CN106092730A - 应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，包括混凝土温度应力试验机和步入式环境实验室系统。本发明提供的混凝土温度应力试验机系统采用步入式环境实验室，不仅具有满足混凝土温度应力试验的温湿度调节能力，还具有碳化、喷淋、光照环境模拟扩展能力，可同时容纳多台试验机处于相同的环境模拟氛围中进行试验，直接测定混凝土的真实变形并进行闭环控制，具有试验结果可类比性强、应用范围更广、直接测量混凝土变形精度更高、环境模拟能力可扩展性强等优点。

Description

应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统

技术领域

本发明属于混凝土温度应力试验技术领域，特别涉及一种应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统。

背景技术

大体积混凝土温度裂缝是一个重要的工程问题，混凝土温度应力试验机(TSTM)可以在实验室模拟不同约束程度下混凝土的温度应力以及变形情况，通过试验手段建立材料与结构之间的联系，并可同时测定评价多种抗裂指标。混凝土温度应力试验机(TSTM)通过模拟特定的环境温湿度，来影响混凝土内部的温度历程，进而通过设定不同的约束程度来模拟混凝土试件的材料及力学性能。其中环境模拟的手段是试验的基础，是一项重要的技术指标。目前国内外关于混凝土温度应力试压机的环境模拟手段主要有两种：一种是采用水冷式温控模板，通过调整模板中流动液体的温度，来控制混凝土的温度历程；另一种是采用风冷式环境箱，将混凝土试件包围在小型环境箱体内，通过调整环境箱体内空气的温度和流动来影响混凝土试件的温度。

但目前这两种环境模拟手段均存在明显的不足。首先，混凝土试件处于温度调控环境内，但是测量混凝土变形的测量系统(如传感器和标距支杆等)均在实验室的自然环境中，由于自然环境温度波动范围较大，试验机的机架会产生温度变形进而对混凝土的变形产生影响。以波动1℃为例，对于普通钢质金属杆大概会产生12με的变形，而混凝土全约束变形调控的阈值一般为仅为1～3με，由于环境温度波动对传感器测值的影响会超过试验机活动夹头的调整阈值，因此，通过这种方法测定的变形值是不准确的。其次，温度应力试验机系统一般包括一台全约束试验机和一台自由变形的试验机同时进行，若采用小环境箱或温度模板的环境模拟手段，很难保证两台试验机处于同一环境氛围内。再次，混凝土是一种离散性很大的复合材料，传统的混凝土温度应力试验机(TSTM)只有一个约束混凝土试件和一个自由变形试件，试验结果可重复性差，不具有类比性，很难将试验结果进行普及性应用。最后，在混凝土试验的环境模拟方式上，目前的环境模拟手段只能模拟温度和湿度情况，对于实际工程中的碳化、光照、淋雨等自然环境的模拟能力还不具备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟环境条件广、测量精度高、测量结果具有可类比性的应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，包括混凝土温度应力试验机和步入式环境实验室系统；

所述步入式环境实验室系统包括外实验室，设置在外实验室内的实验环境室，以及设置在外实验室和实验环境室之间的主机控制柜、压缩机组房间、环境室控制柜和计算机；

所述环境室控制柜内设置环境模拟控制单元，所述环境模拟控制单元包括温度模拟模块、湿度模拟模块、碳化模拟模块、喷淋模拟模块、光照模拟模块；

所述混凝土温度应力试验机包括试验机主机、混凝土试件模具及变形测量装置，所述变形测量装置包括两预埋杆、连接在所述两预埋杆之间的测变形引伸杆、及设置在所述预埋杆上的位移传感器，所述两预埋杆下端预先定位在混凝土内部；

所述计算机与所述主机控制柜内的控制器电连接，所述控制器与所述环境模拟控制单元电连接，所述环境模拟控制单元与所述压缩机组房间的压缩机组电连接，所述压缩机组房间和环境室控制柜与所述实验环境室连接；

所述实验环境室内设置多台所述混凝土温度应力试验机；

所述实验环境室的墙体地基采用保温防水结构设计，所述实验环境室的墙体内外侧设置橡胶隔震层。

进一步地，所述实验环境室内的四角处分别设置钢块，以所述钢块为支点分别设置混凝土试件模具吊装装置。

进一步地，所述钢块之间设置吊装装置轨道。

进一步地，所述实验环境室墙体地基的保温防水结构为：墙体内侧地基由上至下依次为钢筋混凝土层、防水层、保温层、防水层、混凝土层，墙体外侧地基为全混凝土填充。

进一步地，所述测变形引伸杆为热膨胀系数为0.5～2.5×10^-6m/℃的4J36号铟钢棒。

本发明提供的一种应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，其实验环境室不仅可以模拟环境的温湿度，还可以模拟碳化、喷淋、光照等环境条件，且实验环境室的墙体地基采用保温防水结构设计，可保证实验环境室内的环境模拟条件保持稳定，使步入式环境实验室内的环境条件更接近外界环境条件，从而使混凝土温度应力试验的结果更接近于实际，使试验结果更准确。并且，本发明将多台试验机平行布置于同一个实验环境室内同时工作，可使每台试验机具有相同的模拟环境，并同时对每台试验机的试验数据进行采集、对比、分析，特别是对于离散性较大的混凝土试验而言，其试验结果更具有类比性和可应用性。另外，本发明的试验机变形测量装置可预先埋置于混凝土试件中，相比于传统的测量夹头位移的方法而言，测量的结果更直接，测量精度更高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统的平面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统的步入式环境实验室系统的实验环境室地基局部放大图；

图3为本发明实施例提供的应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统的混凝土温度应力试验机的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的一种应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，包括混凝土温度应力试验机1和步入式环境实验室系统2。其中，步入式环境实验室系统2包括外实验室3，设置在外实验室3内的实验环境室4，以及设置在外实验室3和实验环境室4之间的主机控制柜5、压缩机组房间6、环境室控制柜7和计算机8。

其中，环境室控制柜7内设置环境模拟控制单元，环境模拟控制单元包括温度模拟模块、湿度模拟模块、碳化模拟模块、喷淋模拟模块、光照模拟模块；

参见图2，为了防止地基传热，实验环境室4的墙体43的地基采用保温防水结构设计，在实验环境室4的墙体43内侧地基由上至下依次为钢筋混凝土层432、防水层433、保温层434、防水层433、混凝土层435。为了减少不必要的造价和程序，墙体43的外侧地基则全部用混凝土层435填充。为了增强实验环境室4的保温效果，实验环境室4的墙体43为聚氨酯库板，并且在实验环境室4的墙体43内外侧设置橡胶隔震层431。

参见图3，混凝土温度应力试验机1包括试验机主机11、混凝土试件模具12及变形测量装置13。试验机主机11与混凝土试件模具12可拆卸连接，这样可以把混凝土试件模具12从试验机主机11上拆卸下来，在混凝土试件模具12上浇筑混凝土后可把混凝土试件模具12直接放到震动台上振捣，混凝土振捣合格后再把混凝土试件模具12吊装到试验机主机11上。试验机主机11设置在支架14上，支架14的四条腿安装有万向轮15，可方便混凝土温度应力试验机1的移动。其中，变形测量装置13包括分别固定在混凝土试件模具12两端的预埋杆131、连接在预埋杆131之间的测变形引伸杆132、及设置在预埋杆131上的位移传感器133，两预埋杆131下端埋设在混凝土内部，通过预埋杆131可直接测定混凝土发生的真实变形，使测量的结果更直接，精度更高。为了降低测变形引伸杆132因环境温度而产生的温度变形，测变形引伸杆132采用的是热膨胀系数为0.5～2.5×10^-6m/℃的4J36号铟钢棒。

其中，计算机8与主机控制柜5内的控制器电连接，位移传感器133将采集到的混凝土发生的变形数据传输给主控制柜5，主控制柜5将接收的混凝土变形数据传输到计算机8，由计算机8的软件对数据进行分析处理。主机控制柜5内的控制器还与环境室控制柜7内的环境模拟控制单元电连接，环境室控制柜7内的环境模拟控制单元与压缩机组房间6内的压缩机组电连接，压缩机组房间6和环境室控制柜7与实验环境室4连接。通过计算机8的软件，设定相关试验参数，并将命令发布给主机控制柜5中的控制器，主机控制柜5的控制器进而将命令传给环境室控制柜7内的环境模拟控制单元，对环境模拟控制单元的温度模拟模块、湿度模拟模块、碳化模拟模块、喷淋模拟模块、光照模拟模块等模块进行控制，温度模拟模块、湿度模拟模块、碳化模拟模块、喷淋模拟模块、光照模拟模块等模块对实验环境室4内的温度、湿度、碳化、喷淋、光照等环境条件进行设定，并通过压缩机组房间6内的压缩机组对实验环境室4内的温度进行实时调节。从而使混凝土温度应力试验，不仅能模拟环境的温度和湿度，还能模拟碳化、喷淋、光照等环境条件，使混凝土温度应力试验机系统的混凝土温度应力试验的环境条件更具有真实性，更具有实用性。

实验环境室4设置可供混凝土温度应力试验机进入的入口45，实验环境室4内可同时容纳多台混凝土温度应力试验机，作为本发明的一种具体实施方式，在实验环境室4内并列平行放置四台混凝土温度应力试验机，这四台混凝土温度应力试验机处于相同的环境模拟氛围中，各试验机的约束情况根据试验要求自行设定，这四台试验机在同一环境下试验，可对每台试验机在相同环境条件下测得的温度应力变形数据进行对比分析对比，使试验结果具有更强的可类比性，应用范围更广。

另外，实验环境室4内的四角处分别埋置有钢块42，以钢块42为支点安装混凝土试件模具的吊装装置。并且为了方便吊装装置在各个钢块42之间的移动，钢块42之间连接有吊装装置轨道44。

下面对本发明实施例提供的一种应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统的使用方法做具体说明。

将每台混凝土温度应力试验机1置于实验环境室4相应的试验机工作区域41，从试验机主机11上卸下混凝土试件模具12，在混凝土试件模具12上安装变形测量装置13，使预埋杆131的下端定位在预定的位置，在两预埋杆131上端之间安装测变形引伸杆132，并在其中一个预埋杆131的顶端安装位移传感器133。然后向混凝土试件模具12的混凝土浇筑区浇灌混凝土，使预埋杆131的下端埋设在混凝土内预定深度。把混凝土试件模具12放在振动台振捣，混凝土振捣合格并等混凝土终凝后，将混凝土试件模具12通过以钢块42为支点的吊装装置吊装到试验机主机11上。

启动计算机8，通过计算机8的软件设定温度、湿度、碳化、喷淋、光照等环境试验参数，并将命令发布给主机控制柜5中的控制器，主机控制柜5的控制器进而将命令传给环境室控制柜7内的环境模拟控制单元，对环境模拟控制单元的温度模拟模块、湿度模拟模块、碳化模拟模块、喷淋模拟模块、光照模拟模块等模块进行控制，温度模拟模块、湿度模拟模块、碳化模拟模块、喷淋模拟模块、光照模拟模块等模块对实验环境室4内的温度、湿度、碳化、喷淋、光照等环境条件进行设定，并通过压缩机组房间6内的压缩机组对实验环境室4内的温度进行实时调节。每个混凝土温度应力试验机在实验环境室4内设定好的环境条件下工作，位移传感器133将采集到的混凝土发生的变形数据传输给主控制柜5，主控制柜5将接收的混凝土变形数据传输到计算机8，由计算机8的软件对数据进行分析处理，从而得到混凝土温度应力试验的变形数据。

本发明提供的一种应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，可将多台试验机平行布置于同一个实验环境室内，约束试验机与自由试验机可按需设定，功能性更强，对于离散性较大的混凝土试验而言，其试验结果更具有类比性和可应用性。并且，混凝土试件和试验机主机置于同一个实验环境室内，具有相同的模拟环境，且变形测量装置可预置于混凝土试件中，相比于传统的测量夹头位移的方法而言，测量的结果更直接，测量精度更高。另外，实验环境室不仅可以模拟环境的温湿度，还可以模拟碳化、喷淋、光照等环境条件，具有更多的环境模拟扩展功能，使试验结果更接近于实际。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，包括混凝土温度应力试验机和步入式环境实验室系统；其特征在于：

所述步入式环境实验室系统包括外实验室，设置在外实验室内的实验环境室，以及设置在外实验室和实验环境室之间的主机控制柜、压缩机组房间、环境室控制柜和计算机；

所述环境室控制柜内设置环境模拟控制单元，所述环境模拟控制单元包括温度模拟模块、湿度模拟模块、碳化模拟模块、喷淋模拟模块、光照模拟模块；

所述混凝土温度应力试验机包括试验机主机、混凝土试件模具及变形测量装置，所述变形测量装置包括两预埋杆、连接在所述两预埋杆之间的测变形引伸杆、及设置在所述预埋杆上的位移传感器，所述两预埋杆下端预先定位在混凝土内部；

所述计算机与所述主机控制柜内的控制器电连接，所述控制器与所述环境模拟控制单元电连接，所述环境模拟控制单元与所述压缩机组房间的压缩机组电连接，所述压缩机组房间和环境室控制柜与所述实验环境室连接；

所述实验环境室内设置多台所述混凝土温度应力试验机；

所述实验环境室的墙体地基采用保温防水结构设计，所述实验环境室的墙体内外侧设置橡胶隔震层。

2.根据权利要求1所述的应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，其特征在于：所述实验环境室内的四角处分别设置钢块，以所述钢块为支点设置混凝土试件模具吊装装置。

3.根据权利要求2所述的应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，其特征在于：所述钢块之间设置吊装装置轨道。

4.根据权利要求1所述的应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，其特征在于，所述实验环境室墙体地基的保温防水结构为：墙体内侧地基由上至下依次为钢筋混凝土层、防水层、保温层、防水层、混凝土层，墙体外侧地基为全混凝土填充。

5.根据权利要求1所述的应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统，其特征在于：所述测变形引伸杆为热膨胀系数为0.5～2.5×10^-6m/℃的4J36号铟钢棒。