CN105527311A - 大体积混凝土细观破裂试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大体积混凝土细观破裂试验系统，包括温度应力试验机和声发射检测装置，温度应力试验机包括容置混凝土试件的机箱、加热冷却系统、位移传感器、测力传感器、步进电机、控制器、信号放大器、埋设于混凝土试件中的温度传感器，根据各传感器采集的数据控制步进电机动作、并对各传感器采集的数据处理得到温度应力试验参数的服务器，声发射检测装置包括埋设于混凝土试件中的声发射传感器、信号处理单元，声发射传感器通过信号处理单元与服务器的数据输入端相连接；声发射传感器采集的混凝土变形数据经信号处理单元放大、模数转换处理后传输至服务器。本发明以出现混凝土的微观裂缝为试验结果，可实现混凝土细观裂缝下温度参数的精确测量。

Description

大体积混凝土细观破裂试验系统
技术领域
本发明涉及一种大体积混凝土细观破裂试验系统，属于水利水电工程技术领域。
背景技术
混凝土裂缝是混凝土结构由于内外因素的作用而产生的物理结构变化，混凝土开裂的研究对于水利水电工程、土木建筑工程等技术领域有着重要的实际意义。目前，研究混凝土开裂的主要试验方法是约束试验法，其主要分为圆环法、平板法和轴向约束试验法。
圆环法存在的问题是：得到的试验数据离散性较为严重，且仅限于应变值，对于力学性能无法定量分析；温度和约束历程单一不可控，无法模拟实际工程中的约束程度和温度发展历程；受尺寸限制而无法对大骨料的混凝土进行试验。
平板法存在的问题是：无法对混凝土性能参数进行定量测定，无法评价混凝土受温度变化引起的应力，不适用于评价大体积混凝土的抗裂性。
轴向约束试验法是利用温度应力试验机实现混凝土早期开裂性能的测试，现有的温度应力试验机在试验过程中是以出现混凝土的宏观裂缝为测试结果，一般混凝土裂缝的扩展从细观裂缝开始，进而扩展为宏观裂缝，故常规的试验方法不能够反应细观裂缝。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种大体积混凝土细观破裂试验系统，其以出现混凝土的微观裂缝为试验结果，能够实现混凝土细观裂缝的精确测量，从而从早期就开始采取措施，预防宏观裂缝的发生。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大体积混凝土细观破裂试验系统，包括温度应力试验机，其包括用于容置混凝土试件的机箱、机箱上的加热冷却系统、位移传感器、测力传感器、步进电机、用于控制步进电机动作的控制器、用于对采集的信号进行放大处理的信号放大器、埋设于混凝土试件中的温度传感器，用于根据各传感器采集的数据控制步进电机动作、并对各传感器采集的数据进行处理得到温度应力试验参数的服务器，还包括声发射检测装置，
该声发射检测装置包括埋设于所述混凝土试件中的声发射传感器、信号处理单元，该声发射传感器通过该信号处理单元与所述服务器的数据输入端相连接；该声发射传感器采集的混凝土细观破裂信号经该信号处理单元进行放大处理后传输至所述服务器。
进一步的，
所述服务器根据各传感器采集的数据，处理得到混凝土微观开裂下的温度应力试验参数。
所述混凝土试件包括约束试件，所述温度传感器、声发射传感器埋设于该约束试件中，该温度传感器通过一数据采集单元与所述服务器的数据输入端相连接，该声发射传感器通过该数据采集单元、所述信号处理单元与所述服务器的数据输入端相连接。
所述混凝土试件包括自由试件，所述温度传感器、声发射传感器埋设于该自由试件中，该温度传感器通过一数据采集单元与所述服务器的数据输入端相连接，该声发射传感器通过该数据采集单元、所述信号处理单元与所述服务器的数据输入端相连接。
所述约束试件的一端固定于所述机箱的机架上，另一端通过活动夹、所述位移传感器、测力传感器与步进电机相连接，所述服务器的控制端通过所述控制器与步进电机相连接，该位移传感器通过所述信号放大器与所述服务器的数据输入端相连接。
所述自由试件的一端固定于所述机箱的机架上，另一端通过活动夹、所述位移传感器、信号放大器与所述服务器的数据输入端相连接。
本发明的优点是：
本发明的大体积混凝土细观破裂试验系统，结合温度应力试验机与声发射检测装置，以出现混凝土的微观裂缝为试验结果，可精确测量混凝土发生细观裂缝时刻的各项参数，为评价混凝土的抗裂性能提供精确的试验数据。
附图说明
图1是本发明的系统组成框图。
图2是本发明的服务器的功能模块组成结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的系统组成框图。如图所示，本发明公开的大体积混凝土细观破裂试验系统，包括温度应力试验机、声发射检测装置，
温度应力试验机包括用于容置混凝土试件(约束试件1和自由试件2)的机箱13、机箱上的加热冷却系统3、位移传感器4、测力传感器5、步进电机6、用于控制步进电机动作的控制器8、用于对采集的信号进行放大处理的信号放大器7、服务器9；分别埋设有温度传感器10的约束试件(在约束条件下收缩)和自由试件(自由收缩)放置于机箱中，约束试件1及自由试件2的一端由固定夹固定于机箱的机架上，自由试件2的另一端通过活动夹、位移传感器4、信号放大器7与服务器9的数据输入端相连接，约束试件1的另一端通过活动夹、位移传感器4、测力传感器5与步进电机6相连接，测力传感器5及用于测量约束试件的位移数据的位移传感器4还通过信号放大器7与服务器9的数据输入端相连接，服务器9的控制端通过控制器8控制步进电机6动作。
利用温度应力试验机进行试验时，通过加热冷却系统3控制机箱内的环境温度，在环境温度的变化过程中，混凝土试件发生热胀冷缩，温度传感器10采集混凝土试件的温度数据，位移传感器4采集混凝土试件的位移数据，测力传感器5采集约束试件1于轴向上的应力数据，各传感器将采集的数据传输至服务器9，服务器9预设有约束试件的位移阈值，当约束试件的收缩或膨胀位移超过该位移阈值时，服务器9通过控制器8控制步进电机6工作将约束试件1拉伸或压缩，使其保持原始长度，同时自由试件2随温度变化进行自由变形；随着温度的变化过程，服务器9得到混凝土试件随温度变化的位移和应力变化过程数据，直至混凝土试件发生开裂(宏观上的开裂)，服务器9根据各传感器采集的各项数据，得到混凝土宏观开裂下的各项温度应力试验参数，包括第一零应力时间、第一零应力温度、最大压应力时间、最大压应力温度、最大压应力、最大膨胀变形、最高温度时间、最高温度、第二零应力时间、第二零应力温度、室温应力时间、室温应力等。
声发射检测装置包括声发射传感器11、信号处理单元，声发射传感器11埋设于约束试件1和自由试件2中，声发射传感器11感测的混凝土细观破裂信号(当混凝土内部发生细观裂缝时，声发射传感器感测到混凝土内部发生微破裂的声发射信号)经信号处理单元进行放大处理后传输至服务器9，此时，服务器9通过温度传感器采集的混凝土试件的温度数据、位移传感器采集的混凝土试件的位移数据、测力传感器采集的约束试件的应力数据，得到混凝土微观开裂下的各项温度应力试验参数，包括第一零应力时间、第一零应力温度、最大压应力时间、最大压应力温度、最大压应力、最大膨胀变形、最高温度时间、最高温度、第二零应力时间、第二零应力温度、室温应力时间、室温应力等。
系统还包括数据采集单元12，各温度传感器10、声发射传感器11感测的数据经该数据采集单元12传输至服务器9。
利用本发明的大体积混凝土细观破裂试验系统进行试验的过程是：
1、根据混凝土配合比构建约束试件和自由试件；
2、在约束试件和自由试件中分别布置温度传感器、声发射传感器；
3、将两个试件的一端固定连接于机架上，
4、约束试件的另一端依次连接位移传感器、测力传感器、步进电机，该位移传感器与信号放大器连接，
5、自由试件的另一端依次连接位移传感器、信号放大器、服务器，
6、服务器的控制端与控制器连接，控制器的输出端与步进电机连接；
7、各温度传感器的数据输出端通过数据采集单元与服务器的数据输入端连接，各声发射传感器的数据输出端通过数据采集单元、信号处理单元与服务器的数据输入端连接；
8、设定加热冷却系统的温度变化过程，
9、开始温度应力试验，声发射传感器实时捕捉弹性波信号，出现微裂缝时，表面混凝土试件开裂；
10、服务器处理得到各项温度应力试验参数：包括第一零应力时间、第一零应力温度、最大压应力时间、最大压应力温度、最大压应力、最大膨胀变形、最高温度时间、最高温度、第二零应力时间、第二零应力温度、室温应力时间、室温应力等。
11、数值仿真系统对混凝土的抗裂性能参数进行评价。
如图2所示，本发明的大体积混凝土细观破裂试验系统，其服务器包括用于控制温度的温度控制子系统、用于加载实验参数的加载控制子系统、用于测量混凝土宏观开裂过程的测量控制子系统、用于测量混凝土内部微观破裂的声发射检测子系统、用于自动控制系统测量过程的智能控制子系统、用于处理各传感器采集的数据的数据处理子系统、用于根据采集的数据进行仿真的数值仿真子系统等。
本发明的大体积混凝土细观破裂试验系统，是将温度应力试验机与声发射检测装置相结合，检测混凝土出现微观破裂时的各项性能参数，系统是以出现混凝土的微观裂缝为试验结果，能够精确的测量混凝土发生细观裂缝时刻的各项参数，为评价混凝土的抗裂性能提供精确的试验数据。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.大体积混凝土细观破裂试验系统，包括温度应力试验机，其包括用于容置混凝土试件的机箱、机箱上的加热冷却系统、位移传感器、测力传感器、步进电机、用于控制步进电机动作的控制器、用于对采集的信号进行放大处理的信号放大器、埋设于混凝土试件中的温度传感器，用于根据各传感器采集的数据控制步进电机动作、并对各传感器采集的数据进行处理得到温度应力试验参数的服务器，其特征在于，还包括声发射检测装置，
该声发射检测装置包括埋设于所述混凝土试件中的声发射传感器、信号处理单元，该声发射传感器通过该信号处理单元与所述服务器的数据输入端相连接；该声发射传感器采集的混凝土细观破裂信号经该信号处理单元进行放大处理后传输至所述服务器。
2.根据权利要求1所述的大体积混凝土细观破裂试验系统，其特征在于，所述服务器根据各传感器采集的数据，处理得到混凝土微观开裂下的温度应力试验参数。
3.根据权利要求1所述的大体积混凝土细观破裂试验系统，其特征在于，所述混凝土试件包括约束试件，所述温度传感器、声发射传感器埋设于该约束试件中，该温度传感器通过一数据采集单元与所述服务器的数据输入端相连接，该声发射传感器通过该数据采集单元、所述信号处理单元与所述服务器的数据输入端相连接。
4.根据权利要求1所述的大体积混凝土细观破裂试验系统，其特征在于，所述混凝土试件包括自由试件，所述温度传感器、声发射传感器埋设于该自由试件中，该温度传感器通过一数据采集单元与所述服务器的数据输入端相连接，该声发射传感器通过该数据采集单元、所述信号处理单元与所述服务器的数据输入端相连接。
5.根据权利要求3所述的大体积混凝土细观破裂试验系统，其特征在于，所述约束试件的一端固定于所述机箱的机架上，另一端通过活动夹、所述位移传感器、测力传感器与步进电机相连接，所述服务器的控制端通过所述控制器与步进电机相连接，该位移传感器通过所述信号放大器与所述服务器的数据输入端相连接。
6.根据权利要求4所述的大体积混凝土细观破裂试验系统，其特征在于，所述自由试件的一端固定于所述机箱的机架上，另一端通过活动夹、所述位移传感器、信号放大器与所述服务器的数据输入端相连接。
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