CN104034746B - 一种混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置及方法，装置包括冷却介质储存塔，低温保温箱、位移传感器、与位移传感器连接的形变记录系统和温度记录系统，冷却介质储存塔通过冷却介质喷气管与低温保温箱的内部连通，冷却介质喷气管上设有电磁阀，电子阀与温度控制系统连接，温度控制系统中设有第一温度传感器，第一温度传感器穿过低温保温箱的侧壁延伸至低温保温箱的内部。本发明采用立式两端法，实现了在20～–250℃范围内，取0～20℃/min降温速度对混凝土试件随温度变化的形变情况进行连续跟踪，操作方便，可精确跟踪混凝土试件降温引起的形变，确保试验精度和数据准确性。可广泛应用于混凝土温热形变瞬态式测试。

Description

一种混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土热形变瞬态式测试装置及方法。

背景技术

作为最重要的清洁能源之一，液化天然气LNG开始在世界各国广泛利用，由于LNG液化温度为-165℃，使其储存条件非常苛刻。目前，储存LNG的终端塔主要以内部钢密封层、外部钢筋混凝土保护层的协同结构为主。因此，为了保证所用的混您图能够符合质量要求，对所用混凝土在超低温环境的温度变形进行研究是很有必要的。

目前，国内外学者在对低温或超低温环境混凝土温度变形测试试验进行设计时，考虑到传感器无法在超低温环境下正常工作，因此主要采用将混凝土试件置于低温保温箱或冰箱冷却，待试件温度达到要求后，快速将其取出进行变形测试，但是，通过这种方式进行试验时，试验过程中混凝土试件并非处于低温环境，其温度会随周围的高温环境而改变，就会出现温度分布不均的现象，导致实验结果不准确。对此，针对在混凝土的低温形变试验装置及方法还没提出有效的方案，来确保整个试验的精度和数据准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置及方法，要解决混凝土热形变瞬态式测试精度不够、试验数据不准确的技术问题；并解决保证试验过程简便易行的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置，包括冷却介质储存塔，低温保温箱、位移传感器、温度记录系统和与位移传感器连接的形变记录系统，所述冷却介质储存塔通过冷却介质喷气管与低温保温箱的内部连通，所述冷却介质喷气管上设有电磁阀，所述电磁阀与温度控制系统连接，所述温度控制系统中设有第一温度传感器，所述第一温度传感器穿过低温保温箱的侧壁延伸至低温保温箱的内部。

所述低温保温箱与墙体固定，低温保温箱的内部、在混凝土试件的外围设有金属罩，所述金属罩与低温保温箱之间没有缝隙。

低温保温箱的上壁开有穿过上低形变位移传递杆的低温保温箱上通孔，所述上低形变位移传递杆穿入低温保温箱的一端与混凝土试件接触、另一端与位移传感器连接。

所述低温保温箱的下壁开有穿过辅助承台的低温保温箱下通孔，所述辅助承台穿入低温保温箱的一端与混凝土试件接触、另一端与水平防震平台连接。

所述辅助承台上对应低温保温箱上通孔的位置开有穿过下低形变位移传递杆的辅助承台贯通口，所述下低形变位移传递杆穿入到低温保温箱的一端与混凝土试件接触、另一端与位移传感器连接。

所述温度记录系统中设有的第二温度传感器依次穿过低温保温箱的侧壁和金属罩至金属罩内部。

所述第二温度传感器有两根，一根置于混凝土试件的内部、另一根置于混凝土试件的表面。

所述低形变位移传递杆为热膨胀系数小于1×10^-6/℃的石英材质。

所述冷却介质储存塔中的冷却介质为气态或者液态。

所述辅助承台包括穿入低温保温箱的支柱、固定在支柱底部的托板，以及与固定在托板下表面的缓震脚座，所述辅助承台贯通口竖直贯通于支柱。

所述缓震脚座有四个，均匀固定在托板的四角。

所述低温保温箱下通孔的直径与支柱的直径的差距不大于5mm。

所述低温保温箱上通孔的直径与上低形变位移传递杆的直径的差距不大于2mm。

一种应用所述的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试方法，具体步骤如下：

步骤一，将测试装置的各个部件相互连接、安装到指定位置。

步骤二，打开低温保温箱，将混凝土试件放入低温保温箱内部的金属罩内、并置于辅助承台上，将上低形变位移传递杆和下低形变位移传递杆分别与混凝土试件的上下表面接触，并将第二温度传感器与混凝土试件接触。

步骤三，预先设定温度控制系统中目标温度和降温速率的参数，启动温度控制系统、温度记录系统、形变记录系统，通过温度控制系统对低温保温箱体进行降温、通过温度记录系统、形变记录系统进行数据采集并存储。

步骤四，当温度记录系统中所显示的混凝土试件的温度到达目标温度后，试验结束。

步骤五，记录两个位移传感器的位移数据，两者之差，即为混凝土试件随温度变化引起的形变。

所述降温速率在0～20℃/min范围内，在20～–250℃的温度范围内、连续跟踪混凝土试件随温度变化的形变情况。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明克服了传统混凝土热形变瞬态式测试中试件温度分布不均匀、试验数据不准确的缺点，解决了保证试验精度以及试验过程简便易操作的技术问题。

本发明采用立式两端法，实现了将混凝土试件完全置于低温环境中进行低温及超低温环境下混凝土热形变瞬态式测试的目的，即在20～–250℃范围内、取0～20℃/min降温速度对混凝土试件随温度变化的形变情况进行连续跟踪，操作方便，保证了效率，可精确跟踪混凝土试件降温引起的形变，并且能确保试验精度和数据准确性，同时避免了试件横向放置，由摩擦阻力引起的形变偏差。

本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置是特别研究设计的，包括冷却介质储存塔、温度控制系统、温度传感器、低形变位移传递杆、温度记录系统、形变记录系统、位移传感器、辅助承台、低温保温箱和水平防震平台等主要部分组成：

1、为了实现混凝土低温变形测试，将低温保温箱与墙体固定，防止低温保温箱在试验中发生晃动，影响测试结果。

2、将辅助承台底座安置在水平防震平台上、并设有四个缓震脚座，保证其不会受到外界振动干扰，影响位移传感器所得数据，确保试验精度；辅助承台穿过低温保温箱，直至辅助承台上端位于低温保温箱内部，确保置于辅助承台上的混凝土试件完全处于低温保温箱内的低温环境。

3、利用低形变位移传递杆将形变传递给位移传感器，并将数据记录，也保证了混凝土试件完全处于低温保温箱内的低温环境。

4、为了防止低温保温箱受电磁阀运行的影响产生的微小振动、或者受降温影响引起的横向形变对位移传感器9的干扰，因此，所有与混凝土试件相接触的部件均不与低温保温箱有相互接触，即低温保温箱下通孔的直径大于支柱的直径、辅助承台贯通口的直径大于下低形变位移传递杆的直径、低温保温箱上通孔的直径大于上低形变位移传递杆的直径，同时保证相互之间的间距较小，以尽可能使低温保温箱内部与外界环境出现尽可能少的热交换，保证低温保温箱内部温度的均匀。

5、低形变位移传递杆选用热膨胀系数低的石英材质，防止在降温过程中由于材质自身较大变形引起的位移传感器数据变化，从而实现对混凝土试件形变情况更为准确地识别；辅助承台由导热系数低的材料制成，防止与混凝土试件进行快速的热传递。

6、为了阻断冷却介质与混凝土试件的直接接触，防止混凝土试件局部降温造成的局部形变，在混凝土试件的周围设置金属罩，该金属罩与低温保温箱之间没有缝隙、且具有导热快的特点，可快速将热量传递给冷却介质，并均匀地冷却混凝土试件周围的空气，实现均匀传热目的。

7、通过冷却介质储存塔、电磁阀、温度控制系统、冷却介质喷气阀和温度传感器实现对低温保温箱内部温度的控制；通过温度传感器、位移传感器、温度记录系统、形变记录系统实现数据采集存储。

装置中的各个部分相互配合，完成混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试，保证了试验质量和精度，而且试验方法简单容易操作，保证了效率。

本发明可广泛应用于混凝土温热形变瞬态式测试。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的结构示意图。

图2是本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的低温保温箱的侧视结构示意图。

图3是本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的低温保温箱的仰视结构示意图。

图4是本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的低温保温箱的俯视结构示意图。

图5是本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的低温保温箱的正视结构示意图。

图6是本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的辅助承台的正视结构示意图。

图7是本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的低温保温箱的俯视结构示意图。

图8是本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的低温保温箱的仰视结构示意图。

附图标记：1-冷却介质储存塔、2-电磁阀、3-温度控制系统、4-冷却介质喷气管、5-上低形变位移传递杆、6-下低形变位移传递杆、7-温度记录系统、8-形变记录系统、9-位移传感器、10-辅助承台、10.1-缓震脚座、10.2-辅助承台贯通口、10.3-托板、10.4-支柱、11-墙体、12-低温保温箱、12.1-低温保温箱上通孔、12.2-低温保温箱下通孔、12.3-金属罩、12.4-固定件、13-水平防震平台、14-混凝土试件、15-第一温度传感器、16-第二温度传感器。

具体实施方式

实施例参见图1所示，这种混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置，包括冷却介质储存塔1，低温保温箱12、位移传感器9、与位移传感器9连接的形变记录系统8和温度记录系统7，所述冷却介质储存塔1通过冷却介质喷气管4与低温保温箱12的内部连通，所述冷却介质喷气管4上设有电磁阀2，所述电磁阀2与温度控制系统3连接，所述温度控制系统3中设有第一温度传感器15，所述第一温度传感器15穿过低温保温箱12的侧壁延伸至低温保温箱12的内部。

参见图2、图3、图4、图5所示，所述低温保温箱12通过固定件12.4与墙体11固定，所述固定件12.4的结构是H型钢，两翼缘板上各有两对螺孔，分别与低温保温箱12和墙体11的通过螺栓连接，低温保温箱12的内部、在混凝土试件14的外围设有金属罩12.3，所述金属罩12.3与低温保温箱12之间没有缝隙。

参见图4所示，低温保温箱12的上壁开有穿过上低形变位移传递杆5的低温保温箱上通孔12.1，所述低温保温箱上通孔12.1的直径略大于上低形变位移传递杆5的直径，且差距不大于2mm，所述上低形变位移传递杆5穿入低温保温箱12的一端与混凝土试件14接触、另一端与位移传感器9连接。

参见图3所示，所述低温保温箱12的下壁开有穿过辅助承台10的低温保温箱下通孔12.2，所述低温保温箱下通孔12.2的直径略大于支柱10.4的直径，且差距不大于5mm，所述辅助承台10穿入低温保温箱12的一端与混凝土试件14接触、另一端与水平防震平台13连接。

所述辅助承台10上对应低温保温箱上通孔12.1的位置开有穿过下低形变位移传递杆6的辅助承台贯通口10.2，辅助承台贯通口10.2的直径大于下低形变位移传递杆6的直径、所述下低形变位移传递杆6穿入到低温保温箱12的一端与混凝土试件14接触、另一端与位移传感器9连接。

所述温度记录系统7中设有的第二温度传感器16依次穿过低温保温箱12的侧壁和金属罩12.3至金属罩12.3内部，所述第二温度传感器16有两根，一根置于混凝土试件14的内部、另一根置于混凝土试件14的表面。

所述低形变位移传递杆6为热膨胀系数小于1×10-6/℃的石英材质，所述冷却介质储存塔1中的冷却介质为气态或者液态，例如液氦、液氮。

参见图6、图7、图8所示，所述辅助承台10包括穿入低温保温箱12的支柱10.4、固定在支柱底部的托板10.3，以及与固定在托板10.3下表面的缓震脚座10.1，所述辅助承台贯通口10.2竖直贯通于支柱10.4；所述缓震脚座10.1有四个，均匀固定在托板10.3的四角。

本发明的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试方法，具体步骤如下：

步骤一，将测试装置的各个部件相互连接、安装到指定位置。

步骤二，打开低温保温箱12，将混凝土试件14放入低温保温箱12内部的金属罩12.3内、并置于辅助承台10上，将上低形变位移传递杆5和下低形变位移传递杆6分别与混凝土试件14的上下表面接触，并将第二温度传感器16与混凝土试件14接触。

步骤三，预先设定温度控制系统3中目标温度和降温速率的参数，启动温度控制系统3、温度记录系统7、形变记录系统8，通过温度控制系统3对低温保温箱体12进行降温、通过温度记录系统7、形变记录系统8进行数据采集并存储。

步骤四，当温度记录系统7中所显示的混凝土试件14的温度到达目标温度后，试验结束。

步骤五，记录两个位移传感器9的位移数据，两者之差，即为混凝土试件14随温度变化引起的形变。

所述降温速率在0～20℃/min范围内，在20～-250℃的温度范围内、连续跟踪混凝土试件14随温度变化的形变情况。

Claims (8)

1.一种混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置，包括冷却介质储存塔（1），低温保温箱（12）、位移传感器（9）、温度记录系统（7）和与位移传感器（9）连接的形变记录系统（8），其特征在于：所述冷却介质储存塔（1）通过冷却介质喷气管（4）与低温保温箱（12）的内部连通，所述冷却介质喷气管（4）上设有电磁阀（2），所述电磁阀（2）与温度控制系统（3）连接，所述温度控制系统（3）中设有第一温度传感器（15），所述第一温度传感器（15）穿过低温保温箱（12）的侧壁延伸至低温保温箱（12）的内部；

所述低温保温箱（12）与墙体（11）固定，低温保温箱（12）的内部、在混凝土试件（14）的外围设有金属罩（12.3），所述金属罩（12.3）与低温保温箱（12）之间没有缝隙；

低温保温箱（12）的上壁开有穿过上低形变位移传递杆（5）的低温保温箱上通孔（12.1），所述上低形变位移传递杆（5）穿入低温保温箱（12）的一端与混凝土试件（14）接触、另一端与位移传感器（9）连接；

所述低温保温箱（12）的下壁开有穿过辅助承台（10）的低温保温箱下通孔（12.2），所述辅助承台（10）穿入低温保温箱（12）的一端与混凝土试件（14）接触、另一端与水平防震平台（13）连接；

所述辅助承台（10）上对应低温保温箱上通孔（12.1）的位置开有穿过下低形变位移传递杆（6）的辅助承台贯通口（10.2），所述下低形变位移传递杆（6）穿入到低温保温箱（12）的一端与混凝土试件（14）接触、另一端与位移传感器（9）连接；

所述温度记录系统（7）中设有的第二温度传感器（16）依次穿过低温保温箱（12）的侧壁和金属罩（12.3）至金属罩（12.3）内部；

所述第二温度传感器（16）有两根，一根置于混凝土试件（14）的内部、另一根置于混凝土试件（14）的表面；

所述辅助承台（10）包括穿入低温保温箱（12）的支柱（10.4）、固定在支柱底部的托板（10.3），以及与固定在托板（10.3）下表面的缓震脚座（10.1），所述辅助承台贯通口（10.2）竖直贯通于支柱（10.4）。

2.根据权利要求1所述的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置，其特征在于：所述低形变位移传递杆（6）为热膨胀系数小于1×10^-6/℃的石英材质。

3.根据权利要求1或2所述的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置，其特征在于：所述冷却介质储存塔（1）中的冷却介质为气态或者液态。

4.根据权利要求3所述的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置，其特征在于：所述缓震脚座（10.1）有四个，均匀固定在托板（10.3）的四角。

5.根据权利要求4所述的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置，其特征在于：所述低温保温箱下通孔（12.2）的直径与支柱（10.4）的直径的差距不大于5mm。

6.根据权利要求5所述的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置，其特征在于：所述低温保温箱上通孔（12.1）的直径与上低形变位移传递杆（5）的直径的差距不大于2mm。

7.一种应用权利要求1至6之一所述的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试装置的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，将测试装置的各个部件相互连接、安装到指定位置；

步骤二，打开低温保温箱（12），将混凝土试件（14）放入低温保温箱（12）内部的金属罩（12.3）内、并置于辅助承台（10）上，将上低形变位移传递杆（5）和下低形变位移传递杆（6）分别与混凝土试件（14）的上下表面接触，并将第二温度传感器（16）与混凝土试件（14）接触；

步骤三，预先设定温度控制系统（3）中目标温度和降温速率的参数，启动温度控制系统（3）、温度记录系统（7）、形变记录系统（8），通过温度控制系统（3）对低温保温箱体（12）进行降温、通过温度记录系统（7）、形变记录系统（8）进行数据采集并存储；

步骤四，当温度记录系统（7）中所显示的混凝土试件（14）的温度到达目标温度后，试验结束；

步骤五，记录两个位移传感器（9）的位移数据，两者之差，即为混凝土试件（14）随温度变化引起的形变。

8.根据权利要求7所述的混凝土低温及超低温热形变瞬态式测试方法，其特征在于：所述降温速率在0～20℃/min范围内，在20～–250℃的温度范围内、连续跟踪混凝土试件（14）随温度变化的形变情况。