[发明专利]一种考虑劈拉应力的混凝土接触溶蚀试验装置

说明书

本发明公开了一种考虑劈拉应力的混凝土接触溶蚀试验装置：电脑终端实时通过液压传感器和垫条对混凝土试件施加劈拉应力，避免了一次施加荷载后，混凝土试件徐变所带来的应力松弛；盐溶液浓度控制装置可以实时控制溶液箱内部盐溶液的浓度，并进行调节；横梁使得混凝土试件下表面悬空，保证盐溶液溶蚀过程中对各个方向的一致性；经过一定时间的劈拉应力和溶蚀耦合作用后，电脑终端可以操控应力加载装置实现对混凝土试件的耐久性力学性能指标的测量。应力加载装置采用横向加载，避免试件间重力所引起的应力，使得试验数据更加精确。

技术领域

本发明涉及一种考虑劈拉应力的混凝土接触溶蚀试验装置，具体地说是涉及一种可用于对比研究劈拉应力作用下混凝土接触溶蚀后耐久性的试验装置。

背景技术

混凝土面板常作为防渗结构广泛应用于土石坝、砌石坝、碾压混凝土坝的防渗系统及其加固工程中，尤其是现代面板堆石坝大多利用混凝土面板作为防渗和护坡结构，溢洪道和隧洞也广泛采用混凝土作为衬砌结构进行防渗、防护加固。世界上已经建成了许多高混凝土面板坝，未来二十年，我国将在西部地区建造多座混凝土面板坝，这些大坝工作条件严苛，其面板裂缝将是影响大坝安全的关键问题。大坝水头高，面板承受高水力梯度、高应力、高温差变化，混凝土面板裂缝和溶蚀是影响混凝土耐久性乃至水工建筑物安全的关键问题。

我国幅员辽阔，硫酸盐广泛存在内陆盐湖、地下水和沿海区域中。硫酸盐腐蚀环境中的混凝土钙离子结晶析出严重，水化产物流失并失去胶凝性，产生劣化效应；由硫酸盐腐蚀导致水利工程、铁路、公路的混凝土结构劣化并失效的报道屡见不鲜。另一方面，混凝土应力状态与密实性和孔隙率息息相关，孔隙率决定内部孔隙液体积，影响钙离子结晶析出量。水力梯度影响孔隙液与外部溶液物质交换的能力，对溶蚀劣化速率有不可忽视的作用。

早在上个世纪，人们就发现实际工程中混凝土面板的破坏应力比其极限应力的低得多，传统的强度理论不能解释工程实际中的混凝土脆断现象。上世纪60年代以来，科学家开始将断裂力学的概念运用于混凝土领域，将混凝土的开裂破坏分为起裂、扩展和失稳三个阶段，混凝土脆断现象得到了很好的解释。根据徐世烺双K断裂模型，混凝土耐久性指标体现为起裂韧度和失稳韧度混凝土内部的初始微裂缝为起裂提供了可能，在荷载作用下应力强度因子K增长达到起裂韧度后开始起裂并稳定扩展，继续增长达失稳韧度后裂缝扩展失稳并最终破坏。

在断裂过程中，混凝土工作环境中的盐类侵蚀与所受应力决定了混凝土中初始微裂缝的多少。在硫酸盐环境中，混凝土内部的不密实性使得水化产物Ca(OH)₂与接触生成不溶于水的石膏CaSo₄晶体，CaSo₄又与水化产物在水中生成钙矾石，即水泥杆菌。这些CaSo₄晶体和钙矾石在混凝土初始裂缝中产生、彼此联结，进一步扩大了初始裂缝宽度，在荷载作用下产生应力集中，从而导致宏观裂缝的开裂。较之未受侵蚀的混凝土，其断裂指标起裂韧度和失稳韧度会发生相应的变化。

目前，断裂力学的相关理论已在解释混凝土断裂破坏上趋于成熟，但实际工程应用中，面板面对的多场耦合作用如何使混凝土耐久性能发生劣化，如何量化这一劣化程度成为了新的问题。要研究这一问题，在试验中实现多场耦合作用显得尤为重要。

本发明考虑到高应力和硫酸盐溶蚀的耦合作用使得混凝土面板内部细小微裂缝发育扩展，进而发展成为宏观可见的表面裂缝，从而引起混凝土面板的强度失效。为研究这类问题，本发明采用带有预制裂缝的标准混凝土试件，在平行于预制裂缝的混凝土试件上下面各放置一个截面面积为1cm²的垫条，利用应力加载装置施加一定的荷载，并使试件浸泡在一定浓度的硫酸盐溶液中，对带有预制裂缝混凝土试件单独施加应力至一定龄期。最终测量混凝土的起裂韧度和失稳韧度以表征在一定应力作用下、一定浓度盐溶液溶蚀下、一定作用时间后，混凝土试件耐久性指标的变化情况。

发明内容