CN109827618A - 一种混凝土早龄期温湿度监测设备及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属涉及一种混凝土早龄期温湿度监测设备及监测方法，包括球形壳体、温湿度传感器和固定连接装置，所述球形壳体的壳体上均布设有多个网孔，所述网孔用于阻挡混凝土中粗骨料进入球形壳体内腔；所述温湿度传感器设置于球形壳体的内腔中；所述固定连接装置的一端用于固定温湿度传感器与球形壳体间的相对位置，另一端用于连接外部钢筋；所述球形壳体的内腔中填充有憎水填充物，所述憎水填充物为多孔结构，憎水填充物中孔隙大小根据混凝土物料间隙的大小进行设置。本发明能够精确到监测设置位置的混凝土温湿度数值，具有较高的精度。

Description

一种混凝土早龄期温湿度监测设备及监测方法

技术领域

本发明属于混凝土测量技术领域，具体涉及一种混凝土早龄期温湿度监测设备及监测方法。

背景技术

在混凝土的全生命周期中，早龄期(指混凝土浇筑完成至28d龄期)变形最为显著。实际工程中的混凝土构件通常受到周边约束，强度较低的早龄期混凝土的变形受到约束时极易出现开裂，从而影响整个结构的安全使用。混凝土早龄期的变形主要是温湿变形，因此，混凝土早龄期温度和湿度的精确监测对于其开裂机理的研究和抗裂措施的制定尤为关键。

目前的监测设备是将温湿度传感器外部安装多孔外罩，并直接埋入混凝土中来测量混凝土早龄期温湿度。但是由于混凝土早龄期发生剧烈的水化反应，温度、湿度和力学特性发生显著的变化，其内部物理和化学环境十分复杂，对传感器正常工作和监测精度提出了严峻的挑战。

发明人认为：传感器外罩内部空间与混凝土内部孔隙结构差异较大，导致温度和湿度传输环境不一致，造成内外温湿度差异较大，导致监测数据不准确。

中国专利CN201820422774.7-公开了另一种混凝土温湿度测量设备：将温湿度传感器套设于防水透气结构中，再套设于金属防水结构中，并插入顶部连接结构中，从而使温湿度传感器能够防水透气，使其既能够测量得到混凝土的温湿度，又能保证其使用寿命及使用安全。但由于混凝土内部为多孔结构，且早龄期混凝土内部水分为液体状态，防水外罩的存在阻碍了传感器对混凝土早龄期内部水分的监测，使得监测结果出现明显误差，且没有针对实际工程情况的监测方法。

同时，发明人了解到：混凝土结构通常需要按顺序多次浇筑完成，那么中间批次的混凝土在浇筑完成后其早龄期边界面一般为：①与旧混凝土接触的表面；②与不透水的建筑模板接触的表面；③与外部环境接触或养护表面。以上三种表面的温湿度值必然与混凝土内部不一致，从而产生内外温湿度梯度，而内外温湿度梯度会产生不均匀收缩，从而在温湿度较小的混凝土表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土对应龄期抗拉强度时，则有可能出现开裂，影响结构的安全使用性能。目前为止仍没有针对实际工程中复杂约束和边界条件下的成熟的早龄期混凝土温湿度监测方法。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种混凝土早龄期温湿度监测设备及监测方法。

本发明的第一目的是提供一种混凝土早龄期温湿度监测设备，能够精确监测设定位置的混凝土温湿度数值，具有较高的精度。

本发明的第二目的是提供一种混凝土早龄期温湿度监测方法，基于上述一种混凝土早龄期温湿度监测设备，能够指导施工人员根据测得的混凝土内部各处温湿度梯度值，进行混凝土养护，避免过度养护或者养护不足造成的混凝土开裂、变形；能够为混凝土早龄期温度和湿度的精确监测、对于其开裂机理的研究和抗裂措施的制定提供数据支持。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种混凝土早龄期温湿度监测设备，包括球形壳体、温湿度传感器和固定连接装置。

所述球形壳体的壳体上均布设有多个网孔，所述网孔用于阻挡混凝土中粗骨料进入球形壳体内腔；所述温湿度传感器设置于球形壳体的内腔中。

网孔的直径小于粗骨料直径，可以避免粗骨料对内部温湿度传感器的不利影响，同时保证水分的正常进出。另外，球形壳体的形状更符合湿度扩散和传输的三维特点，更贴近工程实际情况。

所述固定连接装置的一端用于固定温湿度传感器与球形壳体间的相对位置，另一端用于连接外部钢筋；

所述球形壳体的内腔中填充有憎水填充物，所述憎水填充物为多孔结构，憎水填充物中孔隙大小根据混凝土中湿度传输的微孔结构大小进行设置。憎水填充物内部孔隙结构的孔隙尺寸与混凝土内部孔隙结构的尺寸接近或相同。能保证水分在球形壳体内外扩散传输，使得球形壳体中温湿度情况与混凝土中温湿度环境一致，温湿度传感器监测到的温湿度数值更精确。

且材料的憎水性能保证了监测过程中水分不会因为滞留在监测设备内而影响监测精度，同时也确保内部温湿度传感器不被水泥胶浆影响。

本发明还提供一种混凝土早龄期温湿度监测方法，包括以下步骤：

步骤1，根据混凝土早龄期密封边界或自由边界条件，将多个混凝土早龄期温湿度监测设备按垂直于自由边界面依次布置；

步骤2，根据混凝土端部约束条件，将多个混凝土早龄期温湿度监测设备分别按平行和垂直于约束面方向依次布置；

步骤3，相邻混凝土早龄期温湿度监测设备布置间距不小于20cm且不大于30cm；

步骤4，将混凝土早龄期温湿度监测设备绑扎至钢筋，将数据传输线引出至混凝土表面；

步骤5，根据混凝土早龄期温湿度监测设备监测的混凝土内部各处温湿度数值形成的梯度，判断混凝土各处开裂的概率，对相应位置进行养护。

本发明的有益效果：

采用球形外壳、多孔结构的憎水材料及温湿度传感器的组合，能够适用于混凝土早龄期内部复杂的物理和化学环境，更加精确的监测混凝土早龄期内部设定位置的温度和湿度变化。

根据工程实际情况提出了温湿度监测方法，得到混凝土内部各处温湿度梯度值，指导混凝土养护，避免过度养护或者养护不足造成的混凝土开裂、变形；能够为混凝土早龄期温度和湿度的精确监测、对于其开裂机理的研究和抗裂措施的制定提供数据支持。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1中整体结构主视方向的剖视图；

图2为本发明实施例1中整体结构左视方向的剖视图；

图3为本发明实施例1中整体结构爆炸视图；

图4为本发明实施例1中的监测方法示意图；

图5为本发明实施例2中的监测方法示意图。

图中：1、温湿度传感器；2、球形壳体；3、憎水填充物；4、固定连接装置；5、数据传输线；6、抱箍；7、紧固螺栓。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供一种混凝土早龄期温湿度监测设备，包括球形壳体2、温湿度传感器1和固定连接装置4，

所述球形壳体2的壳体上均布设有多个网孔，所述网孔用于阻挡混凝土中粗骨料进入球形壳体2内腔；

所述温湿度传感器1设置于球形壳体2的内腔中。

在一些实施方式中，温湿度传感器1可以沿球形壳体2的轴线布置，尽可能保证温湿度传感器1处于球形壳体2的中心，能够在一定程度上降低温湿度传感器1的安装难度、提高检测精度。在另一些实施方式中温湿度传感器1的具体位置可由本领域技术人员根据实际情况设置。

所述球形壳体2的内腔中填充有憎水填充物3，所述憎水填充物3为多孔结构，憎水填充物3中孔隙大小根据混凝土物料间隙的大小进行设置。

进一步，所述憎水填充物3的孔隙小于球形壳体2中网孔的直径。

进一步，所述憎水填充物3由聚酯纤维制成，憎水填充物3中孔隙尺寸在在10-10⁴nm之间。与混凝土内部毛细孔和微孔尺寸接近，保证了设备与混凝土之间的湿度传输环境一致，确保监测数据的准确性。

所述固定连接装置4的一端用于固定温湿度传感器1与球形壳体2间的相对位置，另一端用于连接外部钢筋。

进一步，所述固定连接装置4的一端伸入球形壳体2的开口后与温湿度传感器1固定连接，且固定连接装置4的外侧面与球形壳体2的开口紧密贴合以避免混凝土粗骨料从开口处进入球形壳体2的内腔。

具体的，固定连接装置4的外侧面可通过胶粘的方式与球形外壳的开口连接，在其他实施方式中，当固定连接装置4及与球形壳体2采用刚性金属材料时，也可采用焊接固定。这些可由本领域技术人员自行设置。

进一步，所述固定连接装置的顶端设有钢筋夹具，所述钢筋夹具用于夹持外部钢筋。

进一步，所述钢筋夹具包括抱箍6，所述抱箍6中设有紧固件，所述抱箍6通过紧固件锁紧。

在一些实施方式中，紧固件可以为紧固螺栓7，在另一些实施方式中，紧固件可以采用其他结构。

进一步，所述温湿度传感器1通过数据传输线5与外部监测设备连接，所述外部监测设备用于读取温湿度传感器1的信号数据并将其传递给显示设备。

一种混凝土早龄期温湿度监测方法，包括以下步骤：

步骤1，根据混凝土早龄期密封边界或自由边界条件，将多个混凝土早龄期温湿度监测设备按垂直于自由边界面依次布置；

此处的自由边界指的是：浇筑混凝土与外部环境接触的边界表面、或者养护面、或者浇筑混凝土与建筑模板不贴合的间隙面。

此处的密封边界指的是：与旧混凝土接触的表面；或者与不透水的建筑模板接触的表面。

步骤2，根据混凝土端部约束条件，将多个混凝土早龄期温湿度监测设备分别按平行和垂直于约束面方向依次布置；

此处的约束面指的是：外部约束与混凝土接触的表面。

步骤3，相邻混凝土早龄期温湿度监测设备布置间距不小于20cm且不大于30cm；

步骤4，将混凝土早龄期温湿度监测设备绑扎至钢筋，将数据传输线5引出至混凝土表面；

步骤5，根据混凝土早龄期温湿度监测设备监测的混凝土内部各处温湿度数值形成的梯度，判断混凝土各处开裂的概率，对相应位置进行养护。

实施例2，

如图5所示，本实施例提供一种混凝土早龄期温湿度监测方法，基于实施例1中提供的包括以下步骤：

步骤1，根据混凝土早龄期密封边界或自由边界条件，将多个混凝土早龄期温湿度监测设备按垂直于自由边界面依次布置；

步骤2，相邻混凝土早龄期温湿度监测设备布置间距不小于20cm且不大于30cm；

步骤3，将混凝土早龄期温湿度监测设备绑扎至钢筋，将数据传输线5引出至混凝土表面；

步骤4，根据混凝土早龄期温湿度监测设备监测的混凝土内部各处温湿度数值形成的梯度，判断混凝土各处开裂的概率，对相应位置进行养护。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种混凝土早龄期温湿度监测设备，其特征在于，包括，

球形壳体，所述球形壳体的壳体上均布设有多个网孔，所述网孔用于阻挡混凝土中粗骨料进入球形壳体内腔；

温湿度传感器，所述温湿度传感器设置于球形壳体的内腔中；

固定连接装置，所述固定连接装置的一端用于固定温湿度传感器与球形壳体间的相对位置，另一端用于连接外部钢筋；

所述球形壳体的内腔中填充有憎水填充物，所述憎水填充物为多孔结构，憎水填充物中孔隙大小根据混凝土物料间隙的大小进行设置。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土早龄期温湿度监测设备，其特征在于，所述固定连接装置的一端伸入球形壳体的开口后与温湿度传感器固定连接，且固定连接装置的外侧面与球形壳体的开口紧密贴合以避免混凝土粗骨料从开口处进入球形壳体的内腔。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土早龄期温湿度监测设备，其特征在于，所述固定连接装置的顶端设有钢筋夹具，所述钢筋夹具用于夹持外部钢筋。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土早龄期温湿度监测设备，其特征在于，所述钢筋夹具包括抱箍，所述抱箍中设有紧固件，所述抱箍通过紧固件锁紧。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土早龄期温湿度监测设备，其特征在于,所述温湿度传感器通过数据传输线与外部监测设备连接，所述外部监测设备用于读取温湿度传感器的信号数据并将其传递给显示设备。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土早龄期温湿度监测设备，其特征在于,所述憎水填充物的孔隙小于球形壳体中网孔的直径。

7.根据权利要求6所述的一种混凝土早龄期温湿度监测设备，所述憎水填充物由聚酯纤维制成，憎水填充物中孔隙尺寸在在10-10⁴nm之间。

8.一种混凝土早龄期温湿度监测方法，利用了权利要求1-7中任意一项所述的一种混凝土早龄期温湿度监测设备，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据混凝土早龄期密封边界或自由边界条件，将多个混凝土早龄期温湿度监测设备按垂直于自由边界面依次布置；

步骤2，根据混凝土端部约束条件，将多个混凝土早龄期温湿度监测设备分别按平行和垂直于约束面方向依次布置；

步骤3，相邻混凝土早龄期温湿度监测设备布置间距不小于20cm且不大于30cm；

步骤4，将混凝土早龄期温湿度监测设备绑扎至钢筋，将数据传输线引出至混凝土表面；

步骤5，根据混凝土早龄期温湿度监测设备监测的混凝土内部各处温湿度数值形成的梯度，判断混凝土各处开裂的概率，对相应位置进行养护。