弯曲应力下混凝土氯离子迁移系数加载测试装置及其测试方法

摘要

本发明公开了一种弯曲应力下混凝土氯离子迁移系数加载测试装置及其测试方法。其采用呈压缩状态的弹性连接件对混凝土试件施加持续的弯曲应力，并对前述加载有持续弯曲应力的混凝土试件进行电加速氯离子迁移试验，以计算出处于该状态的混凝土试件的氯离子迁移系数。由此可知，本发明解决了常规混凝土氯离子迁移系数测试装置不能对被测试件加载，因此不能模拟在役混凝土实际载荷状态，无法测定持续弯曲荷载条件下混凝土氯离子迁移系数的问题；利用弹性连接件的反弹力对混凝土试件施加持续稳定的弯曲力，可以避免用受拉螺杆加载时由于混凝土试件的徐变造成压应力降低，从而可以研究持续弯曲荷载条件对混凝土氯离子渗透性的影响，评价混凝土在受载条件下的抗氯离子渗透能力，其研究成果若推广应用于实际工程，可为混凝土结构的设计、补强加固和服役年限的评估提供依据。

主权项

一种基于弯曲应力下混凝土氯离子迁移系数加载测试装置的测试方法，所述的加载测试装置包括弯曲加载装置和电加速氯离子快速迁移装置，其中：所述弯曲加载装置，包括测试架以及直线驱动装置，所述测试架包括底座、导向架、下支座板、中间支座板以及加载板，导向架的一端与底座固定连接，而导向架的另一端则依次穿过下支座板、中间支座板以及加载板放置，且导向架与下支座板、中间支座板以及加载板之间均为活动设置；下支座板与底座之间设置弹性连接件，下支座板面向中间支座板设置两组相间隔的第一支撑头，而中间支座板的则面向下支座板设置两组相间隔的第一压头，第一支撑头和第一压头之间置放混凝土试件，且两组第一支撑头之间的距离与两组第一压头之间的距离不等；加载板与直线驱动装置的动力输出端连接，中间支座板与加载板之间通过球座安装测力传感器，所述测力传感器的信号输出端与测力仪表连接；底座、下支座板、中间支座板、加载板、测力传感器的中心处于同一直线；所述电加速氯离子快速迁移装置，包括试验槽，该试验槽分体设置成阴极试验槽、阳极试验槽，混凝土试件分别通过螺栓组件夹持在阴极试验槽、阳极试验槽之间；阳极试验槽与直流稳压电源的正极连接，而阴极试验槽则与直流稳压电源的负极连接，且阴极试验槽内盛装Cl‑溶液；所述加载板和中间支座板之间的导向架上还套接有上支座板，所述上支座板面向中间支座板设置两组相间隔的第二压头，而中间支座板则面向上支座板设置两组相间隔的第二支撑头，且第二压头、第二支撑头之间置放另一块混凝土试件，同时两组第二压头之间的间距与两组第二支撑头之间的间距不等；所述导向架包括两根以上的螺杆，各螺杆均布于底座的四周，且每一根螺杆的一端与底座螺纹固定，而每一根螺杆的另一端则依次穿过下支座板、中间支座板、上支座板以及加载板放置，同时每一根螺杆均与下支座板、中间支座板、上支座板、加载板之间活动设置；所述下支座板与中间支座板之间设置第一承托螺母，中间支座板与上支座板之间设置第二承托螺母，而加载板则与上支座板之间设置第三承托螺母，且加载板通过加载限位螺母与螺杆锁紧，所述第一承托螺母、第二承托螺母、第三承托螺母、加载限位螺母均与螺杆螺纹配合；所述直线驱动装置为液压千斤顶；所述加载板的上方还设置有顶板，所述顶板与导向架固定，同时液压千斤顶安置在加载板与顶板之间；两组第一支撑头之间的间距和两组第二压头之间的间距一致，两组第二支撑头之间的间距和两组第一压头之间的间距一 致，且两组第一支撑头之间的距离为两组第一压头之间距离的3倍，同时各支撑头、压头均按照测试架的中轴线对称分布；其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将第二混凝土试件放置于下支座板（4）的支撑头上，将第一混凝土试件放置于中间支座板（6）的支撑头上，依次松开第一承托限位螺母、第三承托限位螺母、第二承托限位螺母，用液压千斤顶（17）对加载板（10）施加压力，并通过加载板（10）、测力传感器（161）、球座（15）、上支座板（8）、第一混凝土试件、中间支座板（6）、第二混凝土试件和下支座板（4）将压力施加到弹性连接件（3）上；当测力仪表（162）所显示的加载压力值与预设压力值一致时，拧紧加载限位螺母（11）；步骤二、将第一、第二混凝土试件分别通过螺栓组件夹持在阴极试验槽、阳极试验槽之间；然后将阳极试验槽与直流稳压电源的正极连接，而阴极试验槽则与直流稳压电源的负极连接，且在阳极试验槽、阴极试验槽中分别注满浓度为0.3mol/L的NaOH溶液和质量浓度为10.0%的NaCl溶液；步骤三、打开直流稳压电源，根据混凝土试件（18）两极间厚度b/mm，将初始电压调节到0.6b/V，测定通过混凝土试件的初始电流；根据初始电压时测得的初始电流值按表1确定后续试验施加电压：表1调整电压后初始电流值(mA)<1010‑2020‑120>120试验持续时间（h）9848246表2根据该调整后的施加电压所获得的通过混凝土试件的相应电流值，按照表2设定试验持续时间；步骤四、达到设定试验时间后，先断开直流稳压电源，卸去阴极试验槽、阳极试验槽（18），接着逐步拧松加载限位螺母（11），卸去荷载；继而洁净混凝土试件表面后，将混凝土试件（18）在横截面方向正中位置切成两个段，以两个新切面为起点，将两段混凝土试件沿着试件纵向等间距进行切片， 对第二混凝土试件在两组第一压头的作用点之间切片，对第一混凝土试件在两组第二支撑头作用点之间切片，切片数目不少于6片；然后在所获得切片的切面上喷洒0.1mol/L的AgNO3水溶液，15分钟后，绘出白色显色分界线；最后从最大弯拉应力面开始，测量各切片离试件中性层不同高度y处白色显色分界线与试件初始氯离子渗透面的距离，以所有切片的所有切面的同一高度y处测定值的平均值作为该试件在高度y值对应弯曲应力下混凝土的氯离子渗透深度平均值Xd，初始氯离子渗透面指阴极测试槽与混凝土试件的接触面；按下式计算混凝土试件纯弯拉区不同高度y处的弯曲应力： σ y = 2 yFL bh 3 式中：σy：高度y处的弯曲应力/MPa；F：加载压力/N；L：两组第一支撑头之间的间距和两组第二压头之间的间距/mm；b：混凝土试件两极间厚度/mm；h：混凝土试件高度/mm；y：测量点离试件中性层高度（mm）；步骤五、按下式计算混凝土的氯离子迁移系数： D σ y = 0.0239 ( 273 + T ) b ( U - 2 ) t ( X d , σ y - 0.0238 ) ( 273 + T ) b x d , σ y U - 2 式中：Dσy：弯曲应力为σy处混凝土氯离子迁移系数，单位为10‑12m2/s；U：所用电压，单位为V；T：阳极溶液的初始温度和结束温度的平均值，单位为℃；b：混凝土试件两极间厚度，单位为mm；Xd，σy：弯曲应力为σy处混凝土氯离子渗透深度平均值，单位为mm；t：试验持续时间，单位为h。