一种低水胶比混凝土液相提取装置及方法与流程

本发明涉及一种低水胶比(0.2-0.4)混凝土液相提取装置及方法，属于水泥混凝土性能测试技术。

背景技术：

水泥混凝土是当今最重要的建筑材料，广泛应用于建筑、交通、桥梁、水利、地下工程等领域。随着全球经济迅速发展，建设规模空前，水泥混凝土使用量逐年上升，对于经济高速发展的中国尤为突出。为了满足工程需求，低水胶比(水胶比是指每立方米混凝土用水量与所有胶凝材料用量的比值)混凝土的需求量越来越高，然而现代混凝土组分复杂，胶凝材料(包括水泥及掺合料)用量大，并且掺加了大量的工业废渣和外加剂，早期易开裂，导致长期力学强度和耐久性下降。我国近年来混凝土结构的过早失效时有发生，这不仅导致了国家财富大量流失，而且造成了资源与能源的极大浪费，更严重的是造成了大量的人员伤亡。

混凝土中物相分为气相、固相和液相，其中液相与混凝土的耐久性密切相关，例如液相的碱度影响钢筋的锈蚀和后期的碱骨料反应等。混凝土的液相起始于水泥水化，并贯穿于混凝土构件服役寿命的始终，因此研究混凝土的液相性质是十分必要的。目前提取混凝土液相的方法主要有萃取法、浸泡法和榨取法，萃取法和浸泡法都是对溶液进行等效处理，所得结果并不准确；而现有的榨取法由于设计的不足，不能榨取到低水胶比(0.2-0.4)的混凝土液相，例如仪器材质的选取方面，合适的材质才会使底座和样品仓具有足够的紧箍力。

因此需要更优越的设计来实现低水胶比混凝土液相的原味提取，然后通过一定的测试手段分析液相性质，包括液相的pH值及各种类离子的浓度，也可以跟踪严酷环境下盐的侵蚀，同时可用来优选原材料、优化配合比参数和科学指导施工。因此，开发一种低水胶比混凝土液相提取装置及方法具有十分重要的工程价值，能够为水泥混凝土质量监控提供科学的实验仪器，应用前景十分广阔。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低水胶比混凝土液相提取装置及方法，具有结构简单、操作方便、成本较低等特点，能够实现低水胶比混凝土液相的原味提取，从而为水泥混凝土的质量监控提供保障。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低水胶比混凝土液相提取装置，包括成型模具、切割机、电液式压力试验机、压取装置以及真空液相集成器；

其中，所述成型模具呈圆筒形，其内部填充有低水胶比混凝土，成型模具的外侧两端均套设有密封圈；填充有低水胶比混凝土的成型模具与密封圈组合成密封试模，从而进行低水胶比混凝土的标准养护，并通过切割机将完成标准养护后的密封试模切割成若干段长度一致的小段样品；

所述压取装置包括传力轴、样品仓及底座，且样品仓呈圆筒形，其内径与传力轴的外径相适配；传力轴设置于样品仓内布置的小段样品上方，通过电液式压力试验机的压盘对传力轴的压动实现样品仓内低水胶比混凝土的液相压取；底座整体呈圆桶形，其内径与与样品仓的外径相适配，承接有样品仓的底座设置于电液式压力试验机的工作台上；

所述真空液相集成器包括真空管、导管及针头，且导管一端与针头相连，其另一端与真空管顶部相连通，利用真空快速吸取采集的低水胶比混凝土液相并进行密封保存，防止液体的碳化和蒸发。低水胶比混凝土液相暴露在空气中容易发生碳化，pH值会发生变化，同时液相中水的蒸发会导致离子的解析和浓度的变化，对低水胶比混凝土液相性质的测试结果造成干扰。

优选的，所述底座的内侧底面上设置有1～2mm宽度的曲折状导液通道，且底座的底部一侧设置有容纳塑料杯的凹槽；所述导液通道从底座中部延伸至塑料杯上方，且塑料杯上方的导液通道内设置有连通底座底部凹槽的导液通孔。样品仓内压取到的低水胶比混凝土液相通过导液通道导出，并从导液通孔流入塑料杯中，便于液体收集，同时也可避免砼渣受压堵塞导液通孔。

优选的，所述样品仓与底座之间铺设有水系滤网，起到过滤作用的同时能够阻挡混凝土渣进入导液通道，从而有效避免混凝土渣堵塞导液通孔。

优选的，所述导管与针头相连的一侧设置有水系滤头，对吸取的液体进行二次过滤。

优选的，所述密封圈包括套设于成型模具外侧的硅胶管套以及套设于硅胶管套外的不锈钢环箍。

优选的，所述底座由高硬度不锈钢制成，能够承受高压力的同时保证仪器的完好无损，为高压榨取低水胶比混凝土提供良好承载面的同时保证仪器不生锈，避免了仪器自身对试验的干扰。

优选的，所述成型模具及真空管均由PVC塑料制成，密封效果好，成本较低。

一种低水胶比混凝土液相提取方法，包括以下步骤：

步骤A：组合密封试模与标准养护

首先在成型模具外侧的一端套设好密封圈，其次将低水胶比混凝土填充到成型模具内，震动捣实后在成型模具外侧的另一端套设密封圈，从而完成密封试模的组合，而后按照设定时间进行低水胶比混凝土的标准养护；

步骤B：低水胶比混凝土的液相压取

通过切割机将完成标准养护后的密封试模切割成若干段长度一致的小段样品，而后在电液式压力试验机的工作台中心位置处依次布置底座、塑料杯、水系滤网、样品仓、小段样品及传力轴；完成布置后启动电液式压力试验机，通过其压盘对传力轴的压动实现样品仓内低水胶比混凝土的液相压取；压取的低水胶比混凝土液相经过水系滤网的过滤后沿导液通道及导液通孔流入塑料杯，从而完成低水胶比混凝土液相的收集；

步骤C：低水胶比混凝土液相的密封保存

通过真空液相集成器快速吸取塑料杯里的低水胶比混凝土液相，而后通过真空管进行低水胶比混凝土液相的密封保存。

优选的，步骤B中，密封试模切割完成后，首先在传力轴上及样品仓内喷涂润滑剂，而后在电液式压力试验机的工作台中心位置处依次布置底座、塑料杯、水系滤网、样品仓、小段样品及传力轴。喷涂润滑剂是为了减小传力轴与样品仓内壁摩擦产生的阻力，且润滑剂是有机物，与低水胶比混凝土内的溶液互不相容，其分子比水分子大，无法通过水系滤网，因而不会对低水胶比混凝土的液相提取造成干扰。

有益效果：本发明提供的一种低水胶比混凝土液相提取装置及方法，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单，操作方便，成本较低，通过密封标准养护及高压压榨的方式实现了低水胶比混凝土液相的原味提取，为低水胶比混凝土液相的分析奠定了基础；2、利用真空液相集成器实现了液体的高效采集和密封保存，同时利用多次过滤保证了所提取低水胶比混凝土液相的纯度，为水泥混凝土的质量监控提供了保障。

附图说明

图1为本发明中密封试模的结构示意图；

图2为本发明中小段样品切割成型的结构示意图；

图3为本发明中电液式压力试验机和压取装置的结构示意图；

图4为本发明中压取装置的剖面示意图；

图5为本发明中底座的俯视图；

图6为本发明中真空液相集成器的结构示意图；

图7为本发明实施例1所提取低水胶比混凝土液相的结果示意图；

图8为本发明实施例2所提取低水胶比混凝土液相的结果示意图；

图9为本发明实施例3所提取低水胶比混凝土液相的结果示意图；

图10为本发明实施例4所提取低水胶比混凝土液相的结果示意图；

图中包括：1、成型模具，2、低水胶比混凝土，3、密封圈，31、硅胶管套，32、不锈钢环箍，4、切割机，5、电液式压力试验机，6、传力轴，7、样品仓，8、底座，9、真空管，10、导管，11、水系滤头，12、针头，13、导液通道，14、凹槽，15、塑料杯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、2、3、6所示为一种低水胶比混凝土液相提取装置，包括成型模具1、切割机4、电液式压力试验机5、压取装置以及真空液相集成器；

其中，所述成型模具1呈圆筒形，其内部填充有低水胶比混凝土2，成型模具1的外侧两端均套设有密封圈3；填充有低水胶比混凝土2的成型模具1与密封圈3组合成密封试模，从而进行低水胶比混凝土2的标准养护，并通过切割机4将完成标准养护后的密封试模切割成若干段长度一致的小段样品；

所述压取装置包括传力轴6、样品仓7及底座8，且样品仓7呈圆筒形，其内径与传力轴6的外径相适配；传力轴6设置于样品仓7内布置的小段样品上方，通过电液式压力试验机5的压盘对传力轴6的压动实现样品仓7内低水胶比混凝土的液相压取；底座8整体呈圆桶形，其内径与与样品仓7的外径相适配，承接有样品仓7的底座8设置于电液式压力试验机5的工作台上；

所述真空液相集成器包括真空管9、导管10及针头12，且导管10一端与针头12相连，其另一端通过瓶塞穿刺器与真空管9顶部相连通，利用真空快速吸取采集的低水胶比混凝土液相并进行密封保存。

如图5所示，所述底座8的内侧底面上设置有1～2mm宽度的曲折状导液通道13，且底座8的底部一侧设置有容纳塑料杯15的凹槽14；所述导液通道13从底座8中部延伸至塑料杯15上方，且塑料杯15上方的导液通道13内设置有连通底座8底部凹槽14的导液通孔。

本实施例中，所述样品仓7与底座8之间铺设有水系滤网；所述导管10与针头12相连的一侧设置有水系滤头11；所述密封圈3包括套设于成型模具1外侧的硅胶管套31以及套设于硅胶管套31外的不锈钢环箍32。

本实施例中，所述底座8由高硬度不锈钢制成，且成型模具1及真空管9均由PVC塑料制成。

一种低水胶比混凝土液相提取方法，包括以下步骤：

步骤A：组合密封试模与标准养护

首先在成型模具1外侧的一端套设好密封圈3，其次将低水胶比混凝土2填充到成型模具1内，震动捣实后在成型模具1外侧的另一端套设密封圈3，从而完成密封试模的组合，而后按照设定时间进行低水胶比混凝土2的标准养护；

步骤B：低水胶比混凝土的液相压取

通过切割机4将完成标准养护后的密封试模切割成若干段长度一致的小段样品，并在传力轴6上及样品仓7内喷涂润滑剂，而后在电液式压力试验机5的工作台中心位置处依次布置底座8、塑料杯15、水系滤网、样品仓7、小段样品及传力轴6；完成布置后启动电液式压力试验机5，通过其压盘对传力轴6的压动实现样品仓7内低水胶比混凝土的液相压取；压取的低水胶比混凝土液相经过水系滤网的过滤后沿导液通道13及导液通孔流入塑料杯15，从而完成低水胶比混凝土液相的收集；

步骤C：低水胶比混凝土液相的密封保存

通过真空液相集成器快速吸取塑料杯15里的低水胶比混凝土液相，而后通过真空管9进行低水胶比混凝土液相的密封保存。

实施例1：

采用P.I52.5硅酸盐水泥，自来水。配合比(g)：水泥-1300,水-520

首先在低水胶比混凝土成型模具一端安装好密封圈，将新拌低水胶比混凝土(水灰比0.4)从一端注入低水胶比混凝土成型模具中，震动捣实后再加密封圈；标准养护60d后取出，试样带模具在切割机中切割加工成合适的小段，脱模待用；将润滑剂喷涂于传力轴和样品仓；依次在电液式压力试验机台中组装好塑料杯、底座、水系滤网、样品仓，样品及传力轴，启动电液式压力试验机进行施压，待液相流入塑料杯中，再利用真空液相集成器处理收集液相，如图7所示。对液相的各离子进行测试，结果测得结果如下：

提取液相8mL，

c(Na⁺)＝145.0739mmol/L

c(K⁺)＝395.0700mmol/L

c(SO₄^2-)＝47.0844mmol/L

c(Ca²⁺)＝8.4037mmol/L

c([SiO₄]^4-)＝7.6439mmol/L

c(AlO₂^-)＝0.5433mmol/L

c(Fe³⁺)＝0.0224mmol/L

pH＝13.37

实施例2：

采用P.I52.5硅酸盐水泥，自来水。配合比(g)：水泥-1300，水-390

首先在低水胶比混凝土成型模具一端安装好密封圈，将新拌低水胶比混凝土(水灰比0.3)从另一端注入低水胶比混凝土成型模具中，震动捣实后加密封圈；标准养护28d后取出，试样带模具在切割机中切割加工成合适的小段，脱模待用；润滑剂喷涂于传力轴和样品仓；依次在电液式压力试验机台中组装好塑料杯、底座、水系滤网、样品仓、样品及传力轴，启动电液式压力试验机进行施压，待液相流入塑料杯中，再利用真空液相集成器处理收集液相，如图8所示。对液相的各离子进行测试，结果测得结果如下：

提取液相10mL

c(Na⁺)＝100.2691mmol/L

c(K⁺)＝301.7400mmol/L

pH＝13.66，c(SO₄^2-)＝120.2641mmol/L

c(Ca²⁺)＝2.4718mmol/L

c([SiO₄]^4-)＝1.0674mmol/L

c(AlO₂^-)＝0.8920mmol/L

c(Fe³⁺)＝0.0576mmol/L

实施例3：

采用P.I52.5硅酸盐水泥，自来水。配合比(g)：水泥-910，水-390，粉煤灰390

首先在低水胶比混凝土成型模具一端安装好密封圈，将掺有30％粉煤灰的新拌低水胶比混凝土(水灰比0.3、粉煤灰掺量30％)从另一端注入低水胶比混凝土成型模具中，震动捣实后加密封圈；标准养护28d后取出，试样带模具在切割机中切割加工成合适的小段，脱模待用；将润滑剂喷涂于传力轴和样品仓；依次在电液式压力试验机台中组装好塑料杯、底座、水系滤网、样品仓、样品及传力轴，启动电液式压力试验机进行施压，待液相流入塑料杯中，再利用真空液相集成器处理收集液相，如图9所示。对液相的各离子进行测试，结果测得结果如下：

提取液相10mL，

c(Na⁺)＝85.6672mmol/L，

c(K⁺)＝279.1638mmol/L，pH＝13.34，

c(SO₄^2-)＝96.0381mmol/L，

c(Ca²⁺)＝2.2836mmol/L，c([SiO₄]^4-)＝0.9604mmol/L，

c(AlO₂^-)＝0.7108mmol/L，c(Fe³⁺)＝0.0361mmol/L

实施例4：

采用P.I52.5硅酸盐水泥，自来水。配合比(g)：水泥-650,水-390，粉煤灰650

首先在低水胶比混凝土成型模具一端安装好密封圈，将掺有50％粉煤灰的新拌低水胶比混凝土(水灰比0.3、粉煤灰掺量50％)从另一端注入低水胶比混凝土成型模具中，震动捣实后加密封圈；标准养护28d后取出，试样带模具在切割机中切割加工成合适的小段，脱模待用；将润滑剂喷涂于传力轴和样品仓；依次在电液式压力试验机台中组装好塑料杯、底座、水系滤网、样品仓、样品及传力轴，启动电液式压力试验机进行施压，待液相流入塑料杯中，再利用真空液相集成器处理收集液相，如图10所示。对液相的各离子进行测试，结果测得结果如下：

提取液相10mL，c(Na⁺)＝65.4681mmol/L，

c(K⁺)＝249.3816mmol/L

pH＝13.28，c(SO₄^2-)＝70.6027mmol/L，

c(Ca²⁺)＝1.0384mmol/L

c([SiO₄]^4-)＝0.5492mmol/L

c(AlO₂^-)＝0.3605mmol/L

c(Fe³⁺)＝0.0085mmol/L

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。