CN108152106B - 一种自动控制混凝土试件水分含量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动控制混凝土试件水分含量的装置，属于混凝土实验装置的技术领域，包括实验炉、控制箱以及用于启动控制箱的启动钥匙；实验炉包括炉体、称量组件、加湿组件、温控组件和摄像头；控制箱内设置有称量系统、温控系统和图像系统；炉体包括壳体、耐火保温层、内炉门和外炉门。该装置实现了人为控制混凝土试件中含水量，为混凝土试件含水量的多少对混凝土在高温作用下爆裂的影响提供基础准备。

Description

一种自动控制混凝土试件水分含量的装置

技术领域

本发明涉及混凝土实验装置的技术领域，特别是涉及一种自动控制混凝土试件水分含量的装置。

背景技术

混凝土作为世界上最常用的建筑材料，其组成成分一般包括胶凝材料、骨料、水、化学外加剂和矿物掺合料等。在过去几十年中，随着混凝土技术的迅速发展，特别是粉体技术与高性能化学外加剂的发展和应用，高强混凝土，超高强混凝土的制备与应用也变得越来越普及。然而，高强混凝土密实的微观结构虽然可以带来优良的力学性能和耐久性能，但是在高温或火灾条件下却会变为自身的一种缺点从而产生负面效应。大量研究表明: 在高温或火灾条件下，与普通混凝土相比，高强混凝土由于其自身的密实性，更容易发生破坏，其破坏形式一般是表面剥落或爆裂，且爆裂前没有明显的预兆。混凝土一旦发生表面剥落或爆裂，其承载能力将大大降低。随着混凝土广泛应用于民用建筑，核电站、大型水利项目、国防领域等国家诸多产业部门，作为建筑物主体结构的组成和建筑物荷载的支撑结构。由于火灾，在高温作用下，一方面容易造成建筑物的损毁、爆炸、坍塌，造成重大的财产损失和大量人员伤亡：另一方面建筑物倒塌会对周围建筑物造成难以预计的影响，若建筑物为核电站这样的重要设施，会对周围造成二次破坏。因此高强混凝土在高温作用下越来越受到人们的重视。

含水量是高强混凝土在高温下爆裂的一个重要因素，但是由于试件含水量不容易精确控制，所以对试件含水量对高强混凝土在高温下爆裂的影响研究较少，相关的实验设备也没有人提出过。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动控制混凝土试件水分含量的装置，实现人为控制混凝土试件中含水量，为混凝土试件含水量的多少对混凝土在高温作用下爆裂的影响提供基础准备。

本发明提供一种自动控制混凝土试件水分含量的装置，包括实验炉、控制箱以及用于启动控制箱的启动钥匙；实验炉包括炉体、称量组件、加湿组件、温控组件和摄像头；控制箱内设置有称量系统、温控系统和图像系统；炉体包括壳体、耐火保温层、内炉门和外炉门；耐火保温层设置在壳体内与壳体的开口平齐，围合成用于放置混凝土试件的内炉；内炉具有顶板和朝向炉口方向倾斜的底板；炉体的炉口端面上围绕炉口设置有凹槽；炉口内设置有内炉门固定架；内炉门为陶瓷纤维隔热板，可嵌合在内炉门固定架内；外炉门与炉口端面铰接，内侧面上设置有与凹槽配合的密封橡胶圈以及设置在密封橡胶圈内的且与炉口相适应的隔热板；隔热板为陶瓷纤维隔热板；称量组件包括设置在内炉底板和耐火保温层之间且与称量系统电连接的电子秤；加湿组件包括喷头、水泵、水箱和废水收集槽；喷头设置在所述内炉内；水泵和水箱均设置在内炉底板和耐火保温层之间；水泵的进水口通过输水管与水箱连接，出水口通过输水管与喷头连接；废水收集槽设置在炉口的下边沿，废水收集槽内设置有具有滤孔的滤板，底部通过输水管与水箱连通；温控组件包括设置在内炉和壳体之间的硅碳棒、设置在内炉内的第一热电偶以及设置在内炉和壳体之间的且位于硅碳棒外的第二热电偶；硅碳棒、第一热电偶和第二热电偶均与温控系统电连接；摄像头用于观察内炉内的混凝土试件，且与图像系统电连接；称量系统用于接收电子秤的称量值，并预设混凝土试件所需含水量占混凝土试件质量的百分比；温控系统用于设置预设温度和升温速率，接收第一热电偶和第二热电偶的测量值并与预设温度对比，以控制硅碳棒；图像系统用于接收摄像头获取的图像；电子秤、喷头和摄像头能耐300℃以上温度。

进一步地，壳体和内炉的顶板之间设置有隔板；隔板上设置有用于固定喷头、硅碳棒、第一热电偶和第二热电偶的金属帽；金属帽上设置有供水或线缆通过的通孔。

进一步地，壳体上设置有用于更换所述水箱的更换口；更换口的边缘通过转轴连接有封闭板；封闭板上设置有通过转动能将封闭板封闭在更换口上的第一锁紧旋钮。

进一步地，外炉门上设置有锁紧组件；锁紧组件包括设置在外炉门内的具有伸缩杆的锁体以及设置在外炉门外侧面上的与锁体连接的第二锁紧旋钮。

进一步地，硅碳棒的数量为多个，沿着内炉的纵向中心线对称布置两列，每列中的硅碳棒等间距设置；喷头的数量为多个，沿着内炉的纵向中心线对称布置两列，每列中的喷头等间距设置；第一热电偶设置在内炉的中心。

进一步地，壳体的顶面设置有圆形通风孔；圆形通风孔内沿着径向设置有多个分隔栏；多个分隔栏朝向圆形通风孔圆心的端部依次连接围合成供第一热电偶和第二热电偶的线缆穿出的第一穿线孔；第一穿线孔的边缘转动设置有用于遮挡相邻两个分隔栏之间栅格的遮挡板。

进一步地，壳体的侧面和背面均设置有通风槽；壳体的背面设置有供水泵、电子秤和硅碳棒的线缆穿出的第二穿线孔。

进一步地，壳体的顶面设置有悬挂环，背面的上部和底面设置有支脚。

进一步地，摄像头通过可转动的摄像头底座设置在炉口顶部的中心；图像系统与摄像头底座电连接。

进一步地，控制箱的正面设置有与启动钥匙配合的钥匙孔、称量系统的操作界面、温控系统的操作界面和图像系统的操作界面；称量系统的操作界面包括用于显示混凝土试件初始质量的界面、用于显示混凝土试件实时质量的界面以及用于预设混凝土试件所需含水量占混凝土试件质量的百分比的界面；温控系统的操作界面包括用于设定预设温度的界面、用于显示内炉实时温度的界面以及用于设定硅碳棒升温速率的界面；图像系统的操作界面包括用于显示混凝土试件实时状态的显示屏、用于开闭摄像头的开关按键以及用于调节摄像头底座角度的调节按键。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明提供的自动控制混凝土试件水分含量的装置的原理是通过硅碳棒加热使内炉温度达到预设温度（300℃以下）将混凝土试件内的水分蒸发，在通过加湿组件制造水雾环境，向混凝土试件中补充水，实现了人为对混凝土试件含水量的控制；

2、该装置采用耐火保温层和双层陶瓷纤维隔热板，具有保温和隔热的作用，减少对能源的消耗，加湿过程中产生的废水经废水收集槽收集流回水箱内，既避免了废水对实验精准度的影响，又实现了水的重复利用，体现了节能环保的理念；

3、第一热电偶和第二热电偶的设置实现了对内炉内外温度的分别监测，以内炉内温度为参考值，减小了在内炉外温度达到预设温度而内炉内温度未达到预设温度时，温控系统发出错误判断硅碳棒停止加热而引发的误差；

4、摄像头和图像系统的配合能够实时观察混凝土试件的状态，使得实验更为生动直观；

5、外炉门上密封橡胶圈和炉口端面上凹槽的配合，提高了试验炉的密封性，有效防止加热时有毒气体的发散造成操作人员的中毒，且双层陶瓷纤维隔热板也可起到防止气味发散的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明实施例1提供的自动控制混凝土试件水分含量的装置的结构示意图；

图2是图1所示装置中实验炉（为关门时状态）的结构示意图；

图3是图1所示装置中实验炉（为开门时状态）的结构示意图；

图4是图2所示实验炉的左视图；

图5是图2所示实验炉的右视图；

图6是图2所示实验炉的后视图；

图7是图5所示实验炉中A-A截面的示意图；

图8是图6所示实验炉中B-B截面的示意图；

图9是图1所示装置中控制箱的结构示意图；

图10是本发明实施例2中自动控制混凝土试件水分含量的装置的使用流程图。

标号：100-实验炉；101-壳体；102-内炉门；103-外炉门；104-凹槽；105-内炉门固定架；106-密封橡胶圈；107-隔热板；108-电子秤；109-喷头；110-水泵；111-水箱；112-废水收集槽；113-输水管；114-硅碳棒；115-第一热电偶；116-第二热电偶；117-摄像头；118-隔板；119-金属帽；120-封闭板；121-第一锁紧旋钮；122-第二锁紧旋钮；123-圆形通风孔；124-第一穿线孔；125-通风槽；126-第二穿线孔；127-悬挂环；128-支脚；129-把手；200-控制箱；201-钥匙孔；202-称量系统的操作界面；203-温控系统的操作界面；204-图像系统的操作界面；205-电源按钮；206-支座。

具体实施方式

本实施例提供一种自动控制混凝土试件水分含量的装置，包括实验炉100、控制箱200以及用于启动控制箱200的启动钥匙；实验炉100包括炉体、称量组件、加湿组件、温控组件和摄像头117；控制箱200内设置有称量系统、温控系统和图像系统；炉体包括壳体101、耐火保温层、内炉门102和外炉门103；耐火保温层设置在壳体101内与壳体101的开口平齐，围合成用于放置混凝土试件的内炉；内炉具有顶板和朝向炉口方向倾斜的底板；炉体的炉口端面上围绕炉口设置有凹槽104；炉口内设置有内炉门固定架105；内炉门102为陶瓷纤维隔热板，可嵌合在内炉门固定架105内；外炉门103与炉口端面铰接，内侧面上设置有与凹槽104配合的密封橡胶圈106以及设置在密封橡胶圈106内的且与炉口相适应的隔热板107；隔热板107为陶瓷纤维隔热板；称量组件包括设置在内炉底板和耐火保温层之间且与称量系统电连接的电子秤108；加湿组件包括喷头109、水泵110、水箱111和废水收集槽112；喷头109设置在内炉内；水泵110和水箱111均设置在内炉底板和耐火保温层之间；水泵110的进水口通过输水管113与水箱111连接，出水口通过输水管113与喷头109连接；废水收集槽112设置在炉口的下边沿，废水收集槽112内设置有具有滤孔的滤板，底部通过输水管113与水箱111连通；温控组件包括设置在内炉和壳体101之间的硅碳棒114、设置在内炉内的第一热电偶115以及设置在内炉和壳体101之间的且位于硅碳棒114外的第二热电偶116；硅碳棒114、第一热电偶115和第二热电偶116均与温控系统电连接；摄像头117用于观察内炉内的混凝土试件，且与图像系统电连接；称量系统用于接收电子秤108的称量值，并预设混凝土试件所需含水量占混凝土试件质量的百分比；温控系统用于设置预设温度和升温速率，接收第一热电偶115和第二热电偶116的测量值并与预设温度对比，以控制硅碳棒114；图像系统用于接收摄像头117获取的图像；电子秤108、喷头109和摄像头117能耐300℃以上温度。

优选地，内炉底板的坡度为1%。

进一步地，电子秤108可精确到2g，最大称量40kg。

进一步地，外炉门103通过转轴与炉口端面铰接。

进一步地，壳体101和内炉的顶板之间设置有隔板118；隔板118上设置有用于固定喷头109、硅碳棒114、第一热电偶115和第二热电偶116的金属帽119；金属帽119上设置有供水或线缆通过的通孔。

进一步地，壳体101上设置有用于更换水箱111的更换口；更换口的边缘通过转轴连接有封闭板120；封闭板120上设置有通过转动能将封闭板120封闭在更换口上的第一锁紧旋钮121。当水箱111内的水位低于水位线时，旋转第一锁紧旋钮121使其处于水平位置，即可打开封闭板120，在水箱111中注入水后将水箱111放回原位并连接好管道，合上封闭板120，旋转第一锁紧旋钮121使其处于竖直位置即可将封闭板120关闭。

进一步地，外炉门103上设置有锁紧组件；锁紧组件包括设置在外炉门103内的具有伸缩杆的锁体以及设置在外炉门103外侧面上的与锁体连接的第二锁紧旋钮122。锁体和第二锁紧旋钮122的原理及具体结构可参考现象有技术中的防盗门。通过旋转第二锁紧旋钮122，可使锁体的伸缩杆伸缩，实现外炉门103的锁紧与打开。

进一步地，硅碳棒114的数量为多个，沿着内炉的纵向中心线对称布置两列，每列中的硅碳棒114等间距设置以保证加热的均匀性；喷头109的数量为多个，沿着内炉的纵向中心线对称布置两列，每列中的喷头109等间距设置，以保证加湿的均匀性；第一热电偶115设置在内炉的中心，以测定内炉中心区域的温度。

进一步地，壳体101的顶面设置有圆形通风孔123；圆形通风孔123内沿着径向设置有多个分隔栏；多个分隔栏朝向圆形通风孔123圆心的端部依次连接围合成供第一热电偶115和第二热电偶116的线缆穿出的第一穿线孔124；第一穿线孔124的边缘转动设置有用于遮挡相邻两个分隔栏之间栅格的遮挡板，以调节有效通风面积。

进一步地，壳体101的侧面和背面均设置有通风槽125，以增强通风性；壳体101的背面设置有供水泵110、电子秤108和硅碳棒114的线缆穿出的第二穿线孔126。多个硅碳棒114的线路连入一塑料管从第二穿线孔126穿出。

进一步地，通风槽125为两端为半圆的条形槽，侧面布置两行，背面布置两列。

进一步地，壳体101的顶面设置有悬挂环127以方便实验炉100的吊装和运输，背面的上部和底面设置有支脚128。底面的支脚128用于支撑实验炉100，背面的支脚128用于控制实验炉100与背面物体的距离，起到保护实验炉100的作用。

进一步地，悬挂环127为四分之三的圆环。

进一步地，摄像头117通过可转动的摄像头底座设置在炉口顶部的中心；图像系统与摄像头底座电连接。

进一步地，外炉门103外侧面上设置有把手129。

进一步地，控制箱200的正面设置有与启动钥匙配合的钥匙孔201、称量系统的操作界面202、温控系统的操作界面203和图像系统的操作界面204；称量系统的操作界面202包括用于显示混凝土试件初始质量的界面、用于显示混凝土试件实时质量的界面以及用于预设混凝土试件所需含水量占混凝土试件质量的百分比的界面；温控系统的操作界面203包括用于设定预设温度的界面、用于显示内炉实时温度的界面以及用于设定硅碳棒升温速率的界面；图像系统的操作界面204包括用于显示混凝土试件实时状态的显示屏、用于开闭摄像头的开关按键以及用于调节摄像头底座角度的调节按键。

进一步地，控制箱200的正面还设置有电源按钮205，电源按钮205通电状态为红色，按下后为绿色为工作状态可以进行具体的操作；控制箱200的底面设置有支座206；控制箱200的背面有共电源线和实验炉100穿出的通孔。

进一步地，实验炉100中除了耐火保温层为高铝砖、废水收集槽112由聚碳酸板（PC板）制成外，主体以钢板为主，炉口端面也覆盖钢板，炉口端面的钢板开口为炉口。实验炉100的整体尺寸为100cmx120cmx100cm时，硅碳棒114的数量为8个。

实施例2

本实施例以实施例1所述自动控制混凝土试件水分含量的装置为基础，提供操作流程。

1、前期准备：试验前首先将呈竖直状态的第一锁紧旋钮121转至水平位置，向外打开封闭板120，查看水箱111内水是否充足，若低于警戒水位，取出水箱111加满水后重新安装；关闭封闭板120，并将第一锁紧旋钮121转回到竖直位置；然后将控制箱200和实验炉100连通电路后，电源按钮205显示为红色，将启动钥匙插入钥匙孔201旋转90°解锁控制箱200，按下电源按钮205，使电源按钮205由红色变为绿色，并且温度系统、称量系统、图像系统对应的三个按钮全部显示绿色，表明装置连接正常，可以开始试验；打开外炉门103、取出内炉门102后，用干燥的擦拭布擦拭内炉底板，将需要实验的试件放入内炉，放回内炉门102，关闭外炉门103并且转动第二锁紧旋钮122，将外炉门103锁紧；

2、由电子秤108称出混凝土试件初始质量M1，并输入所需的试件含水量κ和升温速率；装置开始工作，每隔一分钟测定一次试件质量，每次测得的质量M3与上次测得的质量M2之差与2g比较，当相差大于2g时继续加热，相差小于2g时再加热三十分钟后停止加热开始加湿，加湿过程中水和试件总的质量M4，加热干燥完全后试件质量M5，用试件目标含水量κ与M4-M5比M5的差值与1％比较，当大于1％时继续加热，当小于1％时减小功率加湿；用试件目标含水量κ与M4-M5比M5的差值与0.1％比较，当大于0.1％时继续小功率加湿，当小于0.1％是停止加热；

3、结束程序，退出工作：待控制箱200停止工作后转动第二锁紧旋钮122，打开外炉门103，取出内炉门102，取出试件，拿干燥布子擦干内炉炉壁，关闭外炉门103，并转动第二锁紧旋钮122，然后再次按电源按钮205，将启动钥匙旋转90°，关闭控制箱200，最后将控制箱200与实验炉100的电路断开。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于：包括实验炉（100）、控制箱（200）以及用于启动所述控制箱（200）的启动钥匙；

所述实验炉（100）包括炉体、称量组件、加湿组件、温控组件和摄像头（117）；

所述控制箱（200）内设置有称量系统、温控系统和图像系统；

所述炉体包括壳体（101）、耐火保温层、内炉门（102）和外炉门（103）；

所述耐火保温层设置在所述壳体（101）内与所述壳体（101）的开口平齐，围合成用于放置混凝土试件的内炉；

所述内炉具有顶板和朝向炉口方向倾斜的底板；

所述炉体的炉口端面上围绕炉口设置有凹槽（104）；

所述炉口内设置有内炉门固定架（105）；

所述内炉门（102）为陶瓷纤维隔热板，可嵌合在所述内炉门固定架（105）内；

所述外炉门（103）与所述炉口端面铰接，内侧面上设置有与所述凹槽（104）配合的密封橡胶圈（106）以及设置在所述密封橡胶圈（106）内的且与所述炉口相适应的隔热板（107）；

所述隔热板（107）为陶瓷纤维隔热板；

所述称量组件包括设置在内炉底板和耐火保温层之间且与所述称量系统电连接的电子秤（108）；

所述加湿组件包括喷头（109）、水泵（110）、水箱（111）和废水收集槽（112）；

所述喷头（109）设置在所述内炉内；

所述水泵（110）和水箱（111）均设置在内炉底板和耐火保温层之间；

所述水泵（110）的进水口通过输水管（113）与水箱（111）连接，出水口通过输水管（113）与所述喷头（109）连接；

所述废水收集槽（112）设置在所述炉口的下边沿，所述废水收集槽（112）内设置有具有滤孔的滤板，底部通过输水管（113）与所述水箱（111）连通；

所述温控组件包括设置在所述内炉和壳体（101）之间的硅碳棒（114）、设置在所述内炉内的第一热电偶（115）以及设置在所述内炉和壳体（101）之间的且位于所述硅碳棒（114）外的第二热电偶（116）；

所述硅碳棒（114）、第一热电偶（115）和第二热电偶（116）均与所述温控系统电连接；

所述摄像头（117）用于观察所述内炉内的混凝土试件，且与所述图像系统电连接；

所述称量系统用于接收所述电子秤（108）的称量值，并预设混凝土试件所需含水量占混凝土试件质量的百分比；

所述温控系统用于设置预设温度和升温速率，接收所述第一热电偶（115）和第二热电偶（116）的测量值并与预设温度对比，以控制所述硅碳棒（114）；

所述图像系统用于接收所述摄像头获取的图像；

所述电子秤（108）、喷头（109）和摄像头（117）能耐300℃以上温度。

2.根据权利要求1所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于，所述壳体（101）和内炉的顶板之间设置有隔板（118）；

所述隔板（118）上设置有用于固定所述喷头（109）、硅碳棒（114）、第一热电偶（115）和第二热电偶（116）的金属帽（119）；

所述金属帽（119）上设置有供水或线缆通过的通孔。

3.根据权利要求1或2所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于，所述壳体（101）上设置有用于更换所述水箱（111）的更换口；

所述更换口的边缘通过转轴连接有封闭板（120）；

所述封闭板（120）上设置有通过转动能将封闭板（120）封闭在更换口上的第一锁紧旋钮（121）。

4.根据权利要求1所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于，所述外炉门（103）上设置有锁紧组件；

所述锁紧组件包括设置在所述外炉门（103）内的具有伸缩杆的锁体以及设置在外炉门外侧面上的与所述锁体连接的第二锁紧旋钮（122）。

5.根据权利要求1所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于，所述硅碳棒（114）的数量为多个，沿着所述内炉的纵向中心线对称布置两列，每列中的硅碳棒（114）等间距设置；

所述喷头（109）的数量为多个，沿着所述内炉的纵向中心线对称布置两列，每列中的喷头（109）等间距设置；

所述第一热电偶（115）设置在所述内炉的中心。

6.根据权利要求1所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于， 所述壳体（101）的顶面设置有圆形通风孔（123）；

所述圆形通风孔（123）内沿着径向设置有多个分隔栏；

多个所述分隔栏朝向圆形通风孔（123）圆心的端部依次连接围合成供第一热电偶（115）和第二热电偶（116）的线缆穿出的第一穿线孔（124）；

所述第一穿线孔（124）的边缘转动设置有用于遮挡相邻两个分隔栏之间栅格的遮挡板。

7.根据权利要求1或6所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于，所述壳体（101）的侧面和背面均设置有通风槽（125）；

所述壳体（101）的背面设置有供水泵（110）、电子秤（108）和硅碳棒（114）的线缆穿出的第二穿线孔（126）。

8.根据权利要求7所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于，所述壳体（101）的顶面设置有悬挂环（127），背面的上部和底面设置有支脚（128）。

9.根据权利要求1所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于，所述摄像头（117）通过可转动的摄像头底座设置在炉口顶部的中心；

所述图像系统与所述摄像头底座电连接。

10.根据权利要求9所述的自动控制混凝土试件水分含量的装置，其特征在于，所述控制箱（200）的正面设置有与所述启动钥匙配合的钥匙孔（201）、称量系统的操作界面（202）、温控系统的操作界面（203）和图像系统的操作界面（204）；

所述称量系统的操作界面（202）包括用于显示混凝土试件初始质量的界面、用于显示混凝土试件实时质量的界面以及用于预设混凝土试件所需含水量占混凝土试件质量的百分比的界面；

所述温控系统的操作界面（203）包括用于设定预设温度的界面、用于显示内炉实时温度的界面以及用于设定硅碳棒升温速率的界面；

所述图像系统的操作界面（204）包括用于显示混凝土试件实时状态的显示屏、用于开闭摄像头的开关按键以及用于调节摄像头底座角度的调节按键。

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