[发明专利]荷载作用混凝土孔结构演化原位监测方法与试验装置

权利要求书

1.荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：包括离子迁移单元、电阻测量单元、加载单元和数据处理单元，所述的离子迁移单元包括两个带通孔的法兰压盘、加液管、补液水槽和对拉螺杆，所述的加液管的每个端口对应一个法兰压盘；所述的加液管的两端口分别从相应的法兰压盘外端面插入其通孔内；两个法兰压盘内端面相对并通过对拉螺杆形成用于夹持待测试件的测试腔，法兰压盘与待测试件之间由橡胶垫圈密封；所述的补液水槽与所述的加液管管路连通；

所述的电阻测量单元包括信号发生器、线圈、磁芯和电流传感器，所述的加液管依次穿过磁芯和电流传感器后与相应的法兰压盘固接；所述的线圈缠绕在所述的磁芯上，并且所述的线圈两端与所述的信号发生器的信号输入端电连；

所述的加载单元包括混凝土轴拉试件、装于混凝土轴拉试件两端的承载钢板、带内螺纹的T型预埋件、承载螺杆和荷载传感器，所述的混凝土轴拉试件设有轴向排布的预留通孔，所述的混凝土轴拉试件两端分别预埋多个T型预埋件，并且所述的T型预埋件的螺纹段指向混凝土轴拉试件外部；所述的承载螺杆贯穿预留通孔，并且在所述承载螺杆两端配置螺帽，所述的螺帽外侧配有承载钢板，所述的承载螺杆的螺杆直径与预留通孔匹配，螺杆两端带有外螺纹，承载螺杆两端具有供扳手夹持的平行面，两端螺纹方向相反，所述的承载螺杆与所述的螺帽形成自锁结构，所述的T型预埋件的螺纹段与紧固螺栓螺接，保证所述的承载钢板与所述的混凝土轴拉试件端面贴合；所述的荷载传感器安装在所述的混凝土轴拉试件侧壁，所述的荷载传感器的信号输出端与数据处理单元的信号采集器电连；

所述的数据处理单元包括信号采集器、信号处理器和中央控制器，所述的信号采集器的输入端与所述的电流传感器的信号输出端电连，所述的信号发生器的信号输出端、所述的信号采集器的输出端分别与所述的信号处理器的信号输入端电连，所述的信号处理器的信号输出端与所述的中央控制器的相应的端口电连。

2.如权利要求1所述的荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：加液管为环形结构；加液管上设有进液阀门和排液阀门，其中所述的进液阀门设置在与补液水槽相连的管路连接处，所述的排液阀门设置在加液管的底部；补液水槽通过软管与所述的加液管连通。

3.如权利要求1所述的荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：法兰压盘上部设有通气孔，其中所述的通气孔一端与所述的通孔连通，另一端与法兰压盘外部连通。

4.如权利要求2所述的荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：加液管采用非导电类的酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或丙烯基树脂类材料制成。

5.如权利要求3所述的荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：法兰压盘的通孔为台阶孔，并且所述的法兰压盘的内端面的通孔直径大于外端面的通孔直径，并且所述的通气孔其中一端与靠近所述的法兰压盘的内端面的通孔连通。

6.如权利要求5所述的荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：对拉螺栓两端穿过法兰压盘上的螺栓连接孔后螺接两个紧固螺帽，其中所述的紧固螺帽采用翼型不锈钢螺帽。

7.如权利要求1所述的荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：所述的混凝土轴拉试件的预留通孔设置在混凝土轴拉试件的几何形心处，并且保持预留通孔的中心轴与混凝土轴拉伸试件的中心轴重合。

8.如权利要求7所述的荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：所述的混凝土轴拉试件的两端设有与预留通孔同轴的凹坑，并且凹坑的大小与螺帽匹配；所述的混凝土轴拉试件的两端留有突出翼缘，翼缘与混凝土试件同宽。

9.如权利要求8所述的荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置，其特征在于：所述的承载钢板设置与紧固螺栓一一对应的安装通孔以及与预留通孔对应的预留圆孔，其中所述的预留圆孔设置在承载钢板的几何形心处，预留圆孔周围围着与螺帽匹配的错台；所述的螺帽卡置于混凝土凹坑和承载钢板错台中。

10.利用权利要求1所述荷载作用混凝土孔结构演化原位监测装置对荷载作用下混凝土孔结构的演化过程进行原位监测的方法，包括以下步骤：

1)混凝土待测试件的准备：

针对荷载损伤混凝土孔结构演化原位监测试验，浇筑哑铃型试件，将试件养护至设定龄期，在烘箱中干燥至恒重，然后将待测混凝土试件在标准浓度盐溶液中浸泡或真空饱盐至孔隙饱和，此处标准浓度盐溶液采用标准氯化钠溶液，标准氯化钠溶液的浓度为0.1～2mol/L，将轴拉试件除两个对立侧面待测试区域外的其他区域用环氧树脂或石蜡密封；

2)测定前的准备：

实验前保证标准浓度盐溶液与步骤1)获得的饱盐待测混凝土试件温度相同，将两法兰压盘密封对接，在加液管中灌注标准盐溶液以标定仪器，并确定标准浓度盐溶液的电阻率ρ0；标定结束后，排掉标准盐溶液，将饱盐待测混凝土试件与橡胶密封圈接触处涂少许凡士林以增加密封性，然后将连接有法兰压盘的加液管与饱盐待测混凝土试件密封紧固成为一个密封整体，重新向加液管中灌注标准盐溶液，试验中选用NaCl溶液，NaCl溶液的浓度为0.1～2mol/L；

3)电阻率ρ测定：

设置数据采集系统的采样频率，数据处理系统从电阻率测定系统中自动采集感应电流和电压，计算程序根据式(1)计算电阻率，并实时显示电阻率变化率曲线，待电阻率变化率随时间的变化曲线接近水平直线时，此时的电阻率值即为混凝土试块在标准盐溶液饱和情况下的电阻率：

ρ = V I × S L - - - ( 1 ) ]]>

式中，ρ为待测试件的电阻率,单位是：Ω·m；V为感应环电压,单位是：V；I为感应环电流,单位是：A；S为待测试件的有效截面面积,单位是：m2；L为待测试件的厚度,单位是：m；

通过对轴拉试件分级施加轴拉荷载，分别记录各级荷载下对应的电阻率；

4)孔隙率φ测定：

根据Archie方程可得电阻率与孔隙率的关系，如式(2)；将其应用到混凝土连通孔隙计算，则通过测定混凝土的电阻率值再由式(2)计算混凝土的连通孔隙率φ：

ρ = α ρ 0 φ m - - - ( 2 ) ]]>

式中，ρ为混凝土的电阻率,单位是：Ω·m，ρ0为标准浓度盐溶液的电阻率,单位是：Ω·m，φ为孔隙率，α和m为拟合系数；

根据步骤3)测定的不同电阻率，分别计算不同荷载水平下对应的混凝土连通孔隙率。