[發(fā)明專利]高壓水射流沖擊混凝土內(nèi)部裂紋擴展捕捉方法及捕捉設(shè)備

有效

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• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108333182B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉佳亮;李坤元;王多梁;張娣;杜書健
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50219
• 代理人: 劉立春

本發(fā)明公開了一種高壓水射流沖擊混凝土內(nèi)部裂紋擴展捕捉方法和設(shè)備，其中，方法包括以下步驟：S1.制備透明混凝土相似材料；S2.利用被染色劑著色后的高壓水沖擊所述透明混凝土相似材料使透明混凝土相似材料出現(xiàn)裂紋；S3.利用高速攝像機記錄所述透明混凝土相似材料的裂紋擴展過程；捕捉設(shè)備包括：高壓水射流裝置，用于向透明混凝土相似材料噴射著色后的高壓水；高速攝影機，用于記錄被高壓水沖擊的透明混凝土相似材料的裂紋擴展過程；本發(fā)明能夠直觀地捕捉到水射流沖擊混凝土內(nèi)部裂紋起裂、擴展、分岔和止裂信息，從而便于對高壓水射流破除混凝土的裂紋擴展模式及致裂機理進行研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水力沖擊混凝土裂紋擴展模式及致裂機理研究領(lǐng)域，具體是一種高壓水射流沖擊混凝土內(nèi)部裂紋擴展捕捉方法及設(shè)備。

背景技術(shù)

混凝土作為重要的建筑材料廣泛應(yīng)用于建筑、交通、水利、采礦等各個領(lǐng)域，由于載荷、風化、腐蝕、溫差效應(yīng)等因素的影響，混凝土結(jié)構(gòu)維修改造任務(wù)會愈發(fā)重要。目前對于混凝土出現(xiàn)的裂縫、孔洞、邊緣破損、板拱起等病害的維修，普遍采用振動錘、風鎬、炮機等傳統(tǒng)機械方法破除，露出鋼筋以便重新澆筑、翻新。事實證明這些方法存在作業(yè)環(huán)境差、工作效率低、勞動強度大等問題，而且無法區(qū)分混凝土性能強弱，施工質(zhì)量差，極易產(chǎn)生新的混凝土裂紋，造成混凝土鋼筋松動等，修復(fù)質(zhì)量無法得到保證。

高壓水射流破除混凝土是一種突破傳統(tǒng)機械方式的破碎技術(shù)，具有無污染、無熱反應(yīng)區(qū)、反作用小及選擇性破除等特點，在質(zhì)量、安全、環(huán)境保護等方面優(yōu)勢明顯。但混凝土在高壓水射流作用下的破壞機理尚不明晰，射流破除混凝土技術(shù)仍存在門檻泵壓較高，比能耗較大，局部精確破碎及可控致裂技術(shù)不足等問題，而精細化記錄高壓水射流破碎混凝土內(nèi)部裂紋起裂、擴展、分岔和止裂信息是解決以上問題的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

通過計算機斷層成像技術(shù)(Computed Tomography，CT)可以直觀展示射流破碎混凝土后內(nèi)部裂紋擴展和損傷演化終態(tài)，但無法對破碎動態(tài)過程進行檢測；光彈性法與焦散線法可以記錄高壓水射流沖擊混凝土破碎裂紋瞬時、動態(tài)發(fā)展歷程，但僅限于材料表面破壞狀態(tài)；此外，由于高壓水射流破碎混凝土為流體與固體非線性碰撞動力耦合問題，射流破碎混凝土物理力學過程復(fù)雜多變，理論研究和數(shù)值建模難度較大，必須進行簡化和假設(shè)，研究結(jié)果與實際破碎過程有一定差距。

因此，需要一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠直觀地觀測到高壓水射流沖擊混凝土內(nèi)部裂紋信號的試驗方法及設(shè)備，實現(xiàn)對高壓水射流破除混凝土致裂機理的全方位、動態(tài)化、精細化研究。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠直觀地捕捉到水射流沖擊混凝土時內(nèi)部裂紋信號，從而便于對高壓水射流破除混凝土致裂機理進行研究的高壓水射流沖擊混凝土內(nèi)部裂紋擴展捕捉方法及設(shè)備。

本發(fā)明的高壓水射流沖擊混凝土內(nèi)部裂紋擴展捕捉方法，包括以下步驟：S1.制備透明混凝土相似材料；S2.利用被染色劑著色后的高壓水沖擊所述透明混凝土相似材料使透明混凝土相似材料出現(xiàn)裂紋；S3.利用高速攝像機記錄所述透明混凝土相似材料的裂紋擴展過程；

進一步，步驟S1中，所述透明混凝土相似材料的制備方法包括以下步驟：S11將用于模擬砂漿的環(huán)氧樹脂、固化劑混合后倒入涂有脫模劑的模具；S12.將骨料倒入所述模具中成型并進行養(yǎng)護；

進一步，步驟S2中，所述高壓水中摻有高硬度固體顆粒；

進一步，步驟S2中，所述染色劑為墨汁；

進一步，所述高硬度固體顆粒為石榴石、金剛砂、石英砂和/或陶粒；

進一步，步驟S1中，基于單軸壓縮實驗，利用平均影響值算法，篩選出影響混凝土力學性能的關(guān)鍵制備參數(shù)；通過單因素輪轉(zhuǎn)法獲得各制備參數(shù)取值范圍；基于正交試驗設(shè)計確定與真實混凝土材料力學性能接近的透明混凝土相似材料制備參數(shù)組合。