用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置及其測量方法與流程
2023-11-07 15:01:27 4
本發明涉及材料疏水性評價技術領域，尤其指用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置及其測量方法，特別指用於混凝土表面防腐技術對比試驗的疏水性評價。
背景技術：
為提高混凝土結構耐久性，通常可以在材料層面、構件層面和/或結構層面採取各種設計和施工措施，其中混凝土表面防腐屬於材料層面的一類經濟而有效的防腐技術。
混凝土結構表面防腐技術主要依靠混凝土表面的隔絕層作為物理屏蔽，使得水分、氧氣、氯離子、酸性氣體等介質難以滲入混凝土保護層，阻塞電化學反應的離子遷移通道，從而延長混凝土結構壽命。實踐表明，混凝土表面防腐技術的應用歷史較長、範圍較廣、效果較好。
但是，由於混凝土結構表面防腐技術種類較多，僅按物理作用就可分為滲透型密封劑類、薄膜防護塗料類、厚膜阻隔塗層類等，有些以阻隔液體滲透和擴散為主，而有些還同時阻隔氣體的滲透；有些屬於孔疏水襯裡機制，有些則為填充和阻塞孔隙機制，也有些僅是表面阻隔機制。因此，究竟選用哪種表面防腐方案，往往是混凝土工程耐久性設計過程中的令人糾結的難題，特別是針對一些處於特殊環境中的重要基礎設施工程。
常規的方法是在同條件下模擬實際工程環境進行複雜的比對實驗，對擬選的方案進行技術指標、施工操作、單次造價和全壽命成本進行比較。但是不同的技術方案，不管是常規防腐塗料、聚脲彈性體塗料、水泥基滲透結晶型塗料，還是氟矽系滲透型防護劑都對應各自不同的技術標準，因此實驗得到的技術指標參數往往沒有可比性。
由於眾多的腐蝕因子都是以水為媒介透過混凝土表面進入混凝土中的，故而混凝土表面經過不同防腐處理後的疏水性是評價表面防腐性能的重要指標。混凝土表面的疏水性是混凝土耐久性的重要性質之一，它是由表面的化學成分和微觀幾何結構共同決定的。當液滴滴在混凝土水平表面上時，液滴與混凝土表面形成一定的角度而達到平衡，這個平衡角度通常稱之為接觸角，接觸角用「θ」表示。θ的大小可以衡量該固體表面的浸潤程度，θ越大則混凝土疏水性越好，其自清潔或易於清洗的效果越好，同時抑制腐蝕因子侵入的能力越強。
但對於混凝土工程來說，現有技術用接觸角作為評價混凝土結構表面疏水性的指標較為單一，專用測試儀器不僅費用高，操作複雜，野外便攜性不足，測量同一液滴旋轉180度前後的接觸角具有局限性，特別是對試樣和實驗環境有諸多限制，對不同表面防腐技術做不到實驗條件的一致性和實驗條件的針對性。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供結構簡單，操作方便，實用性強，成本低的用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置及其測量方法。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為：
用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置，包括有底座，底座上軸向設置有進退螺旋導軌，進退螺旋導軌上設置有一升降支架，該升降支架的上端設置有載物臺；底座的前端設置有前支架，前支架的端部固定有垂直調整支架，該垂直調整支架上設置有第一水平導軌，第一水平導軌上設置有垂直成像儀和至少一個螺旋進液器，底座的後端豎向設置有後支架，後支架上設置有第二水平導軌，該第二水平導軌上設置有水平成像儀。
優化的技術措施還包括：
上述的底座上設置有水平氣泡儀。
上述的底座的底面四角分別設置有調平支撐腳。
上述的前支架的中部設置有led燈帶。
上述的前支架呈倒l形結構。
上述的螺旋進液器的數目為二個，二個螺旋進液器分別設置於所述垂直成像儀的兩側。
上述的垂直成像儀和螺旋進液器上均設置有用於調節水平位置的旋鈕。
用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置的測量方法，包括以下步驟：
步驟一、將被測試件固定於載物臺上，調節升降支架，使載物臺的上表面與水平成像儀的水平中心線相平齊；
步驟二、用螺旋進液器在被測試件表面滴定量去離子水，待液珠達到靜態平衡；
步驟三、在液珠旁放上水平標尺，利用垂直調整支架和第一水平導軌調節垂直成像儀的垂直位置和水平位置，調整到位後，用垂直成像儀拍攝液珠清晰的俯視照片，並導入電腦；
步驟四、在液珠旁放上垂直標尺，利用第二水平導軌調整水平成像儀的水平位置，調整到位後，用水平成像儀拍攝液珠清晰的側視照片，並導入電腦；
步驟五、用autocad軟體建立液珠模型，讀取液珠的底面面積以及體積，得出液珠的絕對接觸面積和殘餘絕對體積來評價被測試件的疏水性。
絕對接觸面積的獲得的具體步驟為：
打開autocad軟體，進入autocad操作界面，滑鼠左鍵點擊工具欄中「插入」，再滑鼠左鍵點擊「光柵圖像參照」，進入到「選擇參照文件」操作界面，找到所需俯視照片並滑鼠左鍵單擊插入，並調整圖片大小，直至比例因子為1為止；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，滑鼠左鍵再單擊「多段線」，進入多段線繪圖功能，沿著液珠與試件表面接觸邊界不斷地移動滑鼠，每移動一段距離都要點擊滑鼠左鍵一次，直至形成一個閉合的多邊形；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，滑鼠左鍵再單擊「面域」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠，使「選擇對象框」選中多段線後單擊滑鼠左鍵再單擊滑鼠右鍵或單擊enter，創建面域成功；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「工具」，滑鼠左鍵再單擊「查詢」，然後再單擊「面域/質量特性」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠使「選擇對象框」選中多段線並單擊滑鼠左鍵，再單擊滑鼠右鍵或單擊enter，從彈出的autocad文本框中獲得所需要的面積。
殘餘絕對體積的獲得的具體步驟為：
打開autocad軟體，進入autocad操作界面，滑鼠左鍵點擊工具欄中「插入」，再滑鼠左鍵點擊「光柵圖像參照」，進入到「選擇參照文件」操作界面，找到所需側視照片並滑鼠左鍵單擊插入，並調整圖片大小，直至比例因子為1為止；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，滑鼠左鍵再次點擊「直線」，彈出直線繪製框，沿液珠與試件表面接觸界面畫線段，記為l1，使用對象捕捉功能找出該線段中點，再次使用「直線」工具畫一條垂直於l1的線段，記為l2；滑鼠左鍵再次點擊工具欄中的「繪圖」，滑鼠左鍵單擊「多段線」功能彈出多段線繪製界面，以線段l1的某一端點為起點沿液珠表面移動滑鼠較短距離就點擊一次滑鼠左鍵繪製多段線，直至與線段l2相交，記多段線為l3；三條線就會圍成一個閉合的多邊形，並將多餘長度的線段去掉；
滑鼠左鍵單擊工具欄中的「修改」，然後滑鼠左鍵點擊「合併」，彈出「要合併對象」的選擇框，將該框依次選中三條線段並單擊滑鼠左鍵，直線變為虛線顯示即表示選擇成功；三條線段都被選擇成功後單擊滑鼠右鍵或單擊enter即將三條線段合為一個閉合的多邊形；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，滑鼠左鍵再單擊「面域」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠，使「選擇對象框」選中多段線後單擊滑鼠左鍵再單擊滑鼠右鍵或單擊enter，創建面域成功；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，再點擊「建模」，再點擊「旋轉」，彈出「要旋轉的對象」的選擇框，用選擇框選中多邊形並單擊滑鼠左鍵，再單擊enter或單擊滑鼠右鍵在彈出的對話框中選擇「確認」並單擊滑鼠左鍵；之後就彈出了選擇旋轉軸的界面，滑鼠左鍵依次點擊線段l2的兩個端點後，彈出指定旋轉角度的界面，軟體默認旋轉角度為360°，直接單擊enter即可；
滑鼠左鍵單擊所形成的的線框圖形，再用滑鼠左鍵單擊工具欄中的「視圖」，左鍵再次單擊「視覺樣式」，左鍵再次單擊「真實」，即獲得液相殘留體積的模擬圖；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「工具」，滑鼠左鍵再單擊「查詢」，然後再單擊「面域/質量特性」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠使「選擇對象框」選中圖形並單擊滑鼠左鍵，再單擊滑鼠右鍵或單擊enter，從彈出的autocad文本框中獲得所需要的體積。
本發明用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置，其通過進退螺旋導軌來調整載物臺的水平位置，通過升降支架來調整載物臺的垂直位置，從而實現載物臺位置的調整，結構簡單，調整方便；本測量裝置通過螺旋進液器完成滴液，再通過垂直成像儀和水平成像儀對應完成俯視照片和側視照片的獲得，為後續絕對接觸面積和殘餘絕對體積的測量完成準備工作，本測量裝置結構簡單，操作方便，實用性強，成本低。
本發明用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置的測量方法，通過在被測試件表面滴定量去離子水，待液珠達到靜態平衡後，拍攝俯視照片和側視照片，導入電腦，用autocad軟體建立液珠模型後，得出液珠的絕對接觸面積和殘餘絕對體積來評價被測試件的疏水性。操作簡單，成本低，可減少人為因素的影響，適用於各種混凝土表面防腐技術對比試驗的評估。
無論是耐鹽水能力、耐鹽霧性能、耐酸鹼能力、吸水能力、耐酸雨能力的實驗，還是耐紫外老化能力的評價；無論是實驗室短期加速模擬環境，還是現場長期暴露實驗環境都可以用本發明的方法進行實驗與對比評估。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
如圖1所示的結構示意圖，
圖標號說明：底座1、前支架11、led燈帶11a、後支架12、水平氣泡儀13、調平支撐腳14、進退螺旋導軌2、升降支架3、第一水平導軌4、垂直調整支架41、垂直成像儀5、螺旋進液器6、第二水平導軌7、水平成像儀8、旋鈕9。
以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置，包括有底座1，底座1上軸向設置有進退螺旋導軌2，進退螺旋導軌2上設置有一升降支架3，該升降支架3的上端設置有載物臺31；底座1的前端設置有前支架11，前支架11的端部固定有垂直調整支架41，該垂直調整支架41上設置有第一水平導軌4，第一水平導軌4上設置有垂直成像儀5和螺旋進液器6，底座1的後端豎向設置有後支架12，後支架12上設置有第二水平導軌7，該第二水平導軌7上設置有水平成像儀8。
實施例中，底座1上設置有水平氣泡儀13。
實施例中，底座1的底面四角分別設置有調平支撐腳14。
為了保證測量的準確性，裝置使用前需要進行調平，設置水平氣泡儀13和調平支撐腳14，大大方便了調平作業的進行，能夠有效提高測量效率。
實施例中，前支架11的中部設置有led燈帶11a。設置led燈帶11a使垂直成像儀5和水平成像儀8拍攝的照片效果更佳、更清晰。
實施例中，前支架11呈倒l形結構。
實施例中，螺旋進液器6的數目為二個，二個螺旋進液器6分別設置於所述垂直成像儀5的兩側。設置二個螺旋進液器6能夠在兩塊被測試件進行滴液，能夠提高實驗效率，也能在對比實驗時保證客觀條件的一致性，從而提高實驗的準確性。
實施例中，垂直成像儀5和螺旋進液器6上均設置有用於調節水平位置的旋鈕9。
用於混凝土表面疏水性評價的測量裝置的測量方法，包括以下步驟：
步驟一、將被測試件固定於載物臺31上，調節升降支架3，使載物臺31的上表面與水平成像儀8的水平中心線相平齊；
步驟二、用螺旋進液器6在被測試件表面滴定量(2ml)去離子水，待液珠達到靜態平衡；
步驟三、在液珠旁放上水平標尺，利用垂直調整支架41和第一水平導軌4調節垂直成像儀5的垂直位置和水平位置，調整到位後，用垂直成像儀5拍攝液珠清晰的俯視照片，並導入電腦；這裡水平標尺採用菲林尺；
步驟四、在液珠旁放上垂直標尺，利用第二水平導軌7調整水平成像儀8的水平位置，調整到位後，用水平成像儀8拍攝液珠清晰的側視照片，並導入電腦；這裡垂直標尺採用內徑千分尺；
步驟五、用autocad軟體建立液珠模型，讀取液珠的底面面積以及體積，得出液珠的絕對接觸面積和殘餘絕對體積來評價被測試件的疏水性。
液相絕對接觸面積：液珠與試件表面接觸的面積稱為液相接觸面積。
殘餘絕對體積：在試件表面滴加定量液珠(2ml)，液珠與試件表面接觸後，一部分水滲透進入試件，導致試件表面的液珠體積改變，當達到液珠達到靜態平衡後液珠的體積稱為殘餘絕對體積。
滴加去離子水後，用放大鏡仔細觀察液珠與試塊接觸的邊緣，一段時間內(約5s)接觸邊緣無明顯向外擴張時，即判斷為靜態平衡。
為了保證測量的準確性，需要先確定軟體單位為毫米(mm),操作步驟如下：
進入autocad操作界面，左鍵點擊工具欄中「工具」，再左鍵點擊「選項」，再左鍵點擊「用戶系統配置」，從打開的界面中的「插入比例」獲得「源內容單位」和「目標圖像單位」都為「毫米」，左鍵點擊確定退出「選項」操作界面。
從尺寸的角度講，照片中的水滴與現實中的水滴相比已經進行了縮放，在autocad中想要獲得現實中水滴與試件的接觸面積或殘餘絕對體積，必須將圖片再進行縮放，處理成與實際水滴大小相同。具體操作步驟如下：
1)進入autocad操作界面，滑鼠左鍵點擊工具欄中「插入」，再滑鼠左鍵點擊「光柵圖像參照」，進入到「選擇參照文件」操作界面，找到所需圖片並滑鼠左鍵單擊，最後滑鼠左鍵單擊「打開」，進入「附著圖像」操作界面，在此界面確定「插入點」和「縮放比例」中的「在屏幕上指定」都被選擇(前面方框中有對勾選擇)，其他不做更改。再滑鼠左鍵單擊「確定」進入圖片插入界面，單擊「enter」(軟體默認圖片插入點為坐標原點(0，0))，再單擊「enter」(軟體默認圖片縮放比例因子為1)，雙擊滾輪，圖片顯示在操作界面正中。
2)從圖片中可以清晰的看到標尺(指內徑千分尺和菲林尺)的刻度線，測量兩條刻度線之間的距離為a，而現實中，標尺中倆條相鄰的刻度線間的距離是1毫米，這樣就可獲知圖片的縮放倍數。具體的操作步驟如下：在工具欄中滑鼠左鍵點擊「工具」，滑鼠左鍵再點擊「查詢」，再點擊「距離」，滑鼠左鍵依次點擊標尺上相鄰的兩條刻度線，即獲得兩條刻度線間距離。用倆條刻度線實際距離(1㎜)與獲得的距離之比，即為該圖片需要重新縮放的比例因子。
3)滑鼠左鍵點擊工具欄中「修改」，再點擊「縮放」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠，「將選擇對象框」放置於圖片之上，單擊滑鼠「左鍵」選中圖片，再單擊滑鼠右鍵或enter，再滑鼠左鍵單擊圖片中任何一點選定基點，再直接利用鍵盤輸入縮放因子，單擊enter或單擊滑鼠右鍵再左鍵點擊「確認」。縮放完成。
4)覆核。此步驟是為了校驗經過重新縮放的圖片中液珠尺寸是否與實際中相同。操作方法同步驟2)中相同，直至比例因子為1為止。
絕對接觸面積的獲得的具體步驟為：
打開autocad軟體，進入autocad操作界面，滑鼠左鍵點擊工具欄中「插入」，再滑鼠左鍵點擊「光柵圖像參照」，進入到「選擇參照文件」操作界面，找到所需俯視照片並滑鼠左鍵單擊插入，並調整圖片大小，直至比例因子為1為止；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，滑鼠左鍵再單擊「多段線」，進入多段線繪圖功能，沿著液珠與試件表面接觸邊界不斷地移動滑鼠，每移動一段距離都要點擊滑鼠左鍵一次，直至形成一個閉合的多邊形；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，滑鼠左鍵再單擊「面域」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠，使「選擇對象框」選中多段線後單擊滑鼠左鍵再單擊滑鼠右鍵或單擊enter，創建面域成功；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「工具」，滑鼠左鍵再單擊「查詢」，然後再單擊「面域/質量特性」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠使「選擇對象框」選中多段線並單擊滑鼠左鍵，再單擊滑鼠右鍵或單擊enter，從彈出的autocad文本框中獲得所需要的面積。autocad文本框所示的面積的單位為平方毫米，要轉化為平方釐米使用。
殘餘絕對體積的獲得的具體步驟為：
打開autocad軟體，進入autocad操作界面，滑鼠左鍵點擊工具欄中「插入」，再滑鼠左鍵點擊「光柵圖像參照」，進入到「選擇參照文件」操作界面，找到所需側視照片並滑鼠左鍵單擊插入，並調整圖片大小，直至比例因子為1為止；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，滑鼠左鍵再次點擊「直線」，彈出直線繪製框，沿液珠與試件表面接觸界面畫線段，記為l1，使用對象捕捉功能找出該線段中點，再次使用「直線」工具畫一條垂直於l1的線段，記為l2；滑鼠左鍵再次點擊工具欄中的「繪圖」，滑鼠左鍵單擊「多段線」功能彈出多段線繪製界面，以線段l1的某一端點為起點沿液珠表面移動滑鼠較短距離就點擊一次滑鼠左鍵繪製多段線，直至與線段l2相交，記多段線為l3；三條線就會圍成一個閉合的多邊形，並將多餘長度的線段去掉；
滑鼠左鍵單擊工具欄中的「修改」，然後滑鼠左鍵點擊「合併」，彈出「要合併對象」的選擇框，將該框依次選中三條線段並單擊滑鼠左鍵，直線變為虛線顯示即表示選擇成功；三條線段都被選擇成功後單擊滑鼠右鍵或單擊enter即將三條線段合為一個閉合的多邊形；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，滑鼠左鍵再單擊「面域」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠，使「選擇對象框」選中多段線後單擊滑鼠左鍵再單擊滑鼠右鍵或單擊enter，創建面域成功；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「繪圖」，再點擊「建模」，再點擊「旋轉」，彈出「要旋轉的對象」的選擇框，用選擇框選中多邊形並單擊滑鼠左鍵，再單擊enter或單擊滑鼠右鍵在彈出的對話框中選擇「確認」並單擊滑鼠左鍵；之後就彈出了選擇旋轉軸的界面，滑鼠左鍵依次點擊線段l2的兩個端點後，彈出指定旋轉角度的界面，軟體默認旋轉角度為360°，直接單擊enter即可；
滑鼠左鍵單擊所形成的的線框圖形，再用滑鼠左鍵單擊工具欄中的「視圖」，左鍵再次單擊「視覺樣式」，左鍵再次單擊「真實」，即獲得液相殘留體積的模擬圖；
滑鼠左鍵單擊工具欄中「工具」，滑鼠左鍵再單擊「查詢」，然後再單擊「面域/質量特性」，彈出「選擇對象框」，移動滑鼠使「選擇對象框」選中圖形並單擊滑鼠左鍵，再單擊滑鼠右鍵或單擊enter，從彈出的autocad文本框中獲得所需要的體積。autocad文本框所顯示的體積的單位為立方毫米，需轉化為立方釐米使用。
本發明的最佳實施例已闡明，由本領域普通技術人員做出的各種變化或改型都不會脫離本發明的範圍。