CN105241753A - 可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种操作简便，数据精准的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置及其试验方法。本发明的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，包括温度监测仪表、温控仪表、冷控仪表和制冷液循环泵；下压板、位于下压板上的试验箱体，位于试验箱体上方的顶盖，位于顶盖上方的上压板；所述试验箱体内设有试块，所述试块表面等高均匀排列有多个温度探头，所述试块一侧设有加热板，另一侧设有制冷板，所述制冷板通过制冷液流入管和制冷液流出管与制冷液循环泵相连；所述温度探头与温度监测仪表相连，所述加热板与温控仪表相连；所述制冷液流入管内设有制冷液流量计，所述冷控仪表分别与制冷液流量计和制冷液循环泵相连。

Description

可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种压缩试验装置及其试验方法，尤其是一种可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置及其试验方法。

背景技术

位于新疆某地区的水电站引水隧洞在开挖过程中发现明显的高地温现象，开挖过程中岩壁最高温度可达120℃，为了保证电站的平稳运行隧洞内部需要衬砌一定厚度的混凝土作为支护结构。因此，在高岩温作用下的衬砌混凝土层由内及外必然会产生一定的温度差，在引水隧洞的充水期由于混凝土外表面受冷水作用而内部仍为高岩温作用，巨大的温度梯度必然会对混凝土的力学性能产生一定的影响。

混凝土的压缩性能是混凝土的主要力学性能之一，测试温度梯度下的水工衬砌混凝土单轴抗压强度有利于了解处于复杂工况下的引水隧洞内部衬砌混凝土力学性能，对于高地温隧洞围岩-支护结构的稳定性分析具有一定的指导意义。

通过查询现有相关专利文献得知：

专利《一种冻土中组合温度梯度的实现方法》(申请号201410470342.X)公开了一种适合于控制冻土温度梯度的试验装置，但装置中仅有制冷装置，因而所能实现的温度梯度范围仅限于低温状态且范围较小，难以满足较大温度梯度的试验需求。

专利《土体温度梯度水分移动试验装置》(申请号20130225755.7)公开了一种土体温度梯度水分移动试验装置，装置中使用高温水浴箱和低温水浴箱实现土体的温度梯度，由于使用“水浴加热”的方法，其加热最高温度只能达到100℃，难以满足实际工程的需求。

文献《温差影响下水工隧洞喷层结构的早期批拉强度试验研究》提供了一种能够使混凝土产生较大温度梯度的试验装置，但混凝土在进行力学性能试验时需脱离试验装置，这样会使预定的温度梯度发生一定程度的扰动，因而混凝土的温度梯度不能达到精确的控制。

发明内容

本发明提供了一种操作简便，数据精准的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置及其试验方法。

实现本发明目的之一的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，包括温度监测仪表、温控仪表、冷控仪表和制冷液循环泵；下压板、位于下压板上的试验箱体，位于试验箱体上方的顶盖，位于顶盖上方的上压板；所述试验箱体内设有试块，所述试块表面等高均匀排列有多个温度探头，所述试块一侧设有加热板，另一侧设有制冷板，所述制冷板通过制冷液流入管和制冷液流出管与制冷液循环泵相连；所述温度探头与温度监测仪表相连，所述加热板与温控仪表相连；所述制冷液流入管内设有制冷液流量计，所述冷控仪表分别与制冷液流量计和制冷液循环泵相连。

所述试验箱体底部和顶盖内表面均设有一个凸部，所述试块放置于凸部之间。

所述试验箱体底部和顶盖的凸部表面分别设有隔热板，所述试块放置于隔热板之间。

所述试验箱体底部的下方设有凹槽，所述凹槽与下压板相配合；所述顶盖上方也设有凹槽，与上压板相配合。

所述加热板下方设有热电偶，所述加热板通过热电偶与温控仪表相连。

所述顶盖上方设有两个提手。

所述试验箱体的一侧设有抽真空口。

所述顶盖与试验箱体之间设有密封圈。

所述制冷板内设有迂回的制冷液循环管，所述制冷液循环管分别连接制冷液流入管和制冷液流出管。

实现本发明目的之二的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置的试验方法，包括如下步骤：

1)试验前先将试验装置放于压力试验机下压板上，使试验箱底部的凹槽与下压板对接，然后将标准混凝土试块放于试验箱底部的的隔热板上方，同时使加热板和制冷板紧贴试块的两侧，前侧与温度探头相接触；

2)之后将顶盖放入试验箱内，顶盖的凸部的隔热板与试块表面相接触，将试验机上压板缓慢下调，与顶盖上方的凹槽相对接，拔下抽真空口的活塞，连接抽真空装置，使密闭箱体内部处于真空状态；

3)连接温控仪表、温度监测仪表以及冷控仪表的电源，并开启制冷液循环泵，按照试验要求，通过观测温度监测仪表数值显示的试块表面温度梯度曲线，调控温控仪表及冷控仪表，使试块达到设计的温度梯度；

4)在试块达到设计温度梯度后，保持加热板与制冷板处于持续的工作状态，开启压力试验机，进行试块单轴压缩试验，直至试块破碎；

5)试块压缩试验结束后，关闭制冷液循环泵开关及仪表电源，在试验箱内部充入空气，将实验装置搬离试验机，提出顶盖，取出破碎的混凝土试块，使用吸尘器将底部混凝土屑清理干净，并导出所监测的温度数据。

本发明的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置及其试验方法的有益效果如下：

本发明的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置及其试验方法，适用与测量处于不同温度温度梯度下的混凝土试块单轴抗压强度，产生的温度梯度可以控制并且调控范围大，所得数据精准可靠，试验方法简便，易于操作。

附图说明

图1为本发明的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置的结构示意图。

图2为本发明的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置的制冷板的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，包括温度监测仪表7、温控仪表6、冷控仪表15和制冷液循环泵20；下压板14、位于下压板14上的试验箱体5，位于试验箱体5上方的顶盖3，位于顶盖3上方的上压板1；所述试验箱体5内设有试块9，所述试块9表面等高均匀排列有多个温度探头10，所述试块9一侧设有加热板11，另一侧设有制冷板12，所述制冷板12通过制冷液流入管17和制冷液流出管18与制冷液循环泵20相连；所述温度探头10与温度监测仪表7相连，所述加热板11与温控仪表6相连；所述制冷液流入管17内设有制冷液流量计16，所述冷控仪表15分别与制冷液流量计16和制冷液循环泵20相连。

所述试验箱体5底部和顶盖3内表面均设有一个凸部，所述试验箱体5底部和顶盖3的凸部表面分别设有隔热板8，所述试块9放置于隔热板8之间。所述试验箱体5底部的下方设有凹槽，所述凹槽与下压板14相配合；所述顶盖3上方也设有凹槽，与上压板1相配合。

所述加热板11下方设有热电偶13，所述加热板11通过热电偶13与温控仪表6相连。

所述顶盖3上方设有两个提手2。所述试验箱体5的一侧设有抽真空口19。所述顶盖3与试验箱体5之间设有密封圈4。

如图1、2所示，所述制冷板12内设有迂回的制冷液循环管21，所述制冷液循环管21分别连接制冷液流入管17和制冷液流出管18。

本发明的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置的试验方法，包括如下步骤：

1)试验前先将试验装置放于压力试验机下压板上，使试验箱底部的凹槽与下压板对接，然后将标准混凝土试块放于试验箱底部的的隔热板上方，同时使加热板和制冷板紧贴试块的两侧，前侧与温度探头相接触；

2)之后将顶盖放入试验箱内，顶盖的凸部的隔热板与试块表面相接触，将试验机上压板缓慢下调，与顶盖上方的凹槽相对接，拔下抽真空口的活塞，连接抽真空装置，使密闭箱体内部处于真空状态；

3)连接温控仪表、温度监测仪表以及冷控仪表的电源，并开启制冷液循环泵，按照试验要求，通过观测温度监测仪表数值显示的试块表面温度梯度曲线，调控温控仪表及冷控仪表，使试块达到设计的温度梯度；

4)在试块达到设计温度梯度后，保持加热板与制冷板处于持续的工作状态，开启压力试验机，进行试块单轴压缩试验，直至试块破碎；

5)试块压缩试验结束后，关闭制冷液循环泵开关及仪表电源，在试验箱内部充入空气，将实验装置搬离试验机，提出顶盖，取出破碎的混凝土试块，使用吸尘器将底部混凝土屑清理干净，并导出所监测的温度数据。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：包括温度监测仪表、温控仪表、冷控仪表和制冷液循环泵；下压板、位于下压板上的试验箱体，位于试验箱体上方的顶盖，位于顶盖上方的上压板；所述试验箱体内设有试块，所述试块表面等高均匀排列有多个温度探头，所述试块一侧设有加热板，另一侧设有制冷板，所述制冷板通过制冷液流入管和制冷液流出管与制冷液循环泵相连；所述温度探头与温度监测仪表相连，所述加热板与温控仪表相连；所述制冷液流入管内设有制冷液流量计，所述冷控仪表分别与制冷液流量计和制冷液循环泵相连。

2.根据权利要求1所述的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：所述试验箱体底部和顶盖内表面均设有一个凸部，所述试块放置于凸部之间。

3.根据权利要求2所述的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：所述试验箱体底部和顶盖的凸部表面分别设有隔热板，所述试块放置于隔热板之间。

4.根据权利要求1～3任一所述的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：所述试验箱体底部的下方设有凹槽，所述凹槽与下压板相配合；所述顶盖上方也设有凹槽，与上压板相配合。

5.根据权利要求1～3任一所述的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：所述加热板下方设有热电偶，所述加热板通过热电偶与温控仪表相连。

6.根据权利要求1～3任一所述的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：所述顶盖上方设有两个提手。

7.根据权利要求1～3任一所述的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：所述试验箱体的一侧设有抽真空口。

8.根据权利要求1～3任一所述的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：所述顶盖与试验箱体之间设有密封圈。

9.根据权利要求1～3任一所述的可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置，其特征在于：所述制冷板内设有迂回的制冷液循环管，所述制冷液循环管分别连接制冷液流入管和制冷液流出管。

10.一种可控温度梯度下水工衬砌混凝土压缩试验装置的试验方法，包括如下步骤：

1)试验前先将试验装置放于压力试验机下压板上，使试验箱底部的凹槽与下压板对接，然后将标准混凝土试块放于试验箱底部的的隔热板上方，同时使加热板和制冷板紧贴试块的两侧，前侧与温度探头相接触；

2)之后将顶盖放入试验箱内，顶盖的凸部的隔热板与试块表面相接触，将试验机上压板缓慢下调，与顶盖上方的凹槽相对接，拔下抽真空口的活塞，连接抽真空装置，使密闭箱体内部处于真空状态；

3)连接温控仪表、温度监测仪表以及冷控仪表的电源，并开启制冷液循环泵，按照试验要求，通过观测温度监测仪表数值显示的试块表面温度梯度曲线，调控温控仪表及冷控仪表，使试块达到设计的温度梯度；

4)在试块达到设计温度梯度后，保持加热板与制冷板处于持续的工作状态，开启压力试验机，进行试块单轴压缩试验，直至试块破碎；

5)试块压缩试验结束后，关闭制冷液循环泵开关及仪表电源，在试验箱内部充入空气，将实验装置搬离试验机，提出顶盖，取出破碎的混凝土试块，使用吸尘器将底部混凝土屑清理干净，并导出所监测的温度数据。