[发明专利]高压水射流冲击混凝土内部裂纹扩展捕捉方法及捕捉设备

说明书

本发明公开了一种高压水射流冲击混凝土内部裂纹扩展捕捉方法和设备，其中，方法包括以下步骤：S1.制备透明混凝土相似材料；S2.利用被染色剂着色后的高压水冲击所述透明混凝土相似材料使透明混凝土相似材料出现裂纹；S3.利用高速摄像机记录所述透明混凝土相似材料的裂纹扩展过程；捕捉设备包括：高压水射流装置，用于向透明混凝土相似材料喷射着色后的高压水；高速摄影机，用于记录被高压水冲击的透明混凝土相似材料的裂纹扩展过程；本发明能够直观地捕捉到水射流冲击混凝土内部裂纹起裂、扩展、分岔和止裂信息，从而便于对高压水射流破除混凝土的裂纹扩展模式及致裂机理进行研究。

技术领域

本发明涉及水力冲击混凝土裂纹扩展模式及致裂机理研究领域，具体是一种高压水射流冲击混凝土内部裂纹扩展捕捉方法及设备。

背景技术

混凝土作为重要的建筑材料广泛应用于建筑、交通、水利、采矿等各个领域，由于载荷、风化、腐蚀、温差效应等因素的影响，混凝土结构维修改造任务会愈发重要。目前对于混凝土出现的裂缝、孔洞、边缘破损、板拱起等病害的维修，普遍采用振动锤、风镐、炮机等传统机械方法破除，露出钢筋以便重新浇筑、翻新。事实证明这些方法存在作业环境差、工作效率低、劳动强度大等问题，而且无法区分混凝土性能强弱，施工质量差，极易产生新的混凝土裂纹，造成混凝土钢筋松动等，修复质量无法得到保证。

高压水射流破除混凝土是一种突破传统机械方式的破碎技术，具有无污染、无热反应区、反作用小及选择性破除等特点，在质量、安全、环境保护等方面优势明显。但混凝土在高压水射流作用下的破坏机理尚不明晰，射流破除混凝土技术仍存在门槛泵压较高，比能耗较大，局部精确破碎及可控致裂技术不足等问题，而精细化记录高压水射流破碎混凝土内部裂纹起裂、扩展、分岔和止裂信息是解决以上问题的关键基础。

通过计算机断层成像技术(Computed Tomography，CT)可以直观展示射流破碎混凝土后内部裂纹扩展和损伤演化终态，但无法对破碎动态过程进行检测；光弹性法与焦散线法可以记录高压水射流冲击混凝土破碎裂纹瞬时、动态发展历程，但仅限于材料表面破坏状态；此外，由于高压水射流破碎混凝土为流体与固体非线性碰撞动力耦合问题，射流破碎混凝土物理力学过程复杂多变，理论研究和数值建模难度较大，必须进行简化和假设，研究结果与实际破碎过程有一定差距。

因此，需要一种结构简单，能够直观地观测到高压水射流冲击混凝土内部裂纹信号的试验方法及设备，实现对高压水射流破除混凝土致裂机理的全方位、动态化、精细化研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种结构简单，能够直观地捕捉到水射流冲击混凝土时内部裂纹信号，从而便于对高压水射流破除混凝土致裂机理进行研究的高压水射流冲击混凝土内部裂纹扩展捕捉方法及设备。

本发明的高压水射流冲击混凝土内部裂纹扩展捕捉方法，包括以下步骤：S1.制备透明混凝土相似材料；S2.利用被染色剂着色后的高压水冲击所述透明混凝土相似材料使透明混凝土相似材料出现裂纹；S3.利用高速摄像机记录所述透明混凝土相似材料的裂纹扩展过程；

进一步，步骤S1中，所述透明混凝土相似材料的制备方法包括以下步骤：S11将用于模拟砂浆的环氧树脂、固化剂混合后倒入涂有脱模剂的模具；S12.将骨料倒入所述模具中成型并进行养护；

进一步，步骤S2中，所述高压水中掺有高硬度固体颗粒；

进一步，步骤S2中，所述染色剂为墨汁；

进一步，所述高硬度固体颗粒为石榴石、金刚砂、石英砂和/或陶粒；

进一步，步骤S1中，基于单轴压缩实验，利用平均影响值算法，筛选出影响混凝土力学性能的关键制备参数；通过单因素轮转法获得各制备参数取值范围；基于正交试验设计确定与真实混凝土材料力学性能接近的透明混凝土相似材料制备参数组合。