【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下工程耐久性，具体涉及一种多介质体系下的氯离子传输实验装置及方法。
技术介绍
1、地铁杂散电流诱导的氯离子腐蚀问题是地下工程耐久性面临的一个重大挑战。当前关于氯盐侵蚀环境下混凝土耐久性的试验方法主要有浸泡法和半浸泡法，其基本原理是通过将混凝土试块或试件浸泡或半浸泡于配制好的氯盐溶液中，形成持续侵蚀性人工环境，并通过外界电源模拟地铁杂散电流进行电加速氯离子的渗透速率，当侵蚀至设定时间，取出试件或试块，进行氯离子含量测定，从而对混凝土的抗氯盐侵蚀性能或耐久性问题开展研究。这些方法主要用来评价混凝土的抗侵蚀性能，而无法描述氯离子是如何从土壤中传输到混凝土位置的机理与过程。
2、现有的氯离子传输试验装置与试验方法判断氯离子传输位置时，需要暂停试验，并通过外力破坏暴露剖面：即需要对混凝土试件进行切割，并要求切割试件的设备采用水冷式金刚石锯或碳化硅锯，而喷雾器应适合喷洒硝酸银溶液，通过cl-与ag+反应生成氯化银沉淀进行显色反应来判断氯离子的传输位置。既需要中断试验进程，又不能做到实时可视化。更重要的是硝酸银溶液具有流动性，通过硝酸银喷雾无法准确获取具有更大孔隙中的土壤的氯离子具体位置，即传统的银离子显色法对于测定土壤中氯离子的传输位置已经失效，因此土壤-混凝土体系既缺乏相关试验设备，也缺乏相关显色方法。
3、因此，现提供一种适用于土壤-混凝土体系的多介质体系下的氯离子传输实验装置，及一种基于其的可视化显色的实验方法。
技术实现思路
1、因此，本专利技术
2、本专利技术公开了一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，包括：氯离子溶液传输结构和可视化实验结构，所述氯离子溶液传输结构将氯离子溶液传输至所述可视化实验结构并精准控制溶液水位；
3、所述可视化实验结构包括
4、玻璃腔体，包括位于圆柱形腔体和圆锥形连接部，所述圆柱形腔体内形成多种不同结构的土壤-混凝土多介质体系，所述圆锥形连接部与所述氯离子溶液传输结构联通；
5、温湿度传感结构，包括多个间隔设置在所述圆柱形腔体一侧且嵌入所述土壤-混凝土多介质体系中的温湿度传感器；
6、取样结构，包括多个间隔设置在所述圆柱形腔体另一侧且嵌入所述土壤-混凝土多介质体系中的取样管；
7、可视化显色结构，沿所述圆柱形腔体的高度方向且贴合侧壁设置，当氯离子容易传输至其位置时，其开始显色，且浓度越高颜色显色越明显；
8、以及，杂散电流加载系统，其加载在所述土壤-混凝土多介质体系的两端，还原真实杂散电流；
9、所述氯离子溶液传输结构包括；水位控制系统、带刻度供液箱、将所述带刻度供液箱与所述圆锥形连接部联通的连接管、以及设于所述连接管上对其进行开关控制的阀门。
10、所述水位控制系统在伺服空压机的作用下对所述带刻度供液箱的氯离子溶液提供不同压力以模拟不同深度的地下水位；伺服空压机所提供压力的计算公式为：
11、，
12、其中，为地下混凝土所处深度，为伺服空压机需要提供的压力，为所述带刻度供液的静水压。
13、所述温湿度传感器沿所述圆柱形腔体的高度方向每隔10cm设置一个；所述取样管沿所述圆柱形腔体的高度方向每隔5cm设置一个；所述温湿度传感器、所述取样管与所述圆柱形腔体的连接处均设有密封圈。
14、所述杂散电流加载系统包括设于所述土壤-混凝土多介质体系上下两端的钛金属电极网、波形发生器、双极性放大器以及杂散电流记录仪。
15、所述土壤-混凝土多介质体系包括自下而上/自上而下设置的多地层土壤、混凝土、以及不同高度的地下水。包括但不限于1:1设置的细沙层和高岭土层；或者，所述土壤-混凝土多介质体系包括4:1:5设置的高岭土层、粗砂层和细沙层；或者，所述土壤-混凝土多介质体系包括5:3:2设置的细沙层、高岭土层和饱和层，可模拟任何地下工程所处地下土壤环境。
16、所述圆柱形腔体和所述圆锥形连接部的连接处设有多孔板且覆盖土工织物，
17、所述可视化显色结构包括至少一根超分子凝胶棒材，所述超分子凝胶棒材包括外层凝胶以及包裹在其内的颜料微胶囊；其中，所述外层凝胶具备树状分子结构，且树状分子的外围设有能与氯离子形成强卤键作用的卤素原子；当氯离子溶液与所述超分子凝胶棒材接触时，所述外层凝胶转化成溶液，所述颜料微胶囊与水接触进而释放颜料并显色。
18、所述颜色微胶囊内的颜料优选设为溴酚蓝或酚酞。
19、一种多介质体系下的氯离子传输实验方法，包括如下步骤：
20、组装如上所述的多介质体系下的氯离子传输实验装置；
21、通过地下水调节带刻度供液箱及水位控制系统，以间接精确控制土壤-混凝土体系的地下水位；
22、通过杂散电流加载系统模拟地铁系统中产生的杂散电流信号，诱导地下水中的氯离子进行传输；
23、观察可视化显色结构的颜色变化，并对电信号进行实时监测并记录参数；
24、对记录的数据进行整理和分析，分析杂散电流对土壤-混凝土多介质体系中氯离子传输的影响规律。
25、本专利技术技术方案，具有如下优点：
26、在本专利技术中，该多介质体系下的氯离子传输实验装置可以模拟任意复杂土层以及任意饱和度，而非以往采用溶液代替土壤开展试验，其在氯离子传输过程可以实时可视化显示，而非以往必须中断试验采用银离子显色法，且银离子显色法不适用土壤环境。同时，本实施例也不需要中断实验，现有技术中的中断试验因为电迁移方向与重力方向相反，关闭杂散电流加载装置，将导致氯离子溶液受重力影响，进一步严重影响氯离子传输结果。因此，本实施例所述的多介质体系下的氯离子传输实验装置不仅适用于土壤-混凝土体系，而且可以进行实时可视化显色。
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1.一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，包括：氯离子溶液传输结构和可视化实验结构，所述氯离子溶液传输结构将氯离子溶液（3）传输至所述可视化实验结构并精准控制溶液水位；
2.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述氯离子溶液传输结构包括；水位控制系统（1）、带刻度供液箱（2）、将所述带刻度供液箱（2）与所述圆锥形连接部（6）联通的连接管（5）、以及设于所述连接管（5）上对其进行开关控制的阀门（4）。
3.根据权利要求2所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述水位控制系统（1）在伺服空压机的作用下对所述带刻度供液箱（2）的氯离子溶液（3）提供不同压力以模拟不同深度的地下水位；伺服空压机所提供压力的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述温湿度传感器（10）沿所述圆柱形腔体（7）的高度方向每隔10cm设置一个；所述取样管（12）沿所述圆柱形腔体（7）的高度方向每隔5cm设置一个；所述温湿度传感器（10）、所述取样管（12）与所述圆柱
5.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述杂散电流加载系统包括设于所述土壤-混凝土多介质体系（13）上下两端的钛金属电极网（9）、波形发生器（16）、双极性放大器（17）以及杂散电流记录仪（18）。
6.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述土壤-混凝土多介质体系（13）包括自下而上/自上而下设置的多土层，包括但不限于1:1设置的细沙层和高岭土层；或者，所述土壤-混凝土多介质体系（13）包括4:1:5设置的高岭土层、粗砂层和细沙层；或者，所述土壤-混凝土多介质体系（13）包括5:3:2设置的细沙层、高岭土层和饱和层。
7.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述圆柱形腔体（7）和所述圆锥形连接部（6）的连接处设有多孔板（8）且覆盖土工织物。
8.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述可视化显色结构包括至少一根超分子凝胶棒材（11），所述超分子凝胶棒材（11）包括外层凝胶以及包裹在其内的颜料微胶囊；其中，所述外层凝胶具备树状分子结构，且树状分子的外围设有能与氯离子形成强卤键作用的卤素原子；当氯离子溶液（3）与所述超分子凝胶棒材（11）接触时，所述外层凝胶棒材转化成溶液，所述颜料微胶囊与水接触进而释放颜料并显色。
9.根据权利要求8所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述颜色微胶囊内的颜料设为溴酚蓝或酚酞。
10.一种多介质体系下的氯离子传输实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，包括：氯离子溶液传输结构和可视化实验结构，所述氯离子溶液传输结构将氯离子溶液（3）传输至所述可视化实验结构并精准控制溶液水位；
2.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述氯离子溶液传输结构包括；水位控制系统（1）、带刻度供液箱（2）、将所述带刻度供液箱（2）与所述圆锥形连接部（6）联通的连接管（5）、以及设于所述连接管（5）上对其进行开关控制的阀门（4）。
3.根据权利要求2所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述水位控制系统（1）在伺服空压机的作用下对所述带刻度供液箱（2）的氯离子溶液（3）提供不同压力以模拟不同深度的地下水位；伺服空压机所提供压力的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述温湿度传感器（10）沿所述圆柱形腔体（7）的高度方向每隔10cm设置一个；所述取样管（12）沿所述圆柱形腔体（7）的高度方向每隔5cm设置一个；所述温湿度传感器（10）、所述取样管（12）与所述圆柱形腔体（7）的连接处均设有密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种多介质体系下的氯离子传输实验装置，其特征在于，所述杂散电流加载系统包括设于所述土壤-混凝土多介质体系（13）上下两端的钛金属电极网（9）、波形发生器（16）、...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈永青，黄大维，张鹏飞，刘林芽，王威，肖林发，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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