一种混凝土硫化试验模拟系统及其模拟方法

本发明涉及混凝土耐so2腐蚀试验
技术领域：
，具体地说，是涉及一种混凝土硫化试验模拟系统及其模拟方法。
背景技术：
：工业建筑是推动和支撑社会经济发展的重要基础设施，其安全运行对保障国民经济持续健康发展有着非常重要的作用。随着腐蚀导致结构破坏事故不断增多，既有工业建筑混凝土结构的耐久性问题越来越受到关注。工业建筑混凝土结构由于耐久性病害导致的经济损失是巨大的。面向工业可持续发展这一国家战略需求，开展工业环境下混凝土结构腐蚀破坏的研究，对于保证国民经济持续健康发展、减少经济损失具有重大的实际意义。工业建设的迅速发展，使工业生产排放大量酸性废气。在电力、冶金、化工及石油等行业，so2是最主要的工业废气之一。so2扩散进入混凝土中，使混凝土的碱度降低，保护层表面开裂剥落，钢筋锈蚀，甚至导致构件承载力下降与结构失效。因此，研究so2环境下混凝土的硫化腐蚀破坏是工业环境混凝土抵抗so2腐蚀的重要技术和策略。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种混凝土硫化试验模拟系统及其模拟方法，用于模拟工业so2环境对混凝土结构破坏的模拟，为混凝土的抗so2腐蚀提供试验依据。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种混凝土硫化试验模拟系统，包括so2气瓶，与so2气瓶相连的气体混合室，以及与气体混合室相连的模拟室；所述模拟室包括工作箱，设置于工作箱上方的回风腔，安装于工作箱上与回风腔连接的风扇，设置于工作箱内的放置平台，设置于放置平台下方的出风腔，设置于出风腔下方的排水管道，以及设置于工作箱内的加热组件、制冷组件、加湿组件及温湿度传感器。进一步地，所述模拟系统还包括与出风腔连通的尾气处理装置。进一步地，所述so2气瓶与气体混合室通过管道连通，所述管道上设置有比例电磁阀和流量计。进一步地，所述so2气瓶与管道连接处设置有减压阀。进一步地，所述加热组件采用钛管电加热。进一步地，所述制冷组件采用制冷压缩机。进一步地，所述加湿组件包括水箱及设置于水箱内的蒸发器。进一步地，所述放置平台采用漏网的形式。本发明还提供一种混凝土硫化试验模拟系统的模拟方法，具体包括如下在步骤：(s1)设置三组试件分别测试so2环境中混凝土的质量、抗压强度和硫化深度；(s2)在试验前，对混凝土试件进行试验前处理；(s3)将处理后的试件放入硫化箱内的支架上，各试件间距不应小于50mm；(s4)按照试验条件设置试验箱内工作室的环境温度、相对湿度及so2浓度；(s5)按照规定的硫化龄期取出混凝土试件，进行测试；(s6)在每次测试中，每组混凝土试件测试结果均选用所有试件的平均值。进一步地，在所述步骤(s2)中，试验混凝土试件进行试验前处理过程为：所有混凝土试件在试验前2天从养护室取出，在60℃条件下烘48h；待试件温度降至室温后，采用环氧树脂将测试硫化深度的试件封面，仅留下两个相对的侧面，以保证so2在混凝土内部的扩散是一维的。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明的模拟系统通过so2气瓶将so2混合空气后通入到工作箱中，实现工业so2环境的模拟，进行混凝土快速硫化试验，快速试验20天，可以模拟实际工业so2环境腐蚀50年的效果。并且，该系统还可根据混凝土生成的工艺不同，so2环境的不同来调整工作箱中的温度、相对湿度和so2浓度，满足不同的试验条件。(2)本发明通过设置尾气处理装置，能够对so2等有害气体进行净化处理，气体达标后排放到空气中，避免污染环境。(3)本发明的放置平台下部设置了排水管道，用于模拟实验中混凝土腐蚀产生的酸水排放，漏网形式的放置平台，可以防止混凝土腐蚀后掉渣堵塞排水管道。附图说明图1为本发明的原理框图。其中，附图标记对应的名称为：1-so2气瓶，2-气体混合室，3-模拟室，4-工作箱，5-回风腔，6-风扇，7-放置平台，8-出风腔，9-排水管道，10-加热组件，11-制冷组件，12-加湿组件，13-温湿度传感器，14-尾气处理装置，15-管道，16-比例电磁阀，17-流量计，18-减压阀。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。实施例如图1所示，本发明公开的一种混凝土硫化试验模拟系统，包括so2气瓶1，与so2气瓶1相连的气体混合室2，以及与气体混合室2相连的模拟室3；所述模拟室3包括工作箱4，设置于工作箱4上方的回风腔5，安装于工作箱4上与回风腔5连接的风扇6，设置于工作箱4内的放置平台7，设置于放置平台7下方的出风腔8，设置于出风腔8下方的排水管道9，以及设置于工作箱4内的加热组件10、制冷组件11、加湿组件12及温湿度传感器13。其中，所述放置平台7采用漏网的形式。工作箱箱体下部的排水通道用于混凝土腐蚀产生酸水的排放，排水管道及其配属的阀门等均需要防腐蚀，混凝土腐蚀后掉渣，通过漏网的形式放置平台，避免掉渣堵塞排水管道。试验结束后，启动强排风装置，快速置换箱体工作室内的有害气体，避免开门后气体溢出。且为了对试验后的有害气体进行处理，该模拟系统还设置与出风腔8连通的尾气处理装置14。排出的空气通过尾气处理装置14中的固态碱、活性炭处理，气体达标后排放到空气中，避免污染环境。在本实施例中，所述加热组件10采用钛管电加热，用于实现对工作箱中的温度升高调节。所述制冷组件11采用制冷压缩机，用于实现降温除湿；所述加湿组件12包括水箱及设置于水箱内的蒸发器，用于实现工作箱内的湿度调节。其中，加热组件也可采用独立的锅炉蒸汽加湿，锅炉产生的蒸汽通过不锈钢管送进工作箱。在本实施例中，所述so2气瓶1与气体混合室2通过管道15连通，所述管道15上设置比例电磁阀16和流量计17。且所述so2气瓶1与管道2连接处设置减压阀18。比例电磁阀16和流量计17便于对工作箱内的so2浓度进行控制、调节。使用本发明进行混凝土硫化试验的试验步骤如下：(1)采用尺寸为100mm×100mm×100mm的立方体试件测试质量，150mm×150mm×150mm的立方体试件测试抗压强度，100mm×100mm×300mm的棱柱体试件测试硫化深度，每组选用3个试件取其平均值；(2)试件在试验前2天从养护室取出，在60℃条件下烘48h；(3)待试件温度降至室温后，采用环氧树脂将测试硫化深度的试件封面，仅留下两个相对的侧面，以保证so2在混凝土内部的扩散是一维的；(4)将处理后的试件放入硫化箱内的支架上，各试件间距不应小于50mm；(5)设置箱内工作室的环境温度、相对湿度及so2浓度；(6)在硫化龄期达到2、5、10、15和20天时，取出试件进行测试。其中，混凝土硫化试验出现下列情况之一时，可停止试验：(1)混凝土抗压强度损失率不小于25％；(2)达到20天腐蚀龄期。其性能测试方法如下：(1)硫化深度硫化达到相应腐蚀龄期后取出棱柱体试件，试件采用劈裂法在压力试验机上从一端开始破型。每次切除的厚度为50mm；切除后的试件断面用环氧树脂密封，放入硫化箱内，直至下一个试验期。切除所得的试件断面清理干净，随后喷上浓度为1％的酚酞酒精溶液(酒精含20％的蒸馏水)。经过约30s后，按照每10mm一个测试点用游标卡尺测试混凝土的硫化深度。试件两侧所有测点的算术平均值为试件的硫化深度。三个试件的算术平均值为混凝土的硫化深度。(2)质量变化率测试前试件在50℃条件下烘24h，待试件冷却至常温，采用感量为0.1g的电子天平测试其质量，质量变化率按下式计算：式中，δwn为腐蚀龄期为n天时混凝土试件的质量变化率,％；w0、wn是未硫化和硫化n天后的混凝土试件质量，kg。(3)抗压强度变化率混凝土的抗压强度依照gb/t50081-2019《普通混凝土物理力学性能试验方法标准》测试。以3个试件为一组，采用150mm×150mm×150mm的立方体试件进行测试，抗压强度按下式进行计算：式中，fc是混凝土立方体试件抗压强度，mpa；fc是试件抗压破坏荷载，n；ac是试件承压面积，mm2。不同龄期混凝土抗压强度变化率为：式中，δfn为腐蚀龄期为n天时混凝土试件的抗压强度变化率，％；fc0和fcn分别是未腐蚀和腐蚀龄期为n天时混凝土试件的抗压强度，mpa。本发明的模拟系统通过so2气瓶将so2混合空气后通入到工作箱中，实现工业so2环境的模拟，进行混凝土快速硫化试验，快速试验20天，可以模拟实际工业so2环境腐蚀50年的效果。由于生成工艺不同，环境中的温度、相对湿度和so2浓度不同。室内试验时，试验所用温、湿度采用实际工业so2环境中的温湿度，so2浓度扩大1000倍。例如：实际so2环境中温度为50℃，相对湿度为90％，so2浓度为0.0009％，快速so2试验中温度取50℃，相对湿度取90％，so2浓度取0.9％，通过公式计算，可得试验龄期为20天可以模拟实际工业环境50年的腐蚀效果。式中，x硫化深度，mm；k，硫化系数；c为so2浓度，％；t为so2腐蚀龄期，天。表1、2、3给出了混凝土试件在环境温度50℃，相对湿度为90％，so2浓度为0.9％的模拟条件下硫化龄期达到2、5、10、15和20天时的质量变化率、抗压强度变化率和硫化深度的相关试验数据。混凝土质量变化率(％)：配合比2天5天10天15天20天0.570.160.331.031.602.200.470.210.441.411.942.700.370.260.631.832.793.44表1混凝土抗压强度变化率(％)：配合比2天5天10天15天20天0.573.934.612.91-7.47-15.990.473.390.37-2.55-10.43-18.800.371.73-1.67-4.53-11.28-21.05表2混凝土硫化深度(mm)：配合比2天5天10天15天20天0.571.952.633.224.105.270.471.622.042.693.374.350.371.151.652.242.823.25表3试验数据表明，通过上述设计，本发明能够实现工业so2环境的模拟，进行混凝土快速硫化试验，快速试验20天，可以模拟实际工业so2环境腐蚀50年的效果。并且，该系统还可根据混凝土生成的工艺不同，so2环境不同调整工作箱中的温度、相对湿度和so2浓度，满足不同的试验条件。因此，具有很高的使用价值和推广价值。上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12