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申请/专利权人：宁波用躬科技有限公司

摘要：本发明公开了一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，包括水槽、上模板、下模板、两个遇水膨胀密封垫、传感器、应变测试仪和计算机，上模板和下模板均位于水槽内，上模板和下模板以可拆卸的方式连接，且上模板和下模板之间设置有垫片，一个遇水膨胀密封垫固定在上模板的下表面，另一个遇水膨胀密封垫固定在下模板的上表面，传感器固定在两个遇水膨胀密封垫之间，且用于采集两个遇水膨胀密封垫之间的接触应力，应变测试仪的输入端与传感器电连接，应变测试仪的输出端与计算机电连接；优点是能有效评估遇水膨胀密封垫的使用寿命。

主权项：1.一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，其特征在于：包括水槽、上模板、下模板、两个遇水膨胀密封垫、传感器、应变测试仪和计算机，所述的上模板和所述的下模板均位于所述的水槽内，所述的上模板和所述的下模板以可拆卸的方式连接，且所述的上模板和所述的下模板之间设置有垫片，一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的上模板的下表面，另一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的下模板的上表面，所述的传感器固定在两个所述的遇水膨胀密封垫之间，且用于采集两个所述的遇水膨胀密封垫之间的接触应力，所述的应变测试仪的输入端与所述的传感器电连接，所述的应变测试仪的输出端与所述的计算机电连接，所述的上模板和所述的下模板的前后两端分别固定有限位板，所述的上模板的下表面开设有上沟槽，一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的上沟槽内，所述的下模板的上表面开设有下沟槽，另一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的下沟槽内。

全文数据：预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置及其试验方法技术领域本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及到预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置及其试验方法。背景技术遇水膨胀密封垫的材料为遇水膨胀类橡胶（WSR），其是一种具有弹性密封和遇水膨胀双重功能的弹性体，目前在我国隧道及地下工程领域中，采用遇水膨胀密封垫作为防水材料已经成为一个新的方向，在使用过程中，遇水膨胀密封粘贴于防水沟槽内，这样待盾构管片拼装后，密封垫间保持了一定的接触压力，但是随时间发展，密封垫自身会发生一定的应力松弛，因此密封垫的接触应力发生一定的衰减。但是由于遇水膨胀密封垫遇水后会在防水沟槽内会发生一定的膨胀，此时接触应力会抵消一部分应力松弛，从而起到防水和保证应力的作用。遇水膨胀密封垫在隧道工程中起到非常巨大的作用，其使用寿命的长短直接关乎整个工程的安全，但是在现有技术中，没有专门的设备以及方法来预测遇水膨胀密封垫使用寿命。发明内容本发明的主要目的之一在于提供一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，其能有效评估遇水膨胀密封垫的使用寿命。为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，包括水槽、上模板、下模板、两个遇水膨胀密封垫、传感器、应变测试仪和计算机，所述的上模板和所述的下模板均位于所述的水槽内，所述的上模板和所述的下模板以可拆卸的方式连接，且所述的上模板和所述的下模板之间设置有垫片，一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的上模板的下表面，另一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的下模板的上表面，所述的传感器固定在两个所述的遇水膨胀密封垫之间，且用于采集两个所述的遇水膨胀密封垫之间的接触应力，所述的应变测试仪的输入端与所述的传感器电连接，所述的应变测试仪的输出端与所述的计算机电连接。所述的上模板和所述的下模板的前后两端分别固定有限位板。该结构中，限位板的设置能防止在试验过程中，上模板和下模板前后发生位移，以排除遇水膨胀密封垫产生纵向膨胀对接触应力试验结果的干扰。所述的上模板的下表面开设有上沟槽，一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的上沟槽内，所述的下模板的上表面开设有下沟槽，另一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的下沟槽内。上沟槽和下沟槽的开设用于放置遇水膨胀密封垫，以防止遇水膨胀密封垫发生移位。所述的传感器为薄膜传感器。该结构中，薄膜传感器具有精度高、性能稳定、温漂小、可靠性高等优点，使试验数据更准确。所述的垫片为钢制垫片。该结构中，钢制垫片的设置能够模拟盾构隧道管片的张开量，采用钢制垫片其使用寿命较长，更有利于试验进行。所述的上模板和所述的下模板之间通过若干个M10螺栓固定。本发明的另一个目的在于采用预测遇水膨胀密封垫使用寿命试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将固定有遇水膨胀密封垫的上模板安装到固定有遇水膨胀密封垫的下模板上，安装完毕后，在上模板和下模板的前后两侧分别安装限位板；S2：在上模板和下模板之间安装垫片，以模拟盾构隧道管片的张开量；S3：在两个遇水膨胀密封垫之间安装薄膜传感器；S4：将上模板和下模板锁紧后在空气中置于12小时，然后放置到水槽中，水槽中的水压大小与设计工况一致；S5：薄膜传感器依次连接应变测试仪和计算机，应变测试仪采集薄膜传感器传输的接触应力数据后并输送至计算机，计算机进行数据汇总，获取接触应力-时间的曲线；S6：从接触应力-时间的曲线中获取接触应力为0时所对应的时间点，即为遇水膨胀密封垫的使用寿命值。在安装薄膜传感器之前对薄膜传感器进行防水处理。在该步骤中，对薄膜传感器进行防水处理，以保证薄膜传感器在水环境中，能够长时间使用。对传感器的防水处理工序包括以下步骤，a.将703胶水均匀地涂在薄膜传感器需要防护的部分周围；b.将涂完胶水的薄膜传感器置于保鲜膜中部，将保鲜膜沿着长度方向向下对折，将折痕与薄膜传感器头部持平；c.轻压薄膜传感器，使703胶水在薄膜传感器周围形成约2mm厚的薄层；d.最后将处理完成的传感器在空气中放置24小时，使胶水充分凝固成膜。在步骤S4中，通过若干个M10螺栓将上模板和下模板锁紧。与现有技术相比，本发明的优点在于：水槽的设置用来模拟试验所要求的水压环境，以模拟真实的管片所受水荷载情况；上模板和下模板用于模拟盾构隧道的管片结构；垫片的厚度可以根据实际情况进行选择，其用来模拟盾构隧道的管片结构；传感器设置在上下两个遇水膨胀密封垫之间，其用于采集遇水膨胀密封垫之间的接触应力，并将接触应力数据传输给应变测试仪，应变测试仪再将相关数据传输至计算机，进行数据分析，评估出遇水膨胀密封垫的使用寿命。附图说明图1是本发明的主视图；图2是本发明的侧视图；图3是本发明的俯视图；图4是本发明中传感器的结构图；图5是本发明的原理图；图6是本发明中接触应力-时间的曲线图。具体实施方式以下结合附图实施例对发明作进一步详细描述。实施例一：如图所示，一种预测遇水膨胀密封垫4使用寿命的试验装置，包括水槽1、上模板2、下模板3、两个遇水膨胀密封垫4、传感器5、应变测试仪6和计算机7，上模板2和下模板3均位于水槽1内，上模板2和下模板3以可拆卸的方式连接，且上模板2和下模板3之间设置有垫片10，一个遇水膨胀密封垫4固定在上模板2的下表面，另一个遇水膨胀密封垫4固定在下模板3的上表面，传感器5固定在两个遇水膨胀密封垫4之间，且用于采集两个遇水膨胀密封垫4之间的接触应力，应变测试仪6的输入端与传感器5电连接，应变测试仪6的输出端与计算机7电连接。本实施例中，上模板2和下模板3的前后两端分别固定有限位板8。本实施例中，上模板2的下表面开设有上沟槽21，一个遇水膨胀密封垫4固定在上沟槽21内，下模板3的上表面开设有下沟槽31，另一个遇水膨胀密封垫4固定在下沟槽31内。本实施例中，传感器5为薄膜传感器5。本实施例中，垫片10为钢制垫片10。本实施例中，上模板2和下模板3之间通过若干个M10螺栓9固定。实施例二：如图所示，一种预测遇水膨胀密封垫4使用寿命的试验装置，包括水槽1、上模板2、下模板3、两个遇水膨胀密封垫4、传感器5、应变测试仪6和计算机7，上模板2和下模板3均位于水槽1内，上模板2和下模板3以可拆卸的方式连接，且上模板2和下模板3之间设置有垫片10，一个遇水膨胀密封垫4固定在上模板2的下表面，另一个遇水膨胀密封垫4固定在下模板3的上表面，传感器5固定在两个遇水膨胀密封垫4之间，且用于采集两个遇水膨胀密封垫4之间的接触应力，应变测试仪6的输入端与传感器5电连接，应变测试仪6的输出端与计算机7电连接。本实施例中，上模板2和下模板3的前后两端分别固定有限位板8。本实施例中，上模板2的下表面开设有上沟槽21，一个遇水膨胀密封垫4固定在上沟槽21内，下模板3的上表面开设有下沟槽31，另一个遇水膨胀密封垫4固定在下沟槽31内。本实施例中，传感器5为薄膜传感器5。本实施例中，垫片10为钢制垫片10。本实施例中，上模板2和下模板3之间通过若干个M10螺栓9固定。一种采用预测遇水膨胀密封垫4使用寿命试验装置的试验方法，包括以下步骤：S1：将固定有遇水膨胀密封垫4的上模板2安装到固定有遇水膨胀密封垫4的下模板3上，安装完毕后，在上模板2和下模板3的前后两侧分别安装限位板8；S2：在上模板2和下模板3之间安装垫片10，以模拟盾构隧道管片的张开量；S3：在两个遇水膨胀密封垫4之间安装薄膜传感器5；S4：将上模板2和下模板3锁紧后在空气中置于12小时，然后放置到水槽1中，水槽1中的水压大小与设计工况一致；S5：薄膜传感器5依次连接应变测试仪6和计算机7，应变测试仪6采集薄膜传感器5传输的接触应力数据后并输送至计算机7，计算机7进行数据汇总，获取接触应力-时间的曲线；S6：从接触应力-时间的曲线中获取接触应力为0时所对应的时间点，即为遇水膨胀密封垫4的使用寿命值。本实施例中，在安装薄膜传感器5之前对薄膜传感器5进行防水处理。本实施例中，对传感器5的防水处理工序包括以下步骤，a.将703胶水均匀地涂在薄膜传感器5需要防护的部分周围；b.将涂完胶水的薄膜传感器5置于保鲜膜中部，将保鲜膜沿着长度方向向下对折，将折痕与薄膜传感器5头部持平；c.轻压薄膜传感器5，使703胶水在薄膜传感器5周围形成约2mm厚的薄层；d.最后将处理完成的传感器5在空气中放置24小时，使胶水充分凝固成膜。本实施例中，在步骤S4中，通过若干个M10螺栓9将上模板2和下模板3锁紧。实施例三：如图所示，包括以下步骤：S1：将固定有遇水膨胀密封垫4的上模板2安装到固定有遇水膨胀密封垫4的下模板3上，安装完毕后，在上模板2和下模板3的前后两侧分别安装限位板8；其中上模板2和下模板3的长均为200mm，宽均为142mm，上模板2和下模板3之间采用六根M10螺栓9固定，限位板8通过M8螺栓与上模板2和下模板3固定。S2：在上模板2和下模板3之间安装垫片10，以模拟盾构隧道管片的张开量；垫片10采用钢制垫片10，钢制垫片10的厚度根据实际要求进行选择，以模拟盾构隧道管片的张开量，垫片10的厚度与设计要求张开量保持一致；S3：在两个遇水膨胀密封垫4之间安装薄膜传感器5；S4：将上模板2和下模板3锁紧后在空气中置于12小时，然后放置到水槽1中，水槽1中的水压大小与设计工况一致；以此来模拟真实管片所受水载荷情况；S5：薄膜传感器5依次连接应变测试仪6和计算机7，应变测试仪6采集薄膜传感器5传输的接触应力数据后并输送至计算机7，计算机7进行数据汇总，获取接触应力-时间的曲线；其中，应变测试仪6的型号为DH3816N静态应力应变测试仪；S6：从接触应力-时间的曲线中获取接触应力为0时所对应的时间点，即为遇水膨胀密封垫4的使用寿命值。本实施例中，在安装薄膜传感器5之前对薄膜传感器5进行防水处理。本实施例中，对传感器5的防水处理工序包括以下步骤，a.将703胶水均匀地涂在薄膜传感器5需要防护的部分周围；b.将涂完胶水的薄膜传感器5置于保鲜膜中部，将保鲜膜沿着长度方向向下对折，将折痕与薄膜传感器5头部持平；c.轻压薄膜传感器5，使703胶水在薄膜传感器5周围形成约2mm厚的薄层；d.最后将处理完成的传感器5在空气中放置24小时，使胶水充分凝固成膜。在本实施例中，选取垫片10的厚度为4mm，3mm，2mm三种工况下（分别为工况4，工况3，工况2，）的遇水膨胀密封垫4进行试验，对遇水膨胀密封垫4之间的接触应力进行读数，试验前3天每1小时读数1次，从第4天起每天读数4次，一个月之后每天读数2次，自第二个月起每天读数1次，将三个试验结果中试验时间（单位h）变换为以10为底的对数数值作为横坐标，然后根据计算机7反馈的每个时间点对应的接触应力（单位kPa）数值，即可得到接触应力与时间之间的关系曲线。此处将试验时间变换为以10为底的对数数值作为横坐标，方便得到线性曲线，便于后续分析。此外，为消除包括温度在内的其他环境因素的干扰，设置垫片10的厚度为2mm情况下的对照组，将其置于空气中。将接触应力（单位kPa）与时间（单位h）的关系曲线进行数据拟合，将前述关系曲线根据数据拟合结果进行延长，读取设定密封垫4失效接触应力相交处对应的横坐标时间数值。假定接触应力0kPa为密封垫4防水失效接触应力（可根据实际需要确定防水失效时的接触应力），以纵坐标0kPa作一条横轴的水平线，分别与三条接触应力-时间的曲线相交于424639h，866610h，1238014h，即可认为在此三种工况下，当膨胀时间分别为424639h，866610h，1238014h时，上下两块遇水膨胀密封垫4之间的接触应力降为0kPa。各工况下预计寿命如下表所示：工况序号与0kPa横轴水平线交点h预计寿命年工况442463948.47工况386661098.93工况21238014141.32从上表得知，在工况2（即垫片10的厚度为2mm时），遇水膨胀密封垫4的使用寿命最长。

权利要求：1.一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，其特征在于：包括水槽、上模板、下模板、两个遇水膨胀密封垫、传感器、应变测试仪和计算机，所述的上模板和所述的下模板均位于所述的水槽内，所述的上模板和所述的下模板以可拆卸的方式连接，且所述的上模板和所述的下模板之间设置有垫片，一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的上模板的下表面，另一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的下模板的上表面，所述的传感器固定在两个所述的遇水膨胀密封垫之间，且用于采集两个所述的遇水膨胀密封垫之间的接触应力，所述的应变测试仪的输入端与所述的传感器电连接，所述的应变测试仪的输出端与所述的计算机电连接。2.根据权利要求1所述的一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，其特征在于：所述的上模板和所述的下模板的前后两端分别固定有限位板。3.根据权利要求2所述的一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，其特征在于：所述的上模板的下表面开设有上沟槽，一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的上沟槽内，所述的下模板的上表面开设有下沟槽，另一个所述的遇水膨胀密封垫固定在所述的下沟槽内。4.根据权利要求1所述的一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，其特征在于：所述的传感器为薄膜传感器。5.根据权利要求1所述的一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，其特征在于：所述的垫片为钢制垫片。6.根据权利要求1所述的一种预测遇水膨胀密封垫使用寿命的试验装置，其特征在于：所述的上模板和所述的下模板之间通过若干个M10螺栓固定。7.一种采用权利要求4所述的预测遇水膨胀密封垫使用寿命试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将固定有遇水膨胀密封垫的上模板安装到固定有遇水膨胀密封垫的下模板上，安装完毕后，在上模板和下模板的前后两侧分别安装限位板；S2：在上模板和下模板之间安装垫片，以模拟盾构隧道管片的张开量；S3：在两个遇水膨胀密封垫之间安装薄膜传感器；S4：将上模板和下模板锁紧后在空气中置于12小时，然后放置到水槽中，水槽中的水压大小与设计工况一致；S5：薄膜传感器依次连接应变测试仪和计算机，应变测试仪采集薄膜传感器传输的接触应力数据后并输送至计算机，计算机进行数据汇总，得到接触应力-时间的曲线；S6：从接触应力-时间的曲线中获取接触应力为0时所对应的时间点，即为遇水膨胀密封垫的使用寿命值。8.根据权利要求7所述的一种的试验方法，其特征在于：在安装薄膜传感器之前对薄膜传感器进行防水处理。9.根据权利要求7所述的一种的试验方法，其特征在于：对传感器的防水处理工序包括以下步骤，a.将703胶水均匀地涂在薄膜传感器需要防护的部分周围；b.将涂完胶水的薄膜传感器置于保鲜膜中部，将保鲜膜沿着长度方向向下对折，将折痕与薄膜传感器头部持平；c.轻压薄膜传感器，使703胶水在薄膜传感器周围形成约2mm厚的薄层；d.最后将处理完成的传感器在空气中放置24小时，使胶水充分凝固成膜。10.根据权利要求7所述的一种的试验方法，其特征在于：在步骤S4中，通过若干个M10螺栓将上模板和下模板锁紧。

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