CN101936704B - 模拟检测混凝土自生体积变形的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟检测混凝土自生体积变形的方法，包括以下步骤：a、将混凝土与应变计一体成型；b、将混凝土放入保温试件腔中；c、检测保温试件腔内的温度，控制致冷器或加热器，使保温试件腔内的温度变化曲线与混凝土现场温度变化曲线一致；d、检测混凝土试件的内部温度和变形量，得到混凝土试件的内部温度和变形量的变化曲线；e、将温度变化曲线、混凝土试件的内部温度和变形量的变化曲线处理得到检测实验数据，完成检测。本发明还公开了一种实现上述方法的检测装置。采用本发明能够精确模拟施工现场的大体积混凝土变形过程，所测得的混凝土变形情况与现场情况相差很小，对混凝土特性的判断具有实际应用价值。

Description

模拟检测混凝土自生体积变形的方法及其装置

技术领域

本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种模拟检测混凝土自生体积变形的方法和装置。

背景技术

广泛应用于桥梁工程、道桥、铁路、堤坝等建筑工程的混凝土质量对建筑的质量起到决定性作用，影响混凝土质量的关键因素就是水泥水化热特性。水泥在水化过程中产生了大量的热量，因而使混凝土温度升高、体积增加、形状变化，变形量过大就会引起内部裂缝，或形成空洞，结构松散，严重影响建筑物的强度和质量。混凝土自生体积变形主要是由于胶凝材料的水化引起，胶凝材料的水化速度与温度相互作用，温度越高，水化放热越快，温度越高，体积变形越大。目前有对混凝土水化热特性进行检测的装置，实时跟踪混凝土的放热量、温度等参数，得出混凝土的温升曲线，但是混凝土的升温曲线无法直接反应其变形过程，即使温升曲线相同，也会因不同的混凝土配比等因素产生不同的形变量。因此必须对混凝土特性进行准确测量，才能确保建筑工程质量。

目前国内现行测量混凝土变形的试验标准以及实验方法与现场大体积混凝土变形的实际过程有一定差距。现有的混凝土变形试验方法为，将混凝土制成圆柱状试件，将试件放置于长400mm、宽200、深600mm的试件箱内，试件箱可以容纳2个试件，试件间隔50mm。制备过程中在试件中央放入差动式电阻应变计与试件一体成型，然后将试件放入室温恒定在20℃左右的试验间内，通过差动式电阻应变计读取该混凝土试件在不同时刻的内部温度值和变形量，以7天、14天或28天为一个试验周期。而现场大体积混凝土整个水化热过程中的温度绝不会稳定在20℃左右的，其温度变化是由低到高，然后又由高到低的缓慢变化的过程。以20℃作为试验温度是不符合现场条件的，因此其所测得的混凝土的变形量与现场实际变形量有很大差异。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种能模拟与混凝土施工现场环境一致的试验环境，所测混凝土变形情况与施工现场混凝土变形量一致的混凝土自生体积变形的检测方法。

本发明的模拟检测混凝土自生体积变形的方法，包括以下步骤：

a、将混凝土拌好制成混凝土试件的同时在混凝土试件中央埋设应变计，并一体成型；

b、将至少两个混凝土试件为一组，并放入保温试件腔中；

c、密封保温试件腔，通过设置在保温试件腔中的温度检测装置检测保温试件腔内的温度，将检测到的保温试件腔内的温度输入测控系统，经处理后控制致冷器或加热器，使保温试件腔内的温度变化曲线与混凝土现场温度变化曲线一致；

d、在上述步骤c的同时，通过应变计检测混凝土试件的内部温度和变形量，并输入测控系统，得到混凝土试件的内部温度和变形量的变化曲线；

e、在满足实验周期标准要求后，将保温试件腔内的温度变化曲线、混凝土试件的内部温度和变形量的变化曲线处理得到检测实验数据，完成混凝土自生体积变形的模拟现场检测实验。

所述的实验周期标准为7天、14天、或28天。

所述的混凝土试件一组为两个；混凝土试件为圆柱状，直径200mm，高度500mm；两个混凝土试件之间的距离不小于50mm。

本发明还提供了一种实现上述方法的一种模拟检测混凝土自生体积变形的装置，包括机箱，所述机箱有中空的保温试件腔，机箱的侧板和箱盖设置有隔热材料制成的保温层；在保温试件腔中安装有温度检测装置，所述温度检测装置为至少一个温度感应器；在保温试件腔中安装有致冷器和加热器；在保温试件腔中设置有与试件一体成型的应变计；上述温度检测装置和应变计与机箱外的测控系统连接。

所述的致冷器为半导体致冷器，包括，安装在机箱侧板内侧的导冷体，在机箱的保温层中由内向外依次安装有半导体致冷片和导热体，所述半导体致冷片的冷面与导冷体之间涂覆导热硅脂并贴合，所述半导体致冷片的热面与导热体之间涂覆导热硅脂并贴合，在机箱的保温层安装有采用循环冷却的冷却器，所述的冷却器与导热体采用热传导连接。

所述的冷却器采用冷却水致冷，冷却器的出水口的水平高度高于进水口。

所述的致冷器采用盘管，上述盘管通过压缩机制冷。

所述加热器包括安装在与致冷器不同侧板内壁上的加热带，加热功率500-1000W。

在加热带的内侧设置有均热板，均热板平行于试件腔内壁，均热板与加热带距离为8-12mm。

保温试件腔中的温度检测装置包括，安装在保温试件腔中部的试件箱温度传感器，安装在导冷体上的导冷体温度传感器，安装在加热带上的加热带温度传感器或/和安装在均热板的均热板温度传感器；在保温试件腔外还安装有室温温度传感器，上述室温温度传感器也与所述的可编程测控模块PLC连接。

所述保温层的填充厚度不小于100mm。

所述保温试件腔的尺寸为，长度不小于500mm，宽度不小于250mm，深度不小于600mm。

本发明的有益效果是，提供了一种能够精确模拟施工现场的大体积混凝土变形过程的装置，装置内温度均衡、稳定性好，所测得的混凝土变形情况与现场情况相差很小，对混凝土特性的判断具有实际应用价值。同时，可以全自动跟踪混凝土的升温全过程；具有全程可视化监控功能。

附图说明

图1为本发明的混凝土自生体积变形现场模拟装置立体图。

图2为试件箱内部安装示意图。

图3为致冷器的安装示意图。

图4为加热带及均热板的安装示意图。

图5为混凝土试件结构示意图。

图6为测控系统流程图。

图中标记为：1-混凝土试件，2-保温试件腔，4-应变计、5-保温层，6-箱盖，7-侧板，9-导冷体，10-半导体致冷片，11-导热体，12-加热带，13-均热板，15-出水口，16-进水口，17-冷却器，21-试件箱温度传感器，22-导冷体温度传感器，23-加热带温度传感器，24-均热板温度传感器，25-室温温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。

本发明的模拟检测混凝土自生体积变形的方法，包括以下步骤：

a、将混凝土拌好制成混凝土试件1，在制作的混凝土试件1的同时，如图5所示，在混凝土试件1中央埋设应变计4，并一体成型；应变计4采用差动式电阻。应变计4具有检测混凝土试件1内部温度和变形量的作用。

b、为了便于提高检测精度和数据对比，将至少两个混凝土试件1为一组，并放入保温试件腔2中；如图1所示，采用的是两个保温试件腔2，在每个保温试件腔2分别放入了两个混凝土试件1。

c、盖上箱盖6，尽可能的密封保温试件腔2与外部环境进行热隔离。通过设置在保温试件腔2中的温度检测装置检测温试件腔2内的温度，将检测到的保温试件腔2内的温度输入测控系统，经处理后，根据保温试件腔2的内部温度与模拟环境温度的差别，控制致冷器或加热器启动或停止，使保温试件腔2内的温度变化曲线与混凝土现场温度变化曲线一致；

d、在上述步骤c的同时，通过应变计4检测混凝土试件1的内部温度和变形量，并输入测控系统，得到混凝土试件1的内部温度和变形量的变化曲线；

e、根据要求，一般实验周期标准为7天、14天、或28天，在满足实验周期标准要求后，将保温试件腔2内的温度变化曲线、混凝土试件1的内部温度和变形量的变化曲线通过测控系统的具有抗强电磁干扰能力多功能的可编程测控模块、Visual Basic软件和计算机处理得到检测实验数据，并打印，完成混凝土自生体积变形的模拟现场检测实验。

为了便于制作和实验，混凝土试件1为圆柱状，直径200mm，高度500mm；并且在保温试件腔2内的两个混凝土试件1之间的距离不小于50mm。

为了实现上述模拟检测混凝土自生体积变形的方法，如图1和图2所示，本发明所采用的实验装置的机箱中设置有中空的保温试件腔2，保温试件腔2的数量可根据试件的组数确定。每个试件腔2都设有各自的温控装置可以使每个试件腔2的试验进程各自独立，也可以同时作不同温度条件的试验，或者作不同周期的试验。

保温试件腔2的尺寸根据混凝土试件的大小确定，为了保证实验的准确性，长度不小于500mm，宽度不小于250mm，深度不小于600mm。为了保证实验中，保温试件腔2内部的温度不受外界室温变化的影响，机箱的侧板7和箱盖6上均设置有如石棉、中空隔热板一类的隔热材料制成的保温层5。综合考虑保温效果和设备体积，保温层5的填充厚度不小于100mm。

为了检测混凝土试件1的温度和和变形量的变化曲线，在保温试件腔2中设置有如图4所示的与试件一体成型的差动式电阻应变计4。如采用的应变计不具有测温功能，则需要在检测混凝土试件1中另外埋设能检测检测混凝土试件1内部温度的温度感应器。

在保温试件腔2中安装有至少一个温度感应器，检测保温试件腔2中的温度变化并实现即使调整和控制保温试件腔2的温度。温度检测装置的数量根据需要在不同部位设置为多个。

保温试件腔2的温度控制和调整是采用在保温试件腔2中安装有致冷器和加热器实现的。

图3所示的是采用半导体致冷器的结构示意图，在机箱侧板7的内侧上均布安装导冷体9，利于使试件腔2内均匀致冷。在机箱的保温层5中由内向外依次安装有半导体致冷片10和导热体11，半导体致冷片10的冷面与导冷体9之间涂覆导热硅脂并贴合，半导体致冷片10的热面与导热体11之间涂覆导热硅脂并贴合，在机箱的保温层5外安装有采用循环冷却水或风冷的冷却器17，冷却器17与导热体11采用热传导连接。为此保温试件腔2中的热量可以通过导冷体9、半导体致冷片10、导热体11传递到机箱外，并经冷却器17冷却实现对保温试件腔2的内部冷却。在图2中所示的循环水冷却结构中，为了保证致冷器17的致冷效果，使冷却水在冷却器17中能够充分循环，冷却器17的出水口15的水平高度高于进水口16。对于冷却方式，还可采用压缩机致冷器，在保温试件腔2中安装盘管，通过压缩机工作实现致冷。由于半导体致冷器的冷却速度快、体积小、无磨损、不使用致冷剂等诸多优点，半导体致冷器作为优选方案。

如图4所示，为了冷却器和加热器的安装方便，加热器为安装在与致冷器不同侧板内壁上的加热带12，加热带12可采用电阻丝加热、辐射加热、热泵加热、红外线辐射加热、电磁波加热等方式，其加热功率500-1000W。对于直接用加热带12加热，容易造成保温试件腔2中的加热不均，因此在加热带12的内侧设置有均热板13，均热板13平行于保温试件腔2的内壁，均热板13与加热带12距离为8-12mm为佳。均热板13受到加热带12加热后，其散热面积较加热带12更大，散热更均匀。

在实验过程中，为了有效地检测和控制保温试件腔2中各部位和温度变化，保温试件腔2中的温度检测装置可以按照以下方式设置多个，如安装在保温试件腔2中部位于两个混凝土试件1之间的试件箱温度传感器21检测保温试件腔2的环境温度；安装在导冷体9上的导冷体温度传感器22，检测导冷体9安装部位的环境温度，提高导冷体9的控制精度；安装在加热带12上的加热带温度传感器23或安装在均热板的均热板温度传感器24；提高加热带12的控制精度，如加热带温度传感器23和均热板温度传感器24同时安装，其控制精度更高。这样即使在加热或致冷的动态过程也能通过分析各部件的温度及时调控加热器或致冷器的功率，使温度得到精确控制。温度传感器可以选用铂电阻Pt100或K型热电偶。

如图2所示，同时还可以在保温试件腔2外还安装有室温温度传感器25。

如图6的测控系统流程图所示，温度检测装置的温度传感器、应变计4和室温温度传感器25都与机箱外的测控系统的可编程测控模块PLC连接，实现实验过程全程检测和控制。为了对试验情况的观测直观，本发明的测控系统可采用PLC可编程测控模块通过数据总线传输给计算机进行数据处理的方式，使Visual Basic软件的人性化界面与可编程测控模块PLC可编程测控模块结合，直观准确的以数字显示和曲线方式和显示试验的全过程，自动存储试验过程数据和曲线，打印数据，实验完毕后自动关机。

Claims (13)

1.模拟检测混凝土自生体积变形的方法，包括以下步骤：

a、将混凝土拌好制成混凝土试件(1)的同时在混凝土试件(1)中央埋设应变计(4)，并一体成型；

b、将至少两个混凝土试件(1)为一组，并放入保温试件腔(2)中；

c、密封保温试件腔(2)，通过设置在保温试件腔(2)中的温度检测装置检测保温试件腔(2)内的温度，将检测到的保温试件腔(2)内的温度输入测控系统，经处理后控制致冷器或加热器启动或停止，使保温试件腔(2)内的温度变化曲线与混凝土现场温度变化曲线一致；

d、在上述步骤c的同时，通过应变计(4)检测混凝土试件(1)的内部温度和变形量，并输入测控系统处理，得到混凝土试件(1)的内部温度和变形量的变化曲线；

e、在满足实验周期标准要求后，将保温试件腔(2)内的温度变化曲线、混凝土试件(1)的内部温度和变形量的变化曲线处理得到检测实验数据，完成混凝土自生体积变形的模拟现场检测实验。

2.如权利要求1所述的模拟检测混凝土自生体积变形的方法，其特征在于：所述的实验周期标准为7天、14天、或28天。

3.如权利要求1所述的模拟检测混凝土自生体积变形的方法，其特征在于：所述的混凝土试件(1)一组为两个；混凝土试件(1)为圆柱状，直径200mm，高度500mm；两个混凝土试件(1)之间的距离不小于50mm。

4.模拟检测混凝土自生体积变形的装置，包括机箱，其特征在于：

所述机箱有中空的保温试件腔(2)，机箱的侧板(7)和箱盖(6)设置有隔热材料制成的保温层(5)；

在保温试件腔(2)中安装有温度检测装置，所述温度检测装置为至少一个温度感应器；

在保温试件腔(2)中安装有致冷器和加热器；

在保温试件腔(2)中设置有与试件一体成型的应变计(4)；

上述温度检测装置和应变计(4)与机箱外的测控系统连接。

5.如权利要求4所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：所述的致冷器为半导体致冷器，包括，安装在机箱侧板内侧的导冷体(9)，在机箱的保温层(5)中由内向外依次安装有半导体致冷片(10)和导热体(11)，所述半导体致冷片(10)的冷面与导冷体(9)之间涂覆导热硅脂并贴合，所述半导体致冷片(10)的热面与导热体(11)之间涂覆导热硅脂并贴合，

在机箱的保温层(5)外安装有采用循环冷却的冷却器(17)，所述的冷却器(17)与导热体(11)采用热传导连接。

6.如权利要求5所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：所述的冷却器(17)采用冷却水致冷，冷却器(17)的出水口(15)的水平高度高于进水口(16)。

7.如权利要求4所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：所述的致冷器采用盘管，上述盘管通过压缩机制冷。

8.如权利要求5所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：所述加热器包括安装在与致冷器不同侧板内壁上的加热带(12)，加热功率500-1000W。

9.如权利要求8所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：在加热带(12)的内侧设置有均热板(13)，均热板(13)平行于试件腔(2)内壁，均热板(13)与加热带(12)距离为8-12mm。

10.如权利要求9所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：保温试件腔(2)中的温度检测装置包括，安装在保温试件腔(2)中部的试件箱温度传感器(21)，安装在导冷体(9)上的导冷体温度传感器(22)，安装在加热带(12)上的加热带温度传感器(23)或/和安装在均热板的均热板温度传感器(24)；

在保温试件腔(2)外还安装有室温温度传感器(25)，上述室温温度传感器(25)与可编程测控模块PLC连接。

11.如权利要求4所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：所述保温层(5)的填充厚度不小于100mm。

12.如权利要求4所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：所述保温试件腔(2)的尺寸为，长度不小于500mm，宽度不小于250mm，深度不小于600mm。

13.如权利要求4所述的模拟检测混凝土自生体积变形的装置，其特征在于：所述的测控系统由具有多功能的可编程测控模块PLC、Visual Basic软件和计算机组成。

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