21）连接；
所述导水管（4）上设有第一流量计（9）和阀门（14），第一流量计（9）与所述数字采集系统（8）电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置的试验方法，其特征在于：所述温湿控制系统包括温湿控制器（12）、加热器（16）、制冷压缩机（17）、通风管路（18）和喷雾加湿器（5）；
所述喷雾加湿器（5）上设有第二流量计（29），第二流量计（29）、加热器（16）以及制冷压缩机（17）均与温湿控制器（12）电性连接；
所述喷雾加湿器（5）设于所述控温箱（15）的内部，加热器（16）与制冷压缩机（17）设于所述控温箱（15）的外部，加热器（16）与制冷压缩机（17）通过通风管路（18）连通至控温箱（15）的内部。
5.根据权利要求4所述的一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置的试验方法，其特征在于：还包括电子计算机（13）；
所述数字采集系统（8）和温湿控制器（12）与电子计算机（13）电性连接。
6.根据权利要求5所述的一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置的试验方法，其特征在于：还包括高分辨率摄像机（6）和无影灯（7），高分辨率摄像机（6）和无影灯（7）设于控温箱（15）的顶部，无影灯（7）为光源可调冷光源。
7.根据权利要求6所述的一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置的试验方法，其特征在于：还包括辐射灯（25），辐射灯（25）设置于控温箱（15）的顶部并且与电子计算机（13）电性连接。
8.根据权利要求7所述的一种模拟多孔介质材料盐蚀破坏试验装置的试验方法，其特征在于：所述长方体试样箱（2）采用有机玻璃制成。
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