一種柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置及其試驗方法
2023-05-19 18:20:36 3
一種柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置及其試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置及試驗方法，包括滲透壓力水罐、補水罐、靜壓控制櫃和滲透溶蝕壓力室；補水罐與滲透壓力水罐相連，滲透壓力水罐與滲透溶蝕壓力室相連；滲透溶蝕壓力室內設有一個試樣底座；旋轉上蓋與試樣底座之間形成了一個空間；在旋轉上蓋內設有底部與試樣相通、頂部與出水管相通的出水孔，出水孔與出水管相連，出水管通到壓力室外；試樣底座內部設有頂部與試樣相通、底部與外界相通的排水排氣孔和滲透壓力接口；滲透壓力接口與滲透壓力水罐相連；排水排氣孔與排水排氣管相連；所述的試樣底座的側面設有周圍壓力接口，通過壓力管線連接到靜壓控制櫃，試驗時，通過靜壓櫃調壓閥調節壓力進行滲透溶蝕試驗。
【專利說明】[0001] 一種柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置及其試驗方法
【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種滲透溶蝕試驗裝置及試驗方法，尤其是一種柔性防滲材料築體滲 透溶蝕試驗裝置及其試驗方法。
【背景技術】
[0003] 柔性防滲材料被廣泛應用於水利工程大壩基礎、堤防防滲加固的連續牆中，它們 處於地下，且大多數情況下在淡水環境中工作，長期受到地下水的溶蝕作用。溶蝕，也稱溶 出性侵蝕，是指當柔性防滲材料築體受到環境中壓力水的滲流作用時，築體內的氫氧化鈣 逐漸擴散到濃度很低的環境水中去，這樣，矽酸鹽中的固相水化礦物便自動析出石灰以補 充液相中的氫氧化鈣含量，藉以恢復濃度平衡。若這些石灰水在滲流作用下又被帶走，則固 相物質再繼續溶解，溶液中的石灰濃度繼續不斷降低時，則水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣、水化 鐵鋁酸鈣中的鈣也將相繼溶解流失，最終導致防滲築體結構發生破壞的過程。溶蝕問題直 接關係到防滲築體的安全工作和使用壽命，目前尚未有定型的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗 產品。
[0004] 中國專利申請201110191480. 0公開了一種塑性混凝土滲透試驗裝置及其試驗方 法，該裝置是一個專用於滲透係數試驗的裝置，無法進行滲透溶蝕試驗，因為：1、滲透溶蝕 試驗要達到試樣溶蝕破壞所需的時間很長，試驗的滲透水量很大，且溶蝕試驗是一項不間 斷試驗，試驗過程中需持續補水以維繫正常試驗，該滲透試驗裝置的壓力水罐系統無此功 能，不能滿足滲透溶蝕試驗要求。2、滲透溶蝕試驗不僅滲透水量很大，而且試驗時間通常長 達數月，利用人工記錄各時間段的滲出水量是非常困難的，而塑性混凝土滲透試驗裝置無 自動記錄觀測系統，不能滿足各時間段對試驗滲透水量的計量要求。3、塑性混凝土滲透試 驗裝置的壓力室為上、下兩層密封，由於滲透溶蝕試驗所施加的周圍壓力相對較大，這種設 計更容易漏氣，密封效果不如一體式好。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有技術存在的缺點，本發明公開了一種柔性防滲材料滲透溶蝕試驗系 統及其試驗方法。
[0006] 本發明採用的技術方案如下： 一種柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，包括壓力水罐、補水罐、滲透溶蝕壓力室和靜壓 控制櫃，所述的補水罐與壓力水罐相連，所述的壓力水罐與滲透溶蝕壓力室相連，為其提供 滲透水壓力；所述的滲透溶蝕壓力室內設有一個試樣底座，在所述的試樣底座正上方設有 一個與其相對的旋轉上蓋，旋轉上蓋與試樣底座之間形成了一個用於安放試樣和透水石的 空間；在旋轉上蓋內設有底部與試樣相通、頂部與出水管相通的出水孔，出水孔與出水管相 連，出水管一直通到壓力室外，且與流量計相連；所述的試樣底座內部設有頂部與試樣相 通、底部與外界相通的排水排氣孔和滲透壓力接口；滲透壓力接口與滲透壓力水罐相連； 排水排氣孔與排水排氣管相連；所述的試樣底座的側面設有周圍壓力接口，通過壓力管線 連接到靜壓控制櫃，試驗時，通過靜壓櫃調壓閥調節壓力進行滲透溶蝕試驗。
[0007] 所述的滲透溶蝕壓力室包括壓力室固定裝置和壓力室外罩；所述的壓力室固定裝 置包括壓力室底座、三角形支架和立柱，它們固定連接；所述的壓力室外罩與壓力室底座之 間通過一個連接環連接，連接環上設有三個把手；壓力室外罩頂部與一個端蓋通過螺紋連 接；所述的壓力室外罩內設置有一個三角形支架，所述的支架通過立柱與壓力室底座連接， 且支架上設有與試樣相同直徑的圓孔，可容許試樣上蓋穿過支架中心，並通過螺紋旋轉調 節高度。
[0008] 所述的靜壓控制櫃裝置，包括三個調壓閥及三個精密壓力表，分別安裝在控制櫃 的面板上，形成一套完整的靜壓控制系統；氣壓源通過三通閥門分別為補水罐、滲透水壓力 罐及壓力室圍壓提供壓力；所述的補水罐與水源和滲透壓力水罐相連，通過補水罐調壓閥 對補水罐中的水施加壓力，並使該壓力大於滲透壓力水罐中的壓力，形成補水；所述的氣壓 源通過滲透壓力閥門對滲透壓力水罐施加壓力，氣壓轉換為水壓後與滲透壓力接口相連， 實現溶蝕試驗的滲透水壓力；所述的壓力室周圍壓力的施加，是通過周圍壓力調壓閥對壓 力室內部施加周圍壓力，該壓力應大於試樣的滲透水壓力，此舉可以防止側壁繞滲。
[0009] 在所述的旋轉上蓋上設有一個與其相連的把手。
[0010] 所述的滲透壓力水罐與補水罐之間的管路上設有節止閥。
[0011] 在所述的試樣旋轉上蓋底部、試樣底座頂部均設有透水石，所述的試樣放置在兩 個透水石之間。
[0012] 所述的滲透溶蝕壓力室接管與進水、出水、排水孔連接管均設有節止閥門。
[0013] 本發明的試驗方法如下： ① 將試樣上下表面打毛，以消除影響試樣透水性的水泥漿膜； ② 在圓柱體試樣的側表面均勻塗上密封材料矽橡膠，並將處理好的試樣在清水中浸泡 24小時以上，或用飽和罐進行真空飽和； ③ 將乳膠膜捆綁於試樣底座，分別放置下透水石、試樣、上透水石。通過上蓋把手旋轉 調整上蓋高度，直至活動上蓋的下表面剛剛接觸上透水石為宜。將乳膠膜紮緊於活動上蓋 的凹槽內，試件安裝完成； ④ 將壓力室外罩放置於壓力室底座上，通過把手旋緊壓力室，並檢查壓力室是否有漏 氣現象。
[0014] ⑤打開滲透壓力接管的閥門，通過控制面板施加0· 05 MPa的滲透水壓力，將裝試 樣過程中帶入乳膠膜與試樣之間的空氣通過出水管排出；當試樣內部排氣完成後，關閉滲 透水壓力接管閥門，撤去滲透壓力；在壓力室內施加〇· 〇5MPa的周圍壓力，將試樣內部多餘 水排出，當確定無多餘水和氣體後，打開滲透水壓力接管閥門，進行滲透溶蝕試驗。
[0015] ⑥根據事先選定的滲透比降，在壓力室內施加周圍壓力和滲透水壓進行試驗，為 確保試驗結果的準確性，試驗時滲透壓力要小於壓力室內周圍壓力，確保乳膠膜貼緊試樣， 防止繞滲。
[0016] ⑦由流量計測量實時的滲出水量，每24小時記錄當日累計滲透水量，並檢測當日 滲出水中Ca 2+含量。
[0017] ⑧實時監控流量儀數據，當流量儀數據突然變大時，應停止試驗。
[0018] ⑨關閉滲透壓力接管閥門，撤去滲透壓力和周圍壓力，打開排水排氣閥，通過排水 排氣管將試樣及管路中的餘水排出，旋開壓力室，拆去乳膠膜，拿下試樣，溶蝕試驗完成； ⑩整理出Ca2+當日溶出量與滲透歷時關係線、CaO累積溶出量與滲透歷時關係線。 [0019] 本發明的有益效果如下： 柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置主要由壓力源、靜壓控制櫃、壓力室、壓力水罐、補水 罐、調壓閥、壓力表、流量計、進水管、排水管等組成。
[0020] 1、壓力室結構分為兩部分：（1)、試驗裝置的底座和三角形支架通過三根正三角 形分布的立柱固定連接，這一部分為壓力室固定部分。支架上設有與試樣相同直徑的圓孔， 可容許試樣上蓋穿過支架中心，並通過螺紋旋轉調節高度。試樣上蓋中心設有貫穿上下的 出水孔，與出水管相連。（2)、壓力室外罩部分。壓力室外罩為一體式設計，通過連接環上的 把手，與底座旋轉緊固成為一個整體的滲透溶蝕試驗裝置壓力室。一體式設計使壓力室受 力均勻，結構簡單，密封效果更好。
[0021] 2、壓力水罐設計為兩個，一個為滲透壓力水罐，一個為補水罐。試驗用滲透壓力水 罐是通過氣壓轉換為水壓，由底部對試樣施加滲透壓力。由於溶蝕試驗可能持續數周、數 月，並且該試驗為不間斷試驗，所以試驗過程中滲透水的持續補給是關鍵。補水罐聯接水 源，試驗過程中如需補水，則打開兩罐之間連接閥，通過控制面板對補水罐施加壓力，並使 之大於滲透壓力水罐的壓力，即可實現由補水罐向滲透壓力水罐的補水，保證滲透溶蝕試 驗不間斷持續運行。
[0022] 3、對試樣進行塗膠裹膜，並使施加的周圍壓力大於滲透壓力，防止了滲透水的側 壁繞滲，保證了試驗結果的穩定及準確。
[0023] 4、該儀器能在溶蝕試驗的過程中同時得到試樣各時間段的滲透係數，試驗的針對 性和研究效率大大提高。
[0024] 5、試樣上蓋與三角形支架的聯接形式被設計為螺紋旋轉聯接式，該設計能根據不 同的試樣高度，適當調整活動上蓋與試樣底座的間距，避免試樣高度受制於固定間距而導 致對試樣進行再加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1本發明的整體結構圖； 圖2滲透溶蝕試驗壓力室的結構圖； 圖3靜壓控制櫃示意圖； 圖中：1外罩，2旋轉上蓋把手，3出水管，4透水石，5試樣，6試樣底座，7周圍壓 力接口，8排水排氣管，9滲透壓力接口，10壓力室底座支架，11壓力室底座，12流量計 接口，13密封圈，14把手，15連接環，16立柱，17旋轉上蓋，18三角形支架，19補 水罐，20滲透壓力水罐，21滲透溶蝕壓力室；22氣壓源，23周圍壓力調壓閥，24補水罐 調壓閥，25滲透壓力調壓閥。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖對本發明進行詳細說明： 一種柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，包括滲透壓力水罐20、補水罐19、滲透溶蝕壓 力室21和靜壓控制櫃22。所述的補水罐與滲透壓力水罐通過管路相連，管路中設有止水 閥，補水罐可為滲透壓力水罐補水；滲透壓力水罐與滲透溶蝕壓力室相連，為其提供滲透水 壓力； 滲透溶蝕壓力室包括壓力室固定裝置和壓力室外罩1 ;壓力室固定裝置包括壓力室底 座11、三角形支架18和立柱16,所述的壓力室外罩1與壓力室底座11之間通過一個連接 環15連接，連接環15上設有把手14 ;壓力室外罩1頂部與一個端蓋通過螺紋連接；所述的 壓力室外罩內設置有一個三角形支架，所述的支架通過立柱與壓力室底座連接，且支架上 設有與試樣相同直徑的圓孔，可容許試樣上蓋穿過支架中心，並通過螺紋旋轉調節高度。
[0027] 壓力室外罩1內設有一個放置在壓力室底座上的試樣底座6,所述的試樣底座的 正上方設有可通過旋轉上蓋把手2調節高度的旋轉上蓋17,所述的旋轉上蓋與試樣底座之 間用於安放試樣5和透水石4 ;在旋轉上蓋頂部設有一個出水口，通過出水管3直接通往壓 力室底座，在流量計接口 12處與流量觀測系統連接；試樣底座6設有與外界相通的排水排 氣孔8和滲透壓力接口 9 ;試樣底座的側面設有可對試樣施加周圍壓力的周圍壓力接口 7 ; 壓力室外罩1通過帶把手14的可旋轉的連接環15螺旋緊固在壓力室底座上，壓力室底座 與連接環之間設有密封圈13,這樣就形成了一個完整的滲透溶蝕試驗壓力室。
[0028] 靜壓控制櫃裝置，由三個調壓閥及三個精密壓力表組成，分別安裝在控制櫃的面 板上，形成一套完整的靜壓控制系統；氣壓源22通過三通閥門分別為補水罐、滲透水壓力 罐及壓力室圍壓提供壓力。所述的補水罐19與水源和滲透壓力水罐20相連，通過補水罐調 壓閥24對補水罐中的水施加壓力，並使該壓力大於滲透壓力水罐中的壓力，形成補水；通 過滲透壓力閥門25對滲透壓力水罐施加壓力，氣壓轉換為水壓後與滲透壓力接口 9相連， 實現溶蝕試驗的滲透水壓力；所述的壓力室周圍壓力的施加，是通過周圍壓力調壓閥23對 壓力室內部施加周圍壓力，該壓力應大於試樣的滲透水壓力，此舉可以防止側壁繞滲。
[0029] 本發明的試驗方法如下： ① 將試樣上下表面打毛，以消除影響試樣透水性的水泥漿膜； ② 在圓柱體試樣的側表面均勻塗上密封材料矽橡膠，並將處理好的試樣在清水中浸泡 24小時以上，或用飽和罐進行真空飽和； ③ 將乳膠膜捆綁於試樣底座，分別放置下透水石、試樣、上透水石。通過上蓋把手旋轉 調整上蓋高度，直至活動上蓋的下表面剛剛接觸上透水石為宜。將乳膠膜紮緊於活動上蓋 的凹槽內，試件安裝完成； ④ 將壓力室外罩放置於壓力室底座上，通過把手旋緊壓力室，並檢查壓力室是否有漏 氣現象。
[0030] ⑤打開滲透壓力接管的閥門，通過控制面板施加0· 05 MPa的滲透水壓力，將裝試 樣過程中帶入乳膠膜與試樣之間的空氣通過出水管排出；當試樣內部排氣完成後，關閉滲 透水壓力接管閥門，撤去滲透壓力；在壓力室內施加〇· 〇5MPa的周圍壓力，將試樣內部多餘 水排出，當確定無多餘水和氣體後，進行溶蝕、滲透試驗。
[0031] ⑥根據事先選定的滲透比降，在壓力室內施加周圍壓力和滲透水壓進行試驗，為 確保試驗結果的準確性，試驗時滲透壓力要小於壓力室內周圍壓力，確保乳膠膜貼緊試樣， 防止繞滲。
[0032] ⑦由流量計測量實時的滲出水量，每24小時記錄當日累計滲透水量，並檢測當日 滲出水中Ca 2+含量。
[0033] ⑧實時監控流量儀數據，當流量儀數據突然變大時，應停止試驗。
[0034] ⑨關閉滲透壓力接管閥門，撤去滲透壓力和周圍壓力，打開排水排氣閥，通過排水 排氣管將試樣及管路中的餘水排出，旋開壓力室，拆去乳膠膜，拿下試樣，溶蝕試驗完成； ⑩整理出Ca2+當日溶出量與滲透歷時關係線、CaO累積溶出量與滲透歷時關係線。
【權利要求】
1. 一種柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，其特徵在於：包括壓力水罐、補水罐、滲透溶 蝕壓力室和靜壓控制櫃，所述的補水罐與壓力水罐相連，所述的壓力水罐與滲透溶蝕壓力 室相連，為其提供滲透水壓力；所述的滲透溶蝕壓力室內設有一個試樣底座，在所述的試樣 底座正上方設有一個與其相對的旋轉上蓋，旋轉上蓋與試樣底座之間形成了一個用於安放 試樣和透水石的空間；在旋轉上蓋內設有底部與試樣相通、頂部與出水管相通的出水孔，出 水孔與出水管相連，出水管一直通到壓力室外，且與流量計相連；所述的試樣底座內部設有 頂部與試樣相通、底部與外界相通的排水排氣孔和滲透壓力接口；滲透壓力接口與滲透壓 力水罐相連；排水排氣孔與排水排氣管相連；所述的試樣底座的側面設有周圍壓力接口， 通過壓力管線連接到靜壓控制櫃，試驗時，通過靜壓櫃調壓閥調節壓力進行滲透溶蝕試驗。
2. 如權利要求1所述的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，其特徵在於：所述的滲透溶 蝕壓力室包括壓力室固定裝置和壓力室外罩；所述的壓力室固定裝置包括壓力室底座、三 角形支架和立柱，所述的壓力室外罩與壓力室底座之間通過一個連接環連接，連接環上設 有一個把手；壓力室外罩頂部與一個端蓋通過螺紋連接；所述的壓力室外罩內設置有一個 三角形支架，所述的支架通過立柱與壓力室底座連接，且支架上設有與試樣相同直徑的圓 孔，可容許試樣上蓋穿過支架中心，並通過螺紋旋轉調節高度。
3. 如權利要求1所述的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，其特徵在於：所述的靜壓控 制櫃裝置，包括三個調壓閥及三個精密壓力表，分別安裝在控制櫃的面板上，形成一套完整 的靜壓控制系統；氣壓源通過三通閥門分別為補水罐、滲透水壓力罐及壓力室圍壓提供壓 力。
4. 如權利要求3所述的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，其特徵在於：所述的補水罐 與水源和滲透壓力水罐相連，通過補水罐調壓閥對補水罐中的水施加壓力，並使該壓力大 於滲透壓力水罐中的壓力，形成補水；所述的氣壓源通過滲透壓力閥門對滲透壓力水罐施 加壓力，氣壓轉換為水壓後與滲透壓力接口相連，實現溶蝕試驗的滲透水壓力；所述的壓力 室周圍壓力的施加，是通過周圍壓力調壓閥對壓力室內部施加周圍壓力，該壓力應大於試 樣的滲透水壓力，防止側壁繞滲。
5. 如權利要求1所述的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，其特徵在於：在所述的旋轉 上蓋上設有一個與其相連的把手。
6. 如權利要求1所述的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，其特徵在於：所述的滲透壓 力水罐與補水罐之間的管路上設有節止閥。
7. 如權利要求1所述的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，其特徵在於：在所述的試樣 旋轉上蓋底部、試樣底座頂部均設有透水石，所述的試樣放置在兩個透水石之間。
8. 如權利要求1所述的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置，其特徵在於：所述的滲透溶 蝕壓力室接管與進水、出水、排水孔連接管均設有節止閥門。
9. 如權利要求1-8任一所述的柔性防滲材料滲透溶蝕試驗裝置的試驗方法，其特徵 在於，包括以下步驟： ① 將試樣上下表面打毛； ② 在圓柱體試樣的側表面均勻塗上密封材料矽橡膠，並將處理好的試樣在清水中浸泡 24小時以上，或用飽和罐進行真空飽和； ③ 將乳膠膜捆綁於試樣底座，分別放置下透水石、試樣、上透水石；通過上蓋把手旋轉 調整上蓋高度，直至活動上蓋的下表面剛剛接觸上透水石為宜； 將乳膠膜紮緊於活動上蓋的凹槽內，試件安裝完成； ④ 將壓力室外罩放置於壓力室底座上，通過把手旋緊壓力室，並檢查壓力室是否有漏 氣現象； ⑤ 打開滲透壓力接管的閥門，通過控制面板施加〇· 05 MPa的滲透水壓力，將裝試樣過 程中帶入乳膠膜與試樣之間的空氣通過出水管排出；當試樣內部排氣完成後，關閉滲透水 壓力接管閥門，撤去滲透壓力；在壓力室內施加〇· 〇5MPa的周圍壓力，將試樣內部多餘水排 出，當確定無多餘水和氣體後，進行溶蝕、滲透試驗； ⑥ 根據事先選定的滲透比降，在壓力室內施加周圍壓力和滲透水壓進行試驗，為確保 試驗結果的準確性，試驗時滲透壓力要小於壓力室內周圍壓力，確保乳膠膜貼緊試樣，防止 繞滲； ⑦ 由流量計測量實時的滲出水量，每24小時記錄當日累計滲透水量，並檢測當日滲出 水中Ca2+含量； ⑧ 實時監控流量儀數據，當流量儀數據突然變大時，應停止試驗； ⑨ 關閉滲透壓力接管閥門，撤去滲透壓力和周圍壓力，打開排水排氣閥，通過排水排氣 管將試樣及管路中的餘水排出，旋開壓力室，拆去乳膠膜，拿下試樣，溶蝕試驗完成； ⑩ 整理出Ca2+當日溶出量與滲透歷時關係線、CaO累積溶出量與滲透歷時關係線。
【文檔編號】G01N17/00GK104122186SQ201410376879
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】張禾, 許尚傑, 王飛, 辛宏傑, 朱傳磊 申請人:山東省水利科學研究院