CN107020687B - 风速‑温度‑湿度三场可调控的混凝土养护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风速‑温度‑湿度三场可调控的混凝土养护系统及方法。该系统是在由养护箱和回风通道组成的气流环路内布置温度、湿度、风速场的检测、判断及控制单元，以及风机、蒸发器、加热器及加湿器，用养护控制单元集成上述风速场值、温度、湿度数据的共同调节，保证养护箱内风速与温度、湿度场恒定。该方法基于上述系统在养护箱形成稳态的三场进行试验。本发明能够真实全面模拟施工现场养护条件下混凝土早期抗收缩开裂的性能，为检验和解决实际工程混凝土早期开裂提供了可靠的参考。

Description

风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护系统及方法

技术领域

本发明涉及一种新型混凝土养护设备及方法。用于模拟不同复杂养护环境下的混凝土收缩开裂特征，尤其适用于测试及分析不同养护环境下混凝土早龄期收缩开裂性能。

背景技术

现场施工混凝土，常常因为缩短施工工期和提高模板周转使用效率，混凝土模板普遍存在拆模较早情况。一般工程在混凝土浇筑完成后一至两天就开始拆模。虽采取包裹覆盖等保湿保温措施，但往往因拆除-包裹或覆盖工序不连续或无法有效实现完全封闭，致使尚处于养护早期的混凝土不同程度地暴露于自然环境。譬如：拆模后即使在混凝土构件表面包裹塑料薄膜养护，但若不能严密包裹或密封遮盖，混凝土相当部分表面仍然会处于空气对流状态；而开敞式洒水覆盖养护也会因措施不严格出现表面干湿交替现象，这都将直接导致成型混凝土早期收缩裂缝的迅速产生。

混凝土早龄期收缩裂缝较为普遍，且一直是影响混凝土结构耐久性的关键性问题。根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）中所推荐的早龄期收缩测试方法和早期抗裂试验方法并未考虑风速恒定控制因素。由于蒸发速率对混凝土收缩开裂的显著影响是业内共知的事实，而风速的非恒定非稳定会导致室内试验试样所处小环境的对流蒸发不断发生变化，最终影响各处的蒸发速率，所以这种温湿度控制环境下所获得的收缩与裂缝试验结果准确表征实际工程混凝土的抗裂性能值得商榷。试验风速场与温度、湿度三者变化对蒸发速率的影响以及三者耦合对于混凝土收缩开裂的影响，目前尚无明确研究与应用技术；并且，能够模拟施工现场拆模养护非标准真实环境，特别是特定风速-温度-湿度变化对混凝土收缩开裂的影响规律尚无相关试验方法和测试系统，现有标准试验方法所获参数缺乏精确有效指导施工价值。

因此，建立风速-温度-湿度三场联合调控的养护环境，可根据不同试验工况需求严格控制风速及温度、湿度三场指标，准确测试三场独立及耦合作用下混凝土试样的收缩开裂特征和规律，弥补目前《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082—2009）中早龄期收缩测试方法和早期抗裂试验方法中对养护环境设定的不足；同时，三场联合调控的养护环境能可靠模拟不同施工现场的养护条件，获取混凝土在现实非标养护工况下的收缩开裂情况与参数变化规律，从而更有针对性地指导和应对实际施工。所以，如何创建一种风速-温度-湿度三场联合可调控的养护与试验方法是本领域亟待解决问题。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种风速-温度-湿度三场可精确调控的养护方法及系统。通过对实验室养护环境下的试样所处风速场及温度、湿度进行调控与监测，模拟不同现实工况环境下混凝土养护作业，准确获取不同养护环境（尤其是不同风速）下混凝土的收缩开裂特征，可填补目前相应规范中空白，且更符合不同施工工艺的实际需求。

为达到上述目的，本发明首次提出了一种风速-温度-湿度三场可精确调控的养护方法，包括以下步骤：

1、建立一套风速-温度-湿度三场可精确调控的养护箱系统；

2、在试验开始前，根据试验所需达到的养护环境条件，通过单片机控制面板设定风速及温度、湿度；观察控制面板上实时动态反馈的环境参数，待试验区域范围内的风速及温度、湿度的场值均衡达到设定值且趋于稳定后，即可开始试验；

3、通过控制面板调整温度、湿度控制精度（如±3个单位），则养护箱内温、湿度低于设定值-3个单位时加湿升温装置开始工作，温度、湿度高于设定值+3个单位时除湿降温装置开始工作；

4、风速控制则相对独特，需要通过精细调整进出口风道导风叶片开启形态，确保试验区形成均匀流风场；当风速值低于或超出设定的风速设定值，则自动调节风机转速，升高或降低风速；

5、用平板刀口模具试验或用非接触收缩仪测试试验时，模具内填满混凝土振实后放入三场调试稳定的养护箱内，关闭箱门，连接信号采集系统；考虑模具放入后的风阻影响，再次检验微调整风场风道进流道导风叶片，直至满足试验风场精度要求；

6、刀口模具试验24h后将模具取出观察裂缝并作相关计算；非接触测试仪早龄期试验3d后取出试样并通过收缩测试仪获取数据；养护过程中，箱内试样情况可通过箱体观察窗观察。

本发明提供的上述养护方法中，养护箱内的温度、湿度可通过设置于箱体内的前后断面中心传感器测得；风速则通过置于箱体进风断面、中间断面以及出风断面的上、中、下高精度风速仪测得，并通过导风叶片开启形态调整保持恒定流。

为实现上述方法，本发明还提供了一种风速及温度、湿度三场可调控的混凝土养护系统，所述风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护系统，由养护箱和回风通道组成气流环路，在气流环路内布置温度、湿度、风速场的检测、判断及控制单元，以及风机、蒸发器、加热器及加湿器；包括：

1、温度、湿度检测单元，用于检测养护箱环境的温度、湿度；

2、温度、湿度判断单元，用于判断检测单元得到的养护箱内温度、湿度是否满足设定值精度范围要求；

3、温度、湿度控制单元，用于根据判断单元所得结果，对养护箱进行加湿/除湿和升温/降温操作；

4、风速场检测单元，用于检测养护箱内的均匀场风速；

5、风速场判断单元，用于判断检测单元得到的养护箱内风速场否在设定值精度范围，同时根据箱内检测断面多点的测值风速判断养护箱内风场是否恒定；

6、风速场控制单元，用于根据判断单元得到的风速值结果，对风机进行加速/减速操作；同时根据多测点断面风速值，调整进出口风道导风叶片开启形态，实现均匀恒定风场；

7、养护控制单元，集成上述风速场值、温度、湿度数据的共同调节，保证养护箱内风速与温度、湿度场恒定；

所述养护箱与回风通道是并排布置的直线段，直线段的两端分别用弯区段连通，所述风机、蒸发器、加热器与加湿器集中布置在进出口风道端部；

8、本系统养护箱的三场控制指标分别是：温度控制可调范围5℃～50℃（±1℃）；湿度控制可调范围20%～90%RH（±3%）；风速控制可调范围0m/s～12m/s（±0.1m/s）；风场均匀性误差控制0.2m/s.

本发明提供的上述混凝土养护方法和系统适用于任何混凝土成型养护，更适用于模拟测试各类工况混凝土浇筑后，不同养护环境下混凝土收缩开裂性能。

采用本发明提供的上述混凝土养护方法和系统，能够真实全面模拟施工现场养护条件下混凝土早期抗收缩开裂的性能，为检验和解决实际工程混凝土早期开裂提供可靠参考。此外本养护方法与系统的发明，也能进一步完善现有《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）中所推荐的早龄期收缩测试方法和早期抗裂试验方法标准。

附图说明

图1是本发明实施例的风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护系统的设备简图；

图2是图1的使用状态示意图；

图3是混凝土早期收缩测试结果；

图4是刀口模具试验结果；

图中：1风机，2风速仪，3试验观察窗，4推拉启闭门，5养护箱，6回风通道，7蒸发器，8加热器，9加湿器，10养护箱控制器。

具体实施方式

实施例：

本实施例的具有风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护系统如图1和图2所示，该养护箱箱体试验区长度为3000mm，宽度为1000mm，高度为450mm，进出口风道及养护箱体均采用内胆不锈钢外包保温材料制作。该养护箱系统包括温度检测单元、湿度检测单元、温度判断单元、湿度判断单元、温度控制单元、湿度控制单元、风速场检测单元、风速场判断单元、风速场控制单元和养护控制单元。

采用该系统进行某C30混凝土利用该养护系统开展特定风速-温度-湿度三场控制条件下的早期非接触收缩试验和早期抗裂试验的测试过程如下：

1、原材料性能

水泥选用海螺牌P.O42.5水泥；细骨料选用细度模数为2.8的天然河沙；粗骨料选用连续级配的人工碎石5-20mm；外加剂采用江苏博特聚羧酸高效减水剂；自来水。

2、混凝土配合比

水灰比	水泥	砂	粗骨料	水	外加剂
						0.5	380	771	1043	190	0.3%

3、试验内容

（1）在试验开始前，根据试验所需达到的养护环境条件，通过控制面板设定风速为3m/s及温度20℃、湿度60%；观察控制面板上实时动态反馈的数据，待试验区域范围内的风速及温度、湿度的场值均衡达到设定值且趋于稳定后，即可开始试验。

（2）混凝土早期收缩试验采用非接触收缩仪测试，在试模内涂刷润滑油，然后在试模内铺设两层塑料薄膜，每层薄膜上均匀涂抹一层润滑油；在模具内填满混凝土振实后放入三场调试稳定的养护箱内，连接信号采集系统后关闭箱门；考虑模具放入的风阻影响，模具试样放入后再次微调整风场风道进流道导风叶片，直至满足试验精度要求(进口风道、出口风道及中间风道上中下共9点风速瞬时测值误差均要能够满足3±0.1m/s)。

（3）混凝土早期抗裂试验采用刀口模具，在试模内涂刷润滑油，在模具内填满混凝土振实后放入三场调试稳定的养护箱内，关闭箱门；同样考虑模具放入的风阻影响，模具试样放入后再微调整风场风道进流道导风叶片，直至满足试验精度要求(进口风道、出口风道及中间风道上中下共9点风速瞬时测值误差均满足3±0.1m/s)。

（4）刀口模具试验24h后将模具取出观察裂缝并作相关计算；非接触测试仪早龄期试验3d后取出试样并通过收缩测试仪获取数据；养护过程中，间隔2h观察箱内试样测试试样及采集数据规律性。

4、试验结果

（1）混凝土早期收缩试验，测试结果如图3所示，试验结束后测量标靶之间距离，计算得三个试样的收缩率分别为1982ppm、1690ppm、1630ppm。

（2）混凝土早期抗裂试验，刀口模具试验结果如图4所示，其中，根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082—2009）所给出的公式，

(1-1)

(1-2)

c=a*b (1-3)

式中：Wi---第i条裂缝的最大宽度（mm），精确到0.1mm；

Li---第i条裂缝的长度（mm），精确到1mm；

N---总裂缝数目（条）；

A---平板的面积（㎡），精确到小数点后两位；

a---每条裂缝的平均开裂面积（mm²/条），精确到1 mm²/条；

b---单位面积的裂缝数目（条/m²），精确到0.1条/m²；

c---单位面积上的总开裂面积（mm²/ m²），精确到1 mm²/ m²。

本次试验计算得：单位面积上的总开裂面积c=675 mm²/ m²。

Claims (3)

1.一种风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，搭建风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护系统；

所述风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护系统，由养护箱和回风通道组成气流环路，在气流环路内布置温度、湿度、风速场的检测、判断及控制单元，以及风机、蒸发器、加热器及加湿器；

所述温度、湿度检测单元用于检测养护箱环境的温度、湿度；

所述温度、湿度判断单元用于判断温度、湿度检测单元得到的养护箱内温度、湿度是否满足设定值精度范围要求；

所述温度、湿度控制单元用于根据温度、湿度判断单元所得结果，对养护箱进行加湿或除湿和升温或降温操作；

所述风速场检测单元用于检测养护箱内的均匀风速场；

所述风速场判断单元用于判断风速场检测单元得到的养护箱内风速场是否在设定值精度范围，同时根据箱内检测断面多点的测值风速判断养护箱内风速场是否恒定；

所述风速场控制单元用于根据风速场判断单元得到的风速值结果，对风机进行加速或减速操作；同时根据多测点断面风速值，调整进出口风道导风叶片开启形态，实现均匀恒定风速场；

还包括养护控制单元，集成风速场、温度、湿度数据的共同调节，保证养护箱内风速与温度、湿度场恒定；

所述养护箱与回风通道是并排布置的直线段，直线段的两端分别用弯区段连通，所述风机、蒸发器、加热器与加湿器集中布置在进出口风道端部；

步骤2，在试验开始前，根据试验所需达到的养护环境条件，通过单片机控制面板设定风速及温度、湿度；观察控制面板上实时动态反馈的环境参数，待试验区域范围内的风速及温度、湿度的场值均衡达到设定值且趋于稳定后，开始试验；

步骤3，通过控制面板调整温度、湿度控制精度，养护箱内的温度、湿度通过设置于箱体内的前后断面中心传感器测得；风速则通过置于箱体进风断面、中间断面以及出风断面的上、中、下高精度风速仪测得，并通过导风叶片开启形态调整保持恒定流；

步骤4，将试样放入三场调试稳定的养护箱内，关闭箱门，连接信号采集系统；考虑模具放入后的风阻影响，再次检验微调整风速场风道进流道导风叶片，直至满足试验风速场精度要求；

步骤5，养护过程中，箱内试样情况通过箱体观察窗观察,达到试验所规定养护时间后，取出模具用于测量；通过精细调整进出口风道导风叶片开启形态对风速分布进行调整，确保试验区形成均匀流风速场；当风速值低于或超出设定的风速设定值，则自动调节风机转速，升高或降低风速。

2.根据权利要求1所述的风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护方法，其特征在于：步骤3中，温度、湿度控制精度是±3个单位，养护箱内温度、湿度低于设定值-3个单位时加湿升温装置开始工作，温度、湿度高于设定值+3个单位时除湿降温装置开始工作。

3.根据权利要求1所述的风速-温度-湿度三场可调控的混凝土养护方法，其特征在于：步骤3中，风速控制可调范围0m/s～12m/s，控制精度±0.1m/s；风速场均匀性误差控制0.2m/s。