一种混凝土氯离子扩散模拟试验装置及检测方法与流程

本发明涉及混凝土性能研究，更具体地说，它涉及一种混凝土氯离子扩散模拟试验装置及检测方法。

背景技术：

1、氯盐在混凝土中的扩散是导致氯盐腐蚀的主要原因。

2、为了提高混凝土结构的耐久性，需要针对不同维度下氯离子传输进行研究，一些研究者提出了基于fick扩散定律的模型，通过计算得出了氯离子在混凝土中的浓度分布和迁移速度。在二维和三维扩散模型中，研究者通常采用计算流体力学（cfd）方法来模拟混凝土中的流动和传质过程。

3、总体来说，不同维度下氯离子的传输规律和混凝土中氯离子的分布情况，对于混凝土耐久性的研究具有重要意义。通过理论模型和实验研究，可以更加深入地了解氯离子的传输机理，并提出相应的防治措施，从而保证混凝土结构的耐久性和安全性。

4、但目前，没有较好的模拟海水浸泡混凝土结构的设备，常规的多是直接将混凝土等比例缩小的试验件置于浸泡箱中进行浸泡，而混凝土在海水中浸泡时，所受到氯离子的影响会因为海水的状态（如是否存在海浪）而有所不同，主要体现在两个方面：

5、物理作用：

6、冲击和搅拌：海浪不断地冲击混凝土表面，可以增加表面的氯离子浓度，并通过不断的搅拌作用促进氯离子向混凝土内部扩散。

7、冲刷作用：海浪还可能带走混凝土表面的一些物质，包括已经吸附或结合了氯离子的部分，这可能在一定程度上减少氯离子的累积，但同时也会造成混凝土的物理损伤。

8、化学作用：

9、海水中的盐分含量高，特别是氯化物含量高，这为氯离子提供了充足的来源。

10、水动力学条件的变化（如波浪运动）会影响氯离子的传输速率，从而影响扩散系数。

11、研究表明，海浪的作用可以显著提高混凝土表面附近氯离子的浓度梯度，进而增加氯离子的扩散速度。此外，海浪带来的物理磨损也可能导致混凝土表面的微裂缝增多，为氯离子提供更多的通道进入混凝土内部，而采用目前常规的浸泡设备，均无法能够获取此类影响数据，导致模拟模型的数据存在误差，从而使得混凝土结构在海水中的实际使用寿命存在较大偏差。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种混凝土氯离子扩散模拟试验装置及检测方法。

2、本发明提供了一种混凝土氯离子扩散模拟试验装置，包括试件移动机构、设于试件移动机构下方的浸泡机构、设于浸泡机构上的波浪模拟机构以及连接在波浪模拟机构上的波高仪，所述试件移动机构用于调节混凝土试件的三维空间坐标以及混凝土试件绕z轴线转动的角度，所述浸泡机构用于储存设定量的海水，所述波浪模拟机构用于在浸泡机构中往复移动并推动海水产生规则或不规则的波浪，所述波高仪用于获取浸泡机构中产生的波浪数据，所述波浪数据包括波浪高度和周期；

3、所述试件移动机构包括三维移动平台、连接在三维移动平台上的旋转机构以及连接在旋转机构上的夹持机构，所述三维移动平台用于调节旋转机构和夹持机构的三维空间坐标，所述旋转机构用于驱使夹持机构绕z轴线转动设定角度，所述夹持机构用于限位夹持混凝土试件；

4、所述三维移动平台包括支撑架、设于支撑架上的x轴向移动组件、连接在x轴向移动组件上的y轴向移动组件以及连接在y轴向移动组件上的z轴向移动组件，所述旋转机构连接在z轴向移动组件上；

5、所述波浪模拟机构包括直线式推波组件以及连接在直线式推波组件上的往复驱动组件，所述往复驱动组件用于驱使直线式推波组件往复移动。

6、作为本发明的进一步优化方案，所述x轴向移动组件包括对称连接在支撑架上的两个x轴向滑轨、连接在其中一个x轴向滑轨上的x轴向齿条、滑动连接在x轴向滑轨上的第一移动平台、固定安装在其中一个第一移动平台上的第一电机以及连接在第一电机输出轴端的第一齿轮，所述第一齿轮与x轴向齿条相啮合。

7、作为本发明的进一步优化方案，所述y轴向移动组件包括连接在第一移动平台上的y轴向滑轨、连接在y轴向滑轨上的y轴向齿条、滑动连接在y轴向滑轨上的第二移动平台、固定安装在第二移动平台上的第二电机以及连接在第二电机输出轴端的第二齿轮，所述第二齿轮与y轴向齿条相啮合。

8、作为本发明的进一步优化方案，所述z轴向移动组件包括固定连接在第二移动平台上的z轴向限位滑轨、滑动连接在z轴向限位滑轨上的z轴向移动杆、固定安装在第二移动平台上的第三电机、活动连接在z轴向限位滑轨上的绕线盘、连接在绕线盘和z轴向移动杆之间的钢索，所述第三电机输出轴端与绕线盘的盘轴连接。

9、作为本发明的进一步优化方案，所述旋转机构包括固定连接在z轴向移动杆上的固定连接盘、活动连接在固定连接盘下端的活动连接盘、固定连接在固定连接盘上端的第四电机、连接在第四电机输出轴端的第三齿轮以及固定连接在活动连接盘内壁上的环形齿轮，所述第三齿轮与环形齿轮相啮合。

10、作为本发明的进一步优化方案，所述夹持机构包括固定连接在活动连接盘上的固定支架、对称连接在固定支架上的两个固定轴、活动连接在固定轴上的夹爪、对称连接在固定支架上的两个液压缸以及连接在液压缸输出端和相应夹爪之间的连杆。

11、作为本发明的进一步优化方案，所述浸泡机构包括浸泡箱以及设于浸泡箱内壁上的消波斜坝，浸泡箱上连接有通水管。

12、作为本发明的进一步优化方案，所述直线式推波组件包括限位框架、可拆卸式连接在限位框架上的限位板、滑动连接在限位板上的十字移动杆、对称连接在十字移动杆上的两个固定齿条、连接在十字移动杆一端的防脱头、连接在十字移动杆另一端的螺杆、螺纹连接在螺杆上的推波板和限位螺母，所述限位螺母用于限位夹持推波板，限位板上设有与十字移动杆相匹配的十字限位槽，所述限位框架可拆卸式连接在浸泡箱上，所述波高仪通过硬质管道连接在限位框架上。

13、作为本发明的进一步优化方案，所述往复驱动组件包括可拆卸式连接在限位框架上的拼接式外壳、固定安装在拼接式外壳内的第五电机、连接在第五电机输出轴端的联轴器、连接在拼接式外壳内壁上的第一轴承和两个对称分布的第二轴承、连接在第一轴承上的第一转轴、连接在第一转轴上的第四齿轮、连接在第二轴承上的第二转轴、连接在其中一个第二转轴上的第五齿轮以及连接在第二转轴上的第六齿轮，所述第六齿轮与相应设置的固定齿条相啮合，所述拼接式外壳上设有穿孔，穿孔供十字移动杆和固定齿条穿过。

14、一种混凝土氯离子扩散模拟试验检测方法，采用如上述的混凝土氯离子扩散模拟试验装置，包括以下步骤：

15、步骤s1、搭建三维移动平台和浸泡机构于相应海域的岸边，在三维移动平台上连接旋转机构和夹持机构，在浸泡机构上安装波浪模拟机构和波高仪；

16、步骤s2、将海水导入浸泡机构中，通过三维移动平台将旋转机构和夹持机构移动至混凝土试件处，通过夹持机构夹持混凝土试件，并通过三维移动平台将混凝土试件移动至浸泡机构中设定位置处；

17、步骤s3、基于海域实时水文数据，调节浸泡机构中的海水量，并控制波浪模拟机构于浸泡机构中生成设定周期和波高的波浪，并通过旋转机构旋转夹持机构和混凝土试件设定角度，以使得波浪冲击混凝土试件的设定表面区域；

18、步骤s4、定期进行海水的补充或更换，试验终止时，取出混凝土试件，并检测混凝土试件中的氯离子扩散数据。

19、本发明的有益效果在于：本发明采用可三维移动以及转动混凝土试件的试件移动机构，搭配可进行模拟天然波浪的浸泡设备，通过对混凝土结构件所要搭建的海域进行实时水文数据采集，并基于实际构建地的海域水文信息来在浸泡设备中模拟使用场景，从而获得最真实的氯离子扩散数据，从而针对性的对相应的氯离子扩散计算模型进行数据补充和修正，从而提高氯离子扩散计算模型的准确性。