CN102798707B - 一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置及试验方法，其装置包括约束收缩圆环组件、自动养护设备和智能测控系统，约束收缩圆环组件包括底板、约束收缩圆环和外模，外模的内侧面上设置有反弧模；自动养护设备包括养护箱和温湿度自动调节系统，养护箱由用于放置混凝土试件的第一箱体和用于放置温湿度自动调节系统的第二箱体构成；智能测控系统包括多个微应变传感器、信号调理电路模块、微处理器模块和计算机；其方法包括步骤：一、成型，二、养护，三、抗裂试验装置组装，四、分两种不同的温湿度变化情况进行混凝土试件抗裂试验。本发明设计合理，使用操作便捷，试验精度高，可靠性高，能够更科学地评价混凝土的抗裂性，推广应用价值高。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土抗裂性能测试技术领域，尤其是涉及一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置及试验方法。
背景技术
混凝土开裂问题是影响混凝土耐久性的关键因素，对混凝土结构的使用寿命有很重要的影响。混凝土工程普遍存在着开裂问题，传统的试验评价方法只能通过抗压、抗拉强度，弹性模量、极限拉伸值、干缩、徐变、绝热温升等单因素试验结果评价混凝土的抗裂性能，抗裂性能计算公式多样，很难准确评定混凝土的抗裂性能。由此，研究混凝土抗裂性评价方法具有现实意义。
1942年，美国麻省理工学院(Mit)的RoyCarlson提出圆环法，用于水泥净浆和砂浆的抗裂性能研究；1988年，R.W.Carlson使用了圆环法研究不同湿度条件(25％,50％,75％)下圆环试件的开裂情况。KarlWiegrink和McDonald在研究中使用圆环法来研究混凝土开裂，对于RoyCarlson的圆环尺寸进行了改进，装置由钢环内模和聚乙烯外模组成，试件成型后将顶部使用硅橡胶密封，养护条件为20℃，RH为50％，当裂缝出现以后使用专门设计的显微镜观测，从该试验中可得混凝土受限收缩引起的开裂出现时间和裂缝宽度。美国垦务局1943年进行的水泥圆环收缩试验结果预报了53年后青山坝胸墙面板混凝土的质量状况。
1999年，美国道路工程师协会(AASHTO)推出了一个圆环法的临时标准，建议通过粘贴于内钢环内侧的应变计监测应变，当应变测值出现突变下降(20～30×10-6)，即开裂时间，另外监测裂缝的开裂模式和裂缝宽度并且绘制出无约束试件的自由收缩曲线，记录开裂时间的自由收缩值；美国材料与试验学会(ASTM)于2002年制定了有关圆环开裂试验的标准。
另外，我国《混凝土结构耐久性设计与施工指南》和《建筑工程裂缝机理与防治指南》推荐了圆环开裂试验方法。
早期圆环抗裂试验多用于水泥净浆，取得了很好的效果。当改为混凝土后出现了两类问题，一是混凝土开裂的发散性问题，混凝土裂缝不在一个地方出现，在多个地方出现，特别是对胶凝材料用量低的水工混凝土，甚至会出现不开裂的情况。二是开裂时间的捕捉问题，有时混凝土开裂了，在自动监测仪器上反映不出来。另外，圆环抗裂试验只是在干燥环境下使混凝土产生体积收缩，由钢性约束圆环产生的约束应力使混凝土圆环开裂，荷载特点与水工混凝土有所区别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便、智能化程度高、使用操作便捷的混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置及试验方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：包括用于混凝土试件成型的约束收缩圆环组件和用于对混凝土试件进行自动养护的自动养护设备，以及用于对混凝土试件的抗裂性能进行检测并用于对自动养护设备进行监控的智能测控系统，所述约束收缩圆环组件包括底板、放置在底板上的约束收缩圆环和套装在所述约束收缩圆环外围的圆环状外模，所述外模的内侧面上对称设置有两段反弧模，每段所述反弧模的两端均与所述外模的内壁固定连接；所述自动养护设备包括养护箱和用于对养护箱内的温湿度进行自动调节的温湿度自动调节系统，所述养护箱由共壁设置且用于放置混凝土试件的第一箱体和用于放置温湿度自动调节系统的第二箱体构成，所述第一箱体顶端活动连接有箱盖，所述第一箱体内部设置有用于将第一箱体内部空间分隔成两层的隔板，所述第二箱体前端活动连接有箱门，位于所述第一箱体和第二箱体之间的公共壁上设置有与所述温湿度自动调节系统连接的进风口和出风口；所述智能测控系统包括设置在所述约束收缩圆环内侧且用于对混凝土试件热胀冷缩时使约束收缩圆环产生的应力应变进行检测的微应变传感器、与微应变传感器相接并用于对微应变传感器检测到的信号进行调理的信号调理电路模块和与信号调理电路模块相接并用于对信号调理电路模块输出的信号进行分析处理的微处理器模块，以及与微处理器模块和温湿度自动调节系统均相接且用于对微处理器模块处理得到的数据进行综合分析处理并对温湿度自动调节系统进行监控的计算机，所述信号调理电路模块由依次相接的放大电路模块、滤波电路模块、信号分时复用电路模块和A/D转换电路模块构成。
上述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述约束收缩圆环的外径为290mm～320mm，所述约束收缩圆环的厚度为6mm～10mm，所述约束收缩圆环的高度为80mm～150mm。
上述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述约束收缩圆环由温度膨胀系数不大于1.0×10-6且弹性模量不小于100GPa的钢材制成。
上述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述约束收缩圆环由殷钢制成。
上述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述温湿度自动调节系统包括通过USB通信电路模块与所述计算机相接的主控制器模块，所述主控制器模块的输入端接有参数输入电路模块和信号采集电路模块，所述信号采集电路模块的输入端接有用于对养护箱内的温度进行实时检测的温度传感器和用于对养护箱内的湿度进行实时检测的湿度传感器，所述主控制器模块的输出端接有显示模块、空气循环泵、电加热器、制冷设备、电加湿器和除湿设备，所述空气循环泵的入口通过第一管道和设置在第一管道上的第一风机与所述出风口连接，所述空气循环泵的出口通过第二管道连接有三通阀门，所述三通阀门的一个输出端口通过第三管道与制冷设备连接，所述三通阀门的另一个输出端口通过第四管道与除湿设备的入口连接，所述除湿设备的出口通过第五管道和设置在第五管道上的电磁阀与第三管道相连通，所述制冷设备通过第六管道与电加热器连接，所述电加热器通过第七管道和设置在第七管道上的第二风机与所述进风口连接，所述第一风机、三通阀门、电磁阀和第二风机均与所述主控制器模块的输出端相接，所述温度传感器、湿度传感器和电加湿器均设置在所述第一箱体内，所述主控制器模块、信号采集电路模块、空气循环泵、电加热器、制冷设备和除湿设备均设置在所述第二箱体内，所述参数输入电路模块和显示模块均外露在所述第二箱体的外表面上。
上述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述制冷设备包括冷却液储箱、第一空气压缩机、风冷式盘管冷凝器和鳍片式蒸发器，所述鳍片式蒸发器的第一入口通过抽液泵与冷却液储箱连接，所述第一空气压缩机的入口通过第三管道与所述三通阀门的一个输出端口连接，所述第一空气压缩机的第一出口通过第一储液罐与所述鳍片式蒸发器的第二入口连接，所述第一空气压缩机的第二出口与所述风冷式盘管冷凝器的一端连接，所述风冷式盘管冷凝器的另一端依次接有第二储液罐、干燥过滤器和膨胀阀，所述膨胀阀的两个输出端口分别与所述鳍片式蒸发器的第二入口和第三入口连接，所述鳍片式蒸发器的出口通过第六管道与电加热器连接，所述风冷式盘管冷凝器的上方设置有冷却风扇；所述第一空气压缩机、抽液泵和冷却风扇均与所述主控制器模块的输出端相接。
上述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述除湿设备为转轮除湿机。
上述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述箱盖上设置有观察窗口，所述观察窗口处安装有中空钢化玻璃观察窗；所述箱盖的两侧与所述第一箱体的两侧之间分别连接有用于对箱盖的打开开度进行调节的第一气缸和第二气缸，所述第二箱体内设置有用于为第一气缸和第二气缸供气的第二空气压缩机，所述第一气缸的进气口和第二气缸的进气口分别与所述第二空气压缩机的第一出口和第二出口连接，所述第二空气压缩机与所述主控制器模块的输出端相接。
本发明还提供了一种试验精度高、可靠性高的混凝土约束收缩圆环抗裂试验方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、混凝土试件成型：首先，将两个微应变传感器均匀地粘贴在所述约束收缩圆环的内表面上，并将所述约束收缩圆环放置在所述底板上，接着，将固定连接为一体的外模和反弧模套装在所述约束收缩圆环外围，使得所述外模四周的内表面距离所述约束收缩圆环四周外表面的距离相等，且使得两个微应变传感器分别对正两段所述反弧模；然后，将组装好的约束收缩圆环组件放在标准振动台上夹牢，并将搅拌好的混凝土倒入所述约束收缩圆环与所述外模和反弧模围成的空间内；最后，开动标准振动台进行振动成型；
步骤二、抗裂试验装置组装：首先，将多个成型后的混凝土试件连同约束收缩圆环、底板、外模和反弧模一起移入第一箱体内，均匀地放置在所述第一箱体内底板上和隔板上，且相邻两个混凝土试件之间的距离为10mm～20mm；接着，将多个所述束收缩圆环内表面上的多个所述微应变传感器的输出端均连接到所述信号调理电路模块的输入端，将所述信号调理电路模块的输出端连接到所述微处理器模块的输入端；然后，将所述微处理器模块的输出端和所述温湿度自动调节系统均连接到所述计算机上；
步骤三、分两种不同的温湿度变化情况进行混凝土试件抗裂试验：
情况一、湿度恒定、温度变化时的混凝土试件抗裂性能试验：通过温湿度自动调节系统对养护箱内的温湿度进行自动调节，首先，使得所述养护箱内的湿度一直保持在95％，并使得所述养护箱内的温度保持14.8℃一小时，接着，使得所述养护箱内的温度每一小时升高1℃，直至所述养护箱内的温度升高到22.8℃并保持一小时，然后，使得所述养护箱内的温度依次升高到23.6℃、26℃、29℃、30.5℃、35.8℃和30℃并各自保持160分钟、440分钟、2小时、24小时、21小时和1小时，最后，使得所述养护箱内的温度每一小时降低1℃，直至所述养护箱内的温度降低到5℃；
情况二、温度和湿度均变化时的混凝土试件抗裂性能试验：通过温湿度自动调节系统对养护箱内的温湿度进行自动调节，首先，使得所述养护箱内的湿度保持在95％，并使得所述养护箱内的温度保持14.8℃一小时，接着，使得所述养护箱内的温度每一小时升高1℃，直至所述养护箱内的温度升高到22.8℃并保持一小时，然后，使得所述养护箱内的温度依次升高到23.6℃、26℃、29℃、30.5℃、35.8℃和30℃并各自保持160分钟、440分钟、2小时、24小时、21小时和1小时，最后，使得所述养护箱内的湿度降低到20％～30％并一直保持恒定，并同时使得所述养护箱内的温度每一小时降低1℃，直至所述养护箱内的温度降低到5℃；
以上温湿度变化过程中，当所述混凝土试件在第一箱体内的时间达到24h～48h时，拆去混凝土试件外围固定连接为一体的外模和反弧模，保留凝固为一体的混凝土试件和约束收缩圆环；
以上两种不同的温湿度变化情况下，多个微应变传感器实时对混凝土试件热胀冷缩时使约束收缩圆环产生的应力应变进行周期性检测并将所检测到的信号输出给信号调理电路模块，信号调理电路模块对各个微应变传感器所输出的信号进行放大、滤波和A/D转换处理后输出给微处理器模块，首先，所述微处理器模块调用中位值滤波模块且按照常规的中位值滤波法，对经信号调理电路模块处理后的各个微应变传感器所检测到的信号进行中位值滤波处理，得到经滤波处理后的各个微应变传感器所检测到的约束收缩圆环产生的应力应变数据；然后，所述微处理器模块将其获得的经滤波处理后的各个微应变传感器所检测到的约束收缩圆环产生的应力应变数据输出给计算机进行显示；最后，所述计算机调用数据综合分析处理模块对其接收到的所述约束收缩圆环产生的应力应变数据进行综合分析处理，得到所述约束收缩圆环产生的应力应变数据随时间变化的曲线，当所述约束收缩圆环产生的应力应变数据发生突变时，说明混凝土试件发生了开裂，此时，记录下混凝土试件发生开裂的时间。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明设计合理，实现方便。
2、本发明约束收缩圆环采用温度膨胀系数不大于1.0×10-6且弹性模量不小于100GPa的钢材制备约束收缩圆环，能够更好地对混凝土在降温阶段进行很好的约束。
3、本发明分两种不同的温湿度变化情况进行混凝土试件抗裂试验时，是模拟了大体积混凝土实际的温升过程，对影响混凝土开裂的温度和湿度进行了综合考虑，采用了有代表性的温度湿度变化过程，更加符合混凝土实际受力情况，有助于提高试验的精确度和可靠性。
4、本发明考虑到混凝土试件开裂和不开裂两种情况，如果混凝土试件未开裂，就用约束收缩圆环产生的应力应变数据随时间变化的曲线来评定混凝土抗裂性能，如果混凝土试件开裂了，就用混凝土试件发生开裂的时间来评定混凝土抗裂性能，这比现有技术中仅仅依靠裂缝时间和裂缝大小来评定混凝土抗裂性能更加准确和客观，减小了人为因素的影响。
5、本发明中外模的内侧面上对称设置有两段反弧模，反弧模的设计减小了由于混凝土试件开裂不均匀时，不同位置测试差异大的问题，能够引导裂缝位置，使试验结果更加准确。
6、本发明通过设置智能测控系统和温湿度自动调节系统，能够自动完成混凝土试件的抗裂性能试验，智能化程度高，使用操作便捷。
7、本发明中的自动养护设备由养护箱和用于对养护箱内的温湿度进行自动调节的温湿度自动调节系统构成，养护箱又由共壁设置且用于放置混凝土试件的第一箱体和用于放置温湿度自动调节系统的第二箱体构成，通过设计第一箱体和第二箱体，将混凝土试件与温湿度自动调节系统分隔开来设置，并通过设置在第一箱体和第二箱体之间的公共壁上的进风口和出风口调节混凝土试件所处第一箱体内的温湿度，相比于将混凝土试件与温湿度自动调节系统放置于同一个空间内，第一箱体内的温湿度变化更均匀，能够更好地模拟混凝土试件实际使用时的温湿度变化情况，有助于提高测试的可靠性。
8、本发明箱盖上设置有观察窗口，所述观察窗口处安装有中空钢化玻璃观察窗，能够在试验过程中，通过中空钢化玻璃观察窗观察第一箱体内混凝土试件的开裂情况，使得试验更加人性化。
9、本发明制冷设备采用了风冷式盘管冷凝器和鳍片式蒸发器，实现了蒸发制冷和风冷散热两种制冷模式，便于更好地根据环境温度实现能量调节和温度控制，起到了节能高效的作用。
10、本发明智能测控系统中通过多个微应变传感器对混凝土试件热胀冷缩时使约束收缩圆环产生的应力应变进行周期性检测，且通过放大电路模块、滤波电路模块、信号分时复用电路模块和A/D转换电路模对各个微应变传感器所检测到的信号进行放大、滤波和A/D转换处理，再通过微处理器模块对信号进行数字滤波和多传感器数据融合处理，能够更加精确地检测到所述约束收缩圆环产生的应力应变数据随温湿度的变化情况，进而更加科学地评价混凝土的抗裂性，从而能更好地对混凝土的耐久性做出符合客观实际的评价，对混凝土工程结构的使用寿命评估有较大作用。
11、本发明分湿度恒定、温度变化以及温度和湿度均变化两种不同的温湿度变化情况进行混凝土试件抗裂试验，能够更贴近实际地模拟出混凝土使用过程中的抗裂性能，提高了试验精度和可靠性。
12、本发明的实现成本低，使用效果好，推广应用价值高。
综上所述，本发明设计合理，使用操作便捷，试验精度高，可靠性高，能够更加科学地评价混凝土的抗裂性，从而能更好地对混凝土的耐久性做出符合客观实际的评价，使用效果好，推广应用价值高。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明除第二箱体外的结构示意图。
图2本发明养护箱的结构示意图。
图3为本发明约束收缩圆环组件的俯视图。
图4为图3的A-A试图。
图5为本发明混凝土试件和约束收缩圆环组件在第一箱体内的布设位置示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为本发明智能测控系统的电路原理框图。
图8为本发明温湿度自动调节系统的电路原理框图。
图9为本发明进行混凝土试件抗裂试验时温度随时间变化的曲线图。
图10为本发明约束收缩圆环产生的应力应变数据随时间变化的曲线图。
附图标记说明:
1—底板； 2—约束收缩圆环； 3—外模；
4—第一箱体； 5—第二箱体； 6—箱盖；
7—隔板； 8—箱门； 9—微应变传感器；
10—信号调理电路模块； 10-1—放大电路模块；
10-2—滤波电路模块； 10-3—信号分时复用电路模块；
10-4—A/D转换电路模块； 11—计算机；
12—主控制器模块； 13—参数输入电路模块；
14—信号采集电路模块； 15—温度传感器；
16—湿度传感器； 17—显示模块； 18—空气循环泵；
19—电加热器； 20-1—冷却液储箱；
20-2—第一空气压缩机； 20-3—风冷式盘管冷凝器；
20-4—鳍片式蒸发器； 20-5—第一储液罐； 20-6—第二储液罐；
20-7—干燥过滤器； 20-8—膨胀阀； 20-9—冷却风扇；
20-10—抽液泵； 21—电加湿器； 22—除湿设备；
23—第一管道； 24—第一风机； 25—第二管道；
26—三通阀门； 27—第三管道； 28—第四管道；
29—第五管道； 30—电磁阀； 31—第六管道；
32—第七管道； 33—第二风机；
34—中空钢化玻璃观察窗； 35—第一气缸；
36—第二气缸； 37—第二空气压缩机； 38—混凝土试件；
39—反弧模； 40—微处理器模块； 41—USB通信电路模块。
具体实施方式
如图1～图7所示，本发明所述的混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，包括用于混凝土试件38成型的约束收缩圆环组件和用于对混凝土试件38进行自动养护的自动养护设备，以及用于对混凝土试件38的抗裂性能进行检测并用于对自动养护设备进行监控的智能测控系统，所述约束收缩圆环组件包括底板1、放置在底板1上的约束收缩圆环2和套装在所述约束收缩圆环2外围的圆环状外模3，所述外模3的内侧面上对称设置有两段反弧模39，每段所述反弧模39的两端均与所述外模3的内壁固定连接；所述自动养护设备包括养护箱和用于对养护箱内的温湿度进行自动调节的温湿度自动调节系统，所述养护箱由共壁设置且用于放置混凝土试件38的第一箱体4和用于放置温湿度自动调节系统的第二箱体5构成，所述第一箱体4顶端活动连接有箱盖6，所述第一箱体4内部设置有用于将第一箱体4内部空间分隔成两层的隔板7，所述第二箱体5前端活动连接有箱门8，位于所述第一箱体4和第二箱体5之间的公共壁上设置有与所述温湿度自动调节系统连接的进风口和出风口；所述智能测控系统包括设置在所述约束收缩圆环2内侧且用于对混凝土试件38热胀冷缩时使约束收缩圆环2产生的应力应变进行检测的微应变传感器9、与微应变传感器9相接并用于对微应变传感器9检测到的信号进行调理的信号调理电路模块10和与信号调理电路模块10相接并用于对信号调理电路模块10输出的信号进行分析处理的微处理器模块40，以及与微处理器模块40和温湿度自动调节系统均相接且用于对微处理器模块40处理得到的数据进行综合分析处理并对温湿度自动调节系统进行监控的计算机11，所述信号调理电路模块10由依次相接的放大电路模块10-1、滤波电路模块10-2、信号分时复用电路模块10-3和A/D转换电路模块10-4构成。
本实施例中，所述约束收缩圆环2的外径为290mm～320mm，所述约束收缩圆环2的厚度为6mm～10mm，所述约束收缩圆环2的高度为80mm～150mm。所述约束收缩圆环2由温度膨胀系数不大于1.0×10-6且弹性模量不小于100GPa的钢材制成。具体地，所述约束收缩圆环2由殷钢制成。
结合图8，本实施例中，所述温湿度自动调节系统包括通过USB通信电路模块41与所述计算机11相接的主控制器模块12，所述主控制器模块12的输入端接有参数输入电路模块13和信号采集电路模块14，所述信号采集电路模块14的输入端接有用于对养护箱内的温度进行实时检测的温度传感器15和用于对养护箱内的湿度进行实时检测的湿度传感器16，所述主控制器模块12的输出端接有显示模块17、空气循环泵18、电加热器19、制冷设备、电加湿器21和除湿设备22，所述空气循环泵18的入口通过第一管道23和设置在第一管道23上的第一风机24与所述出风口连接，所述空气循环泵18的出口通过第二管道25连接有三通阀门26，所述三通阀门26的一个输出端口通过第三管道27与制冷设备连接，所述三通阀门26的另一个输出端口通过第四管道28与除湿设备22的入口连接，所述除湿设备22的出口通过第五管道29和设置在第五管道29上的电磁阀30与第三管道27相连通，所述制冷设备通过第六管道31与电加热器19连接，所述电加热器19通过第七管道32和设置在第七管道32上的第二风机33与所述进风口连接，所述第一风机24、三通阀门26、电磁阀30和第二风机33均与所述主控制器模块12的输出端相接，所述温度传感器15、湿度传感器16和电加湿器21均设置在所述第一箱体4内，所述主控制器模块12、信号采集电路模块14、空气循环泵18、电加热器19、制冷设备和除湿设备22均设置在所述第二箱体5内，所述参数输入电路模块13和显示模块17均外露在所述第二箱体5的外表面上。
如图1所示，本实施例中，所述制冷设备包括冷却液储箱20-1、第一空气压缩机20-2、风冷式盘管冷凝器20-3和鳍片式蒸发器20-4，所述鳍片式蒸发器20-4的第一入口通过抽液泵20-10与冷却液储箱20-1连接，所述第一空气压缩机20-2的入口通过第三管道27与所述三通阀门26的一个输出端口连接，所述第一空气压缩机20-2的第一出口通过第一储液罐20-5与所述鳍片式蒸发器20-4的第二入口连接，所述第一空气压缩机20-2的第二出口与所述风冷式盘管冷凝器20-3的一端连接，所述风冷式盘管冷凝器20-3的另一端依次接有第二储液罐20-6、干燥过滤器20-7和膨胀阀20-8，所述膨胀阀20-8的两个输出端口分别与所述鳍片式蒸发器20-4的第二入口和第三入口连接，所述鳍片式蒸发器20-4的出口通过第六管道31与电加热器19连接，所述风冷式盘管冷凝器20-3的上方设置有冷却风扇20-9；所述第一空气压缩机20-2、抽液泵20-10和冷却风扇20-9均与所述主控制器模块12的输出端相接。所述除湿设备22为转轮除湿机。
如图2和图8所示，本实施例中，所述箱盖6上设置有观察窗口，所述观察窗口处安装有中空钢化玻璃观察窗34；所述箱盖6的两侧与所述第一箱体4的两侧之间分别连接有用于对箱盖6的打开开度进行调节的第一气缸35和第二气缸36，所述第二箱体5内设置有用于为第一气缸35和第二气缸36供气的第二空气压缩机37，所述第一气缸35的进气口和第二气缸36的进气口分别与所述第二空气压缩机37的第一出口和第二出口连接，所述第二空气压缩机37与所述主控制器模块12的输出端相接。
本发明所述的混凝土约束收缩圆环抗裂试验方法，包括以下步骤：
步骤一、混凝土试件38成型：首先，将两个微应变传感器9均匀地粘贴在所述约束收缩圆环2的内表面上，并将所述约束收缩圆环2放置在所述底板1上，接着，将固定连接为一体的外模3和反弧模39套装在所述约束收缩圆环2外围，使得所述外模3四周的内表面距离所述约束收缩圆环2四周外表面的距离相等，且使得两个微应变传感器9分别对正两段所述反弧模39；然后，将组装好的约束收缩圆环组件放在标准振动台上夹牢，并将搅拌好的混凝土倒入所述约束收缩圆环2与所述外模3和反弧模39围成的空间内；最后，开动标准振动台进行振动成型；
步骤二、抗裂试验装置组装：首先，将多个成型后的混凝土试件38连同约束收缩圆环2、底板1、外模3和反弧模39一起移入第一箱体4内，均匀地放置在所述第一箱体4内底板1上和隔板7上，且相邻两个混凝土试件38之间的距离为10mm～20mm；接着，将多个所述束收缩圆环2内表面上的多个所述微应变传感器9的输出端均连接到所述信号调理电路模块10的输入端，将所述信号调理电路模块10的输出端连接到所述微处理器模块40的输入端；然后，将所述微处理器模块40的输出端和所述温湿度自动调节系统均连接到所述计算机11上；
步骤三、分两种不同的温湿度变化情况进行混凝土试件38抗裂试验：
情况一、湿度恒定、温度变化时的混凝土试件38抗裂性能试验：通过温湿度自动调节系统对养护箱内的温湿度进行自动调节，首先，使得所述养护箱内的湿度一直保持在95％，并使得所述养护箱内的温度保持14.8℃一小时，接着，使得所述养护箱内的温度每一小时升高1℃，直至所述养护箱内的温度升高到22.8℃并保持一小时，然后，使得所述养护箱内的温度依次升高到23.6℃、26℃、29℃、30.5℃、35.8℃和30℃并各自保持160分钟、440分钟、2小时、24小时、21小时和1小时，最后，使得所述养护箱内的温度每一小时降低1℃，直至所述养护箱内的温度降低到5℃；
情况二、温度和湿度均变化时的混凝土试件38抗裂性能试验：通过温湿度自动调节系统对养护箱内的温湿度进行自动调节，首先，使得所述养护箱内的湿度保持在95％，并使得所述养护箱内的温度保持14.8℃一小时，接着，使得所述养护箱内的温度每一小时升高1℃，直至所述养护箱内的温度升高到22.8℃并保持一小时，然后，使得所述养护箱内的温度依次升高到23.6℃、26℃、29℃、30.5℃、35.8℃和30℃并各自保持160分钟、440分钟、2小时、24小时、21小时和1小时，最后，使得所述养护箱内的湿度降低到20％～30％并一直保持恒定，并同时使得所述养护箱内的温度每一小时降低1℃，直至所述养护箱内的温度降低到5℃；
以上温湿度变化过程中，当所述混凝土试件38在第一箱体4内的时间达到24h～48h时，拆去混凝土试件38外围固定连接为一体的外模3和反弧模39，保留凝固为一体的混凝土试件38和约束收缩圆环2；其中，温度随时间变化的情况如表1所示：
表1温度随时间变化表
| 时间(min) | 0 | 60 | 120 | 180 | 240 | 300 | 360 | 420 |
| 温度(℃) | 14.8 | 15.8 | 16.8 | 17.8 | 18.8 | 19.8 | 20.8 | 21.8 |
| 时间(min) | 480 | 540 | 700 | 1140 | 1260 | 2700 | 3960 | 4020 |
| 温度(℃) | 22.8 | 23.6 | 26 | 29 | 30.5 | 35.8 | 30 | 29 |
| 时间(min) | 4080 | 4140 | 4200 | 4260 | 4320 | 4380 | 4440 | 4500 |
| 温度(℃) | 28 | 27 | 26 | 25 | 24 | 23 | 22 | 21 |
| 时间(min) | 4560 | 4620 | 4680 | 4740 | 4800 | 4860 | 4920 | 4980 |
| 温度(℃) | 20 | 19 | 18 | 17 | 16 | 15 | 14 | 13 |
| 时间(min) | 5040 | 5100 | 5160 | 5220 | 5280 | 5340 | 5400 | 5460 |
| 温度(℃) | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 |
温度T(℃)随时间t(min)变化的曲线如图9所示。
以上两种不同的温湿度变化情况下，多个微应变传感器9实时对混凝土试件38热胀冷缩时使约束收缩圆环2产生的应力应变进行周期性检测并将所检测到的信号输出给信号调理电路模块10，信号调理电路模块10对各个微应变传感器9所输出的信号进行放大、滤波和A/D转换处理后输出给微处理器模块40，首先，所述微处理器模块40调用中位值滤波模块且按照常规的中位值滤波法，对经信号调理电路模块10处理后的各个微应变传感器9所检测到的信号进行中位值滤波处理；接着，所述微处理器模块40调用多传感器数据融合处理模块且按照常规的自适应加权数据融合算法对多个经中位值滤波处理后的微应变传感器9所检测到的信号进行多传感器数据融合处理，并相应获得所述约束收缩圆环2产生的应力应变数据，得到经滤波处理后的各个微应变传感器9所检测到的约束收缩圆环2产生的应力应变数据；然后，所述微处理器模块40将其获得的经滤波处理后的各个微应变传感器9所检测到的约束收缩圆环2产生的应力应变数据输出给计算机11进行显示；
本实施例中，在第二种温湿度变化情况下，经滤波处理后的1#微应变传感器9和2#微应变传感器9所检测到的第一个约束收缩圆环2产生的应力应变数据，以及经滤波处理后的3#微应变传感器9和4#微应变传感器9所检测到的第二个约束收缩圆环2产生的应力应变数据如表2所示：
表21#、2#、3#和4#微应变传感器9的应力应变数据表
| t(min) | 1# | 2# | 3# | 4# |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 0 | 0 | 2.4 | 1.6 |
| 15 | 0.8×10-6 | 1.6×10-6 | 2.4×10-6 | 1.6×10-6 |
| 20 | 2.4×10-6 | 1.6×10-6 | 2.4×10-6 | 2.4×10-6 |
| 25 | 4.8×10-6 | 2.4×10-6 | 2.4×10-6 | 2.4×10-6 |
| 30 | 5.6×10-6 | 4.8×10-6 | 4.8×10-6 | 4.8×10-6 |
| 35 | 6.4×10-6 | 4.8×10-6 | 5.6×10-6 | 4.8×10-6 |
| 40 | 6.4×10-6 | 6.4×10-6 | 5.6×10-6 | 5.6×10-6 |
| 45 | 8×10-6 | 6.4×10-6 | 6.4×10-6 | 5.6×10-6 |
| 50 | 8×10-6 | 7.2×10-6 | 6.4×10-6 | 5.6×10-6 |
| 55 | 8.8×10-6 | 8×10-6 | 6.4×10-6 | 6.4×10-6 |
| … | … | … | … | … |
| 5415 | -136.9×10-6 | -150.6×10-6 | -116.1×10-6 | -136.9×10-6 |
| 5420 | -136.9×10-6 | -151.4×10-6 | -116.9×10-6 | -136.9×10-6 |
| 5425 | -136.9×10-6 | -150.6×10-6 | -117.7×10-6 | -137.7×10-6 |
| 5430 | -137.7×10-6 | -150.6×10-6 | -116.9×10-6 | -138.5×10-6 |
| 5435 | -137.7×10-6 | -151.4×10-6 | -116.9×10-6 | -138.5×10-6 |
| 5440 | -137.7×10-6 | -151.4×10-6 | -117.7×10-6 | -138.5×10-6 |
| 5445 | -138.5×10-6 | -152.2×10-6 | -118.5×10-6 | -139.3×10-6 |
| 5450 | -138.5×10-6 | -153×10-6 | -118.5×10-6 | -138.5×10-6 |
| 5455 | -138.5×10-6 | -153×10-6 | -118.5×10-6 | -138.5×10-6 |
| 5460 | -139.3×10-6 | -153×10-6 | -119.3×10-6 | -138.5×10-6 |
最后，所述计算机11调用数据综合分析处理模块对其接收到的所述约束收缩圆环2产生的应力应变数据进行综合分析处理，得到所述约束收缩圆环2产生的应力应变数据随时间变化的曲线，当所述约束收缩圆环2产生的应力应变数据发生突变时，说明混凝土试件38发生了开裂，此时，记录下混凝土试件38发生开裂的时间。如果混凝土试件38未开裂，操作人员就用约束收缩圆环2产生的应力应变数据随时间变化的曲线来评定混凝土抗裂性能，如果混凝土试件38开裂了，操作人员就用混凝土试件38发生开裂的时间来评定混凝土抗裂性能，而裂缝宽度可以采用人工显微镜读数的方式进行观测。
本实施例中，所述计算机11调用数据综合分析处理模块对表2中的应力应变数据进行综合分析处理，得到1#微应变传感器9和2#微应变传感器9所检测到的第一个约束收缩圆环2产生的应力应变数据随时间变化的曲线，以及3#微应变传感器9和4#微应变传感器9所检测到的第二个约束收缩圆环2产生的应力应变数据K随时间t(min)变化的曲线如图10所示。
从表2和图10的数据可以分析得出：1#微应变传感器9和2#微应变传感器9所检测到的第一个约束收缩圆环2产生的应力应变数据未发生突片，3#微应变传感器9和4#微应变传感器9所检测到的第二个约束收缩圆环2产生的应力应变数据也未发生突片，说明与第一个约束收缩圆环2一起的第一混凝土试件38和与第二个约束收缩圆环2一起的第二混凝土试件38均未发生开裂。操作人员可以用图10中的曲线来评定构成第一混凝土试件38和第二混凝土试件38的混凝土的抗裂性能。
本发明步骤四中采用的两种不同的温湿度变化情况，是模拟了大体积混凝土实际的温升过程，更加符合混凝土实际受力情况，非常具有代表性，有助于提高试验的精确度和可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：包括用于混凝土试件(38)成型的约束收缩圆环组件和用于对混凝土试件(38)进行自动养护的自动养护设备，以及用于对混凝土试件(38)的抗裂性能进行检测并用于对自动养护设备进行监控的智能测控系统，所述约束收缩圆环组件包括底板(1)、放置在底板(1)上的约束收缩圆环(2)和套装在所述约束收缩圆环(2)外围的圆环状外模(3)，所述外模(3)的内侧面上对称设置有两段反弧模(39)，每段所述反弧模(39)的两端均与所述外模(3)的内壁固定连接；所述自动养护设备包括养护箱和用于对养护箱内的温湿度进行自动调节的温湿度自动调节系统，所述养护箱由共壁设置且用于放置混凝土试件(38)的第一箱体(4)和用于放置温湿度自动调节系统的第二箱体(5)构成，所述第一箱体(4)顶端活动连接有箱盖(6)，所述第一箱体(4)内部设置有用于将第一箱体(4)内部空间分隔成两层的隔板(7)，所述第二箱体(5)前端活动连接有箱门(8)，位于所述第一箱体(4)和第二箱体(5)之间的公共壁上设置有与所述温湿度自动调节系统连接的进风口和出风口；所述智能测控系统包括设置在所述约束收缩圆环(2)内侧且用于对混凝土试件(38)热胀冷缩时使约束收缩圆环(2)产生的应力应变进行检测的微应变传感器(9)、与微应变传感器(9)相接并用于对微应变传感器(9)检测到的信号进行调理的信号调理电路模块(10)和与信号调理电路模块(10)相接并用于对信号调理电路模块(10)输出的信号进行分析处理的微处理器模块(40)，以及与微处理器模块(40)和温湿度自动调节系统均相接且用于对微处理器模块(40)处理得到的数据进行综合分析处理并对温湿度自动调节系统进行监控的计算机(11)，所述信号调理电路模块(10)由依次相接的放大电路模块(10-1)、滤波电路模块(10-2)、信号分时复用电路模块(10-3)和A/D转换电路模块(10-4)构成；所述温湿度自动调节系统包括通过USB通信电路模块(41)与所述计算机(11)相接的主控制器模块(12)，所述主控制器模块(12)的输入端接有参数输入电路模块(13)和信号采集电路模块(14)，所述信号采集电路模块(14)的输入端接有用于对养护箱内的温度进行实时检测的温度传感器(15)和用于对养护箱内的湿度进行实时检测的湿度传感器(16)，所述主控制器模块(12)的输出端接有显示模块(17)、空气循环泵(18)、电加热器(19)、制冷设备、电加湿器(21)和除湿设备(22)，所述空气循环泵(18)的入口通过第一管道(23)和设置在第一管道(23)上的第一风机(24)与所述出风口连接，所述空气循环泵(18)的出口通过第二管道(25)连接有三通阀门(26)，所述三通阀门(26)的一个输出端口通过第三管道(27)与制冷设备连接，所述三通阀门(26)的另一个输出端口通过第四管道(28)与除湿设备(22)的入口连接，所述除湿设备(22)的出口通过第五管道(29)和设置在第五管道(29)上的电磁阀(30)与第三管道(27)相连通，所述制冷设备通过第六管道(31)与电加热器(19)连接，所述电加热器(19)通过第七管道(32)和设置在第七管道(32)上的第二风机(33)与所述进风口连接，所述第一风机(24)、三通阀门(26)、电磁阀(30)和第二风机(33)均与所述主控制器模块(12)的输出端相接，所述温度传感器(15)、湿度传感器(16)和电加湿器(21)均设置在所述第一箱体(4)内，所述主控制器模块(12)、信号采集电路模块(14)、空气循环泵(18)、电加热器(19)、制冷设备和除湿设备(22)均设置在所述第二箱体(5)内，所述参数输入电路模块(13)和显示模块(17)均外露在所述第二箱体(5)的外表面上；所述箱盖(6)上设置有观察窗口，所述观察窗口处安装有中空钢化玻璃观察窗(34)；所述箱盖(6)的两侧与所述第一箱体(4)的两侧之间分别连接有用于对箱盖(6)的打开开度进行调节的第一气缸(35)和第二气缸(36)，所述第二箱体(5)内设置有用于为第一气缸(35)和第二气缸(36)供气的第二空气压缩机(37)，所述第一气缸(35)的进气口和第二气缸(36)的进气口分别与所述第二空气压缩机(37)的第一出口和第二出口连接，所述第二空气压缩机(37)与所述主控制器模块(12)的输出端相接。
2.按照权利要求1所述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述约束收缩圆环(2)的外径为290mm～320mm，所述约束收缩圆环(2)的厚度为6mm～10mm，所述约束收缩圆环(2)的高度为80mm～150mm。
3.按照权利要求1所述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述约束收缩圆环(2)由温度膨胀系数不大于1.0×10-6且弹性模量不小于100GPa的钢材制成。
4.按照权利要求3所述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述约束收缩圆环(2)由殷钢制成。
5.按照权利要求1所述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述制冷设备包括冷却液储箱(20-1)、第一空气压缩机(20-2)、风冷式盘管冷凝器(20-3)和鳍片式蒸发器(20-4)，所述鳍片式蒸发器(20-4)的第一入口通过抽液泵(20-10)与冷却液储箱(20-1)连接，所述第一空气压缩机(20-2)的入口通过第三管道(27)与所述三通阀门(26)的一个输出端口连接，所述第一空气压缩机(20-2)的第一出口通过第一储液罐(20-5)与所述鳍片式蒸发器(20-4)的第二入口连接，所述第一空气压缩机(20-2)的第二出口与所述风冷式盘管冷凝器(20-3)的一端连接，所述风冷式盘管冷凝器(20-3)的另一端依次接有第二储液罐(20-6)、干燥过滤器(20-7)和膨胀阀(20-8)，所述膨胀阀(20-8)的两个输出端口分别与所述鳍片式蒸发器(20-4)的第二入口和第三入口连接，所述鳍片式蒸发器(20-4)的出口通过第六管道(31)与电加热器(19)连接，所述风冷式盘管冷凝器(20-3)的上方设置有冷却风扇(20-9)；所述第一空气压缩机(20-2)、抽液泵(20-10)和冷却风扇(20-9)均与所述主控制器模块(12)的输出端相接。
6.按照权利要求1所述的一种混凝土约束收缩圆环抗裂试验装置，其特征在于：所述除湿设备(22)为转轮除湿机。
7.一种利用如权利要求1所述试验装置的混凝土约束收缩圆环抗裂试验方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、混凝土试件(38)成型：首先，将两个微应变传感器(9)均匀地粘贴在所述约束收缩圆环(2)的内表面上，并将所述约束收缩圆环(2)放置在所述底板(1)上，接着，将固定连接为一体的外模(3)和反弧模(39)套装在所述约束收缩圆环(2)外围，使得所述外模(3)四周的内表面距离所述约束收缩圆环(2)四周外表面的距离相等，且使得两个微应变传感器(9)分别对正两段所述反弧模(39)；然后，将组装好的约束收缩圆环组件放在标准振动台上夹牢，并将搅拌好的混凝土倒入所述约束收缩圆环(2)与所述外模(3)和反弧模(39)围成的空间内；最后，开动标准振动台进行振动成型；
步骤二、抗裂试验装置组装：首先，将多个成型后的混凝土试件(38)连同约束收缩圆环(2)、底板(1)、外模(3)和反弧模(39)一起移入第一箱体(4)内，均匀地放置在所述第一箱体(4)内底板(1)上和隔板(7)上，且相邻两个混凝土试件(38)之间的距离为10mm～20mm；接着，将多个所述束收缩圆环(2)内表面上的多个所述微应变传感器(9)的输出端均连接到所述信号调理电路模块(10)的输入端，将所述信号调理电路模块(10)的输出端连接到所述微处理器模块(40)的输入端；然后，将所述微处理器模块(40)的输出端和所述温湿度自动调节系统均连接到所述计算机(11)上；
步骤三、分两种不同的温湿度变化情况进行混凝土试件(38)抗裂试验：
情况一、湿度恒定、温度变化时的混凝土试件(38)抗裂性能试验：通过温湿度自动调节系统对养护箱内的温湿度进行自动调节，首先，使得所述养护箱内的湿度一直保持在95％，并使得所述养护箱内的温度保持14.8℃一小时，接着，使得所述养护箱内的温度每一小时升高1℃，直至所述养护箱内的温度升高到22.8℃并保持一小时，然后，使得所述养护箱内的温度依次升高到23.6℃、26℃、29℃、30.5℃、35.8℃和30℃并各自保持160分钟、440分钟、2小时、24小时、21小时和1小时，最后，使得所述养护箱内的温度每一小时降低1℃，直至所述养护箱内的温度降低到5℃；
情况二、温度和湿度均变化时的混凝土试件(38)抗裂性能试验：通过温湿度自动调节系统对养护箱内的温湿度进行自动调节，首先，使得所述养护箱内的湿度保持在95％，并使得所述养护箱内的温度保持14.8℃一小时，接着，使得所述养护箱内的温度每一小时升高1℃，直至所述养护箱内的温度升高到22.8℃并保持一小时，然后，使得所述养护箱内的温度依次升高到23.6℃、26℃、29℃、30.5℃、35.8℃和30℃并各自保持160分钟、440分钟、2小时、24小时、21小时和1小时，最后，使得所述养护箱内的湿度降低到20％～30％并一直保持恒定，并同时使得所述养护箱内的温度每一小时降低1℃，直至所述养护箱内的温度降低到5℃；
以上温湿度变化过程中，当所述混凝土试件(38)在第一箱体(4)内的时间达到24h～48h时，拆去混凝土试件(38)外围固定连接为一体的外模(3)和反弧模(39)，保留凝固为一体的混凝土试件(38)和约束收缩圆环(2)；
以上两种不同的温湿度变化情况下，多个微应变传感器(9)实时对混凝土试件(38)热胀冷缩时使约束收缩圆环(2)产生的应力应变进行周期性检测并将所检测到的信号输出给信号调理电路模块(10)，信号调理电路模块(10)对各个微应变传感器(9)所输出的信号进行放大、滤波和A/D转换处理后输出给微处理器模块(40)，首先，所述微处理器模块(40)调用中位值滤波模块且按照常规的中位值滤波法，对经信号调理电路模块(10)处理后的各个微应变传感器(9)所检测到的信号进行中位值滤波处理，得到经滤波处理后的各个微应变传感器(9)所检测到的约束收缩圆环(2)产生的应力应变数据；然后，所述微处理器模块(40)将其获得的经滤波处理后的各个微应变传感器(9)所检测到的约束收缩圆环(2)产生的应力应变数据输出给计算机(11)进行显示；最后，所述计算机(11)调用数据综合分析处理模块对其接收到的所述约束收缩圆环(2)产生的应力应变数据进行综合分析处理，得到所述约束收缩圆环(2)产生的应力应变数据随时间变化的曲线，当所述约束收缩圆环(2)产生的应力应变数据发生突变时，说明混凝土试件(38)发生了开裂，此时，记录下混凝土试件(38)发生开裂的时间。
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