CN109946333A - 评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置及方法，包括：混凝土块、在所述混凝土块的中间预埋有两个条交叉设置的曲线型预埋管，分别为第一预埋管、第二预埋管，两个预埋管对称设置，将混凝土块分割成若干个独立的区域。本发明通过压缩机对水进行冷却，经过预埋管道的流通，对混凝土进行降温，流经后的适当加温的水，经过冷凝装置重新进入压缩机内进行压缩，因此，水能够循环使用，在混凝土内外进行加热和冷却。

Description

评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置及方法

技术领域

本发明涉及混凝土冷冻性能评估技术领域，具体而言，涉及一种评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置及方法。

背景技术

混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热,使得混凝土结构内外出现较大的温差，这些温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,将会产生表面裂纹,直接影响到混凝土的耐久性,影响混凝土的实体质量，因此需要对混凝土进行冷冻循环下的混凝土抗冻性能进行测定，目前大部分的冷却降温都是采用冷水喷洒进行降温，耗费水量巨大，成本很高，且浪费资源。

现有技术中的冻融循环过程，由于装置设置，其一，不能快速的水泥混凝土进行冷冻，其二，在循环过程中的热量不能循环使用，造成能量的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置及方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提出一种评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置，

包括：混凝土块、在所述混凝土块的中间预埋有两条条交叉设置的曲线型预埋管，分别为第一预埋管、第二预埋管，两个预埋管对称设置，将混凝土块分割成若干个独立的区域；

包括水泵，其向水循环管路及各个元件中提供水，还包括压缩机、气液分离器，其中所述气液分离器的出口与所述压缩机的入口通过管道相连；

所述气液分离器排出的冷凝水通过主进水管路进入预埋管路中，其中，与第一预埋管连接的第一进水管路上设置第一电磁阀，与第二预埋管连接的第二进水管路上设置第二电磁阀，在主进水管路上设置第三电磁阀；

在出水端，与所述第一预埋管连接的第一出水管路上设置第四电磁阀，与第二预埋管连接的第二出水管路上设置第五电磁阀，两个出水管路回流至主出水管路中，在主出水管路上设置第六电磁阀；

还包括冷凝器，冷凝器通过单向阀门与管道连接，用以防止冷凝后的制冷剂回流；

还包括室内冷蒸发器、室外冷蒸发器、至少两个双向储液器、至少两个过滤器和电子膨胀阀，其中所述室内冷蒸发和室外蒸发器的一端分别与所述通阀相连，所述两双向储液器的一端分别与所述室内蒸发器和室外蒸发器的另一端相连，所述两过滤器的一端分别与所述两双向储液器的另一端相连，所述电子膨胀阀的两端分别与所述两过滤器的另一端相连。

进一步地，所述过滤器为至少两个与所述两双向储液器相连的过滤装置，用以去除制冷剂中带有的杂质；

所述电子膨胀阀设置在所述两过滤器中间，用以控制制冷剂的流量，当制冷剂流经所述电子膨胀阀时，电子膨胀阀会自动检测制冷剂的流量，若其流量过大或过小，所述电子膨胀阀会自动调整阀门的开合度，以完成对制冷剂流量的调节。

进一步地，还包括第一四通换向阀和第二四通换向阀，其中，所述第一四通换向阀，其设置在所述压缩机和所述冷凝器之间，用以将所述压缩机中的高压热蒸汽输送至所述冷凝器中；

所述第二四通换向阀，其设置在所述单向阀、室内蒸发器、室外蒸发器和气液分离器之间，用以将所述冷凝器中的制冷剂输送至所述室外蒸发器。

进一步地，所述压缩机在其入口处设置低压开关，在其出口处设置高压开关，当所述压缩机开始运作时，会抽取制冷剂并对其进行加压并使其蒸发成高压热蒸汽，加压完成后将高压热蒸汽输送至所述冷凝装置，当所述压缩机入口处的压力低于0.05MPa时，所述低压开关会断开，使压缩机暂停吸取，直至入口处的压力回复至0.15MPa，所述低压开关会闭合并使压缩机继续工作。

进一步地，所述预埋管为曲线形，并且，预埋管的进水口和出水口管路两侧均为对称结构，

通过式(1)对ab段预埋管的截面曲线形状进行确定：

其中U₁为ab段预埋管的截面曲线形状，D为预埋管的宽度，H为预埋管的厚度，L表示混凝土的长度，A表示预埋管的进口端和出口端分别距离预埋管壁的距离，其为相同值，k表示混凝土的密度，k₀表示混凝土的标准密度，2800kg/m³,c表示混凝土的坍落度，c₀表示混凝土的标准坍落度，其C30为8mm。

另一方面，本发明提供一种评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能的方法，步骤1，将混凝土试件放入以防冻液为冻融介质的冻融装置中，进行冻融循环实验，测定相对动弹性模量数据；

所述冻融循环实验是将混凝土试件分别进行冻融循环50次、100次、150次及200次的冻融循环实验，在4种不同循环次数实验中，控制冻融循环时间分别为4小时、8小时、16小时；

在每次冻融循环冷冻过程中混凝土试件中心应在2小时内应达到-18±2℃，并保持该温度至融化之前；融化过程中混凝土试件中心温度在2小时内应达到5±2℃，间隔10分钟后进入到下一次冻融循环；

步骤2，进行横向基频的测试并称重，也可根据试件抗冻性高低来确定测试的间隔次数，根据步骤1所得计算相对动弹性模量数据、质量变化率、相对耐久性参量数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过压缩机对水进行冷却，经过预埋管道的流通，对混凝土进行降温，流经后的适当加温的水，经过冷凝装置重新进入压缩机内进行压缩，因此，水能够循环使用，在混凝土内外进行加热和冷却。同时，本发明通过蒸发装置以及换热装置，将空气中的水分进行吸收，重新进行冷却循环使用，节约能源。而且，本发明通过压缩机、冷凝器、蒸发器，通过对预埋管的入口端和出口端分别进行温度控制，在循环冻融过程中，方便控制。

进一步地，为了能够使冷却水充分在混凝土中流通，增强混凝土的冷却效果，提升混凝土试验的循环能力，预埋管为曲线形，并且，预埋管的进水口和出水口管路两侧均为对称结构。

进一步地，预埋管分为多段，ab段采用向预埋管内部外凸的近似圆弧的形状，尤其，通过混凝土的密度及坍落度的变化确定ab段的截面曲线形状，当混凝土的密度越大时，其承受冲击的能力越强，此时，ab段的截面曲线形状越趋近于圆形；同时，混凝土的厚度，在曲线段的厚度越后，越趋近于直线，能够保证具有稳定的冷却速度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置的局部结构图。

具体实施方式

下面参照附图来描述发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释发明的技术原理，并非在限制发明的保护范围。

需要说明的是，在发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

此外，还需要说明的是，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例的评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置的结构示意图，装置包括混凝土块2、在所述混凝土块2的中间预埋有两条交叉设置的曲线型预埋管，分别为第一预埋管13、第二预埋管14，两个预埋管对称设置，将混凝土块2分割成若干个独立的区域。

本发明实施例中通过水冷以及水暖对混凝土块进行冻融循环，继续参阅图1所示，在本实施例中，水循环装置包括：水泵(图中未示出)，其向水循环管路及各个元件中提供水，压缩机1、和气液分离器11，其中所述气液分离器11的出口与所述压缩机1的入口通过管道相连。当所述压缩机开始工作时，制冷剂从所述气液分离器11中被抽出，运往所述压缩机1，所述压缩机1将所述制冷剂进行升温加压，使其蒸发形成高温热蒸汽并被运至所述冷凝装置。具体而言，本发明实施例所述压缩机1选用ZW61KA型号压缩机，并在其入口处设置低压开关，在其出口处设置高压开关，当所述压缩机1开始运作时，会抽取制冷剂并对其进行加压并使其蒸发成高压热蒸汽，加压完成后将高压热蒸汽输送至所述冷凝装置，当所述压缩机1入口处的压力低于0.05MPa时，所述低压开关会断开，使压缩机1暂停吸取，直至入口处的压力回复至0.15MPa，所述低压开关会闭合并使压缩机1继续工作；当所述压缩机1出口处的压力高于2.8MPa时，所述高压开关会断开，并使所述压缩机1暂停工作，直至出口处的压力回复至0.15MPa，所述高压开关会闭合并使压缩机1继续工作。本发明实施例所述气液分离器11设置在所述压缩机1左侧并与其通过管道相连，所述气液分离器11为一个容量为4L的储水罐，在其上方分别设有入口管道和出口管道，分别与预埋管路连接，并向预埋管路内输入冷凝水。

在本实施例中，气液分离器11排出的冷凝水通过主进水管路12进入预埋管路中，其中，与第一预埋管13连接的第一进水管路上设置第一电磁阀121，与第二预埋管13连接的第二进水管路上设置第二电磁阀122，在主进水管路12上设置第三电磁阀123。在本实施例中，两个预埋管路可以同时工作，也可以先后工作，通过第一电磁阀和第二电磁阀的通断来控制。

继续参阅图1所示，在出水端，与第一预埋管13连接的第一出水管路上设置第四电磁阀152，与第二预埋管14连接的第二出水管路上设置第五电磁阀153，两个出水管路回流至主出水管路15中，在主出水管路15上设置第六电磁阀151。在本实施例中，两个预埋管路可以同时工作，也可以先后工作，通过第四电磁阀和第五电磁阀的通断来控制。

继续参阅图1所示，在出水端还包括冷凝装置，其包括冷凝器7，冷凝器7通过单向阀门71与管道连接，用以防止冷凝后的制冷剂回流。当高压水被输送至所述冷凝器7时，其通过冷凝器7与空气相接触，此时高压水放热，冷凝形成液态。所述冷凝器21选用1200W*900H-4P(9.52)规格，当所述高压热蒸汽被输送至其内部时，会开始放热，与外部的空气进行换热并冷凝，以此完成对空气的烘干。

请继续参阅图1所示，本发明实施例还包括蒸发装置，用以吸收空气中的热量使并使其含有的水蒸汽凝结，包括室内冷蒸发器3、室外冷蒸发器9、至少两个双向储液器33、至少两个过滤器34和电子膨胀阀，以及风扇8、换热器5。其中所述室内冷蒸发3和室外蒸发器9的一端分别与所述通阀4相连，所述两双向储液器33的一端分别与所述室内蒸发器3和室外蒸发器9的另一端相连，所述两过滤器34的一端分别与所述两双向储液器33的另一端相连，所述电子膨胀阀35的两端分别与所述两过滤器34的另一端相连。

当所述冷凝后的制冷剂被输送至蒸发装置3时，会先流经所述室外蒸发器9，吸收室外空气的热量并蒸发，以对室外空气完成除湿，蒸发后依次次流经所述双向储液器33得到新的制冷剂；流经所述过滤器34，去除制冷剂携带的管道内壁的杂质；流经所述电子膨胀阀35，调整制冷剂的流量；流量调整完成后，所述制冷剂在依次流经所述过滤器34、双向储液器33，最终流入所述室内蒸发器3，吸收机体内空气的热量，再次蒸发，以达到对室内空气的除湿。具体而言，本实施例所述室内蒸发器3选用1200W*900H-4P(9.52)规格，当所述制冷剂被输送至其内部时，会开始吸热，与室内空气进行换热并蒸发，以此完成对室内空气的除湿。具体而言，本实施例所述室外蒸发器9选用1200W*600H-6P(9.52)规格，当所述制冷剂被输送至其内部时，会开始吸热，与室外空气进行换热并蒸发，以此完成对室外空气的除湿。具体而言，本实施例所述双向储液器33为至少两个容量为1.8L的储液罐。

具体而言，所述过滤器34为至少两个与所述两双向储液器33相连的过滤装置，用以去除制冷剂中带有的杂质。所述电子膨胀阀设置在所述两过滤器34中间，用以控制制冷剂的流量。当制冷剂流经所述电子膨胀阀时，电子膨胀阀会自动检测制冷剂的流量，若其流量过大或过小，所述电子膨胀阀会自动调整阀门的开合度，以完成对制冷剂流量的调节。

请继续参阅图1所示，本发明实施例还包括第一四通换向阀6和第二四通换向阀4，其中，所述第一四通换向阀6规格选用SHF-7H-34U-P，其设置在所述压缩机11和所述冷凝器21之间，用以将所述压缩机11中的高压热蒸汽输送至所述冷凝器21中；所述第二四通换向阀4规格选用DSF-20，其设置在所述单向阀71、室内蒸发器3、室外蒸发器9和气液分离器12之间，用以将所述冷凝器21中的制冷剂输送至所述室外蒸发器9中，以及将所述室内蒸发器3中的热蒸汽输送至所述气液分离器12中。

本发明通过压缩机对水进行冷却，经过预埋管道的流通，对混凝土进行降温，流经后的适当加温的水，经过冷凝装置重新进入压缩机内进行压缩，因此，水能够循环使用，在混凝土内外进行加热和冷却。同时，本发明通过蒸发装置以及换热装置，将空气中的水分进行吸收，重新进行冷却循环使用，节约能源。而且，本发明通过压缩机、冷凝器、蒸发器，通过对预埋管的入口端和出口端分别进行温度控制，在循环冻融过程中，方便控制。

在本发明实施例中，为了能够使冷却水充分在混凝土中流通，增强混凝土的冷却效果，提升混凝土试验的循环能力，预埋管为曲线形，并且，预埋管的进水口和出水口管路两侧均为对称结构。

通过式(1)对ab段预埋管的截面曲线形状进行确定：

其中U₁为ab段预埋管的截面曲线形状，D为预埋管的宽度，H为预埋管的厚度，L表示混凝土的长度，A表示预埋管的进口端和出口端分别距离预埋管壁的距离，其为相同值，k表示混凝土的密度，k₀表示混凝土的标准密度，2800kg/m³,c表示混凝土的坍落度，c₀表示混凝土的标准坍落度，其C30为8mm。

在本实施例中，ab段采用向预埋管内部外凸的近似圆弧的形状，尤其，通过混凝土的密度及坍落度的变化确定ab段的截面曲线形状，当混凝土的密度越大时，其承受冲击的能力越强，此时，ab段的截面曲线形状越趋近于圆形；同时，混凝土的厚度，在曲线段的厚度越后，越趋近于直线，能够保证具有稳定的冷却速度。

通过式(2)对bc段预埋管的截面曲线形状进行确定：

其中，U₂为bc段预埋管截面曲线形状，D为预埋管的宽度，H为预埋管的厚度，L表示混凝土的长度，A表示预埋管的进口端和出口端分别距离预埋管壁的距离，其为相同值，k表示混凝土的密度，k₀表示混凝土的标准密度，2800kg/m³,c表示混凝土的坍落度，c₀表示混凝土的标准坍落度，其C30为8mm。

bc段预埋管作为在混凝土中的最深部分，其厚度最厚，其为向预埋管凸起的一部分，通过加厚该部分，形成圆滑的过渡曲线，逐渐增加接触面积，使得在水压力最大时，接触面积也最大。

通过式(3)对cd段预埋管的截面曲线形状进行确定：

其中，U₃为cd段预埋管的截面曲线形状，D为预埋管的宽度，H为预埋管的厚度，L表示混凝土的长度，A表示预埋管的进口端和出口端分别距离预埋管壁的距离，其为相同值，k表示混凝土的密度，k₀表示混凝土的标准密度，2800kg/m³,c表示混凝土的坍落度，c₀表示混凝土的标准坍落度，其C30为8mm。

本发明实施例中，对混凝土抗冻性能评估的方法为：

步骤1，将混凝土试件放入以防冻液为冻融介质的冻融装置中，进行冻融循环实验，测定相对动弹性模量数据；

所述冻融循环实验是将混凝土试件分别进行冻融循环50次、100次、150次及200次的冻融循环实验，在4种不同循环次数实验中，控制冻融循环时间分别为4小时、8小时、16小时；

在每次冻融循环冷冻过程中混凝土试件中心应在2小时内应达到-18±2℃，并保持该温度至融化之前；融化过程中混凝土试件中心温度在2小时内应达到5±2℃，间隔10分钟后进入到下一次冻融循环。

步骤2，进行横向基频的测试并称重，也可根据试件抗冻性高低来确定测试的间隔次数，根据步骤1所得计算相对动弹性模量数据、质量变化率、相对耐久性参量数据。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置，其特征在于，包括：

混凝土块、在所述混凝土块的中间预埋有两条交叉设置的曲线型预埋管，分别为第一预埋管、第二预埋管，两个预埋管对称设置，将混凝土块分割成若干个独立的区域；

包括水泵，其向水循环管路及各个元件中提供水，还包括压缩机、气液分离器，其中所述气液分离器的出口与所述压缩机的入口通过管道相连；

所述气液分离器排出的冷凝水通过主进水管路进入预埋管路中，其中，与第一预埋管连接的第一进水管路上设置第一电磁阀，与第二预埋管连接的第二进水管路上设置第二电磁阀，在主进水管路上设置第三电磁阀；

在出水端，与所述第一预埋管连接的第一出水管路上设置第四电磁阀，与第二预埋管连接的第二出水管路上设置第五电磁阀，两个出水管路回流至主出水管路中，在主出水管路上设置第六电磁阀；

还包括冷凝器，冷凝器通过单向阀门与管道连接，用以防止冷凝后的制冷剂回流；

还包括室内冷蒸发器、室外冷蒸发器、至少两个双向储液器、至少两个过滤器和电子膨胀阀，其中所述室内冷蒸发和室外蒸发器的一端分别与一通阀相连，所述两双向储液器的一端分别与所述室内蒸发器和室外蒸发器的另一端相连，所述两过滤器的一端分别与所述两双向储液器的另一端相连，所述电子膨胀阀的两端分别与所述两过滤器的另一端相连。

2.根据权利要求1所述的评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置，其特征在于，所述过滤器为至少两个与所述两双向储液器相连的过滤装置，用以去除制冷剂中带有的杂质；

所述电子膨胀阀设置在所述两过滤器中间，用以控制制冷剂的流量，当制冷剂流经所述电子膨胀阀时，电子膨胀阀会自动检测制冷剂的流量，若其流量过大或过小，所述电子膨胀阀会自动调整阀门的开合度，以完成对制冷剂流量的调节。

3.根据权利要求2所述的评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置，其特征在于，还包括第一四通换向阀和第二四通换向阀，其中，所述第一四通换向阀，其设置在所述压缩机和所述冷凝器之间，用以将所述压缩机中的高压热蒸汽输送至所述冷凝器中；

所述第二四通换向阀，其设置在所述单向阀、室内蒸发器、室外蒸发器和气液分离器之间，用以将所述冷凝器中的制冷剂输送至所述室外蒸发器。

4.根据权利要求2所述的评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置，其特征在于，所述压缩机在其入口处设置低压开关，在其出口处设置高压开关，当所述压缩机开始运作时，会抽取制冷剂并对其进行加压并使其蒸发成高压热蒸汽，加压完成后将高压热蒸汽输送至所述冷凝装置，当所述压缩机入口处的压力低于0.05MPa时，所述低压开关会断开，使压缩机暂停吸取，直至入口处的压力回复至0.15MPa，所述低压开关会闭合并使压缩机继续工作。

5.根据权利要求1所述的评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能装置，其特征在于，所述预埋管为曲线形，并且，预埋管的进水口和出水口管路两侧均为对称结构，

通过式(1)对ab段预埋管的截面曲线形状进行确定：

其中U₁为ab段预埋管的截面曲线形状，D为预埋管的宽度，H为预埋管的厚度，L表示混凝土的长度，A表示预埋管的进口端和出口端分别距离预埋管壁的距离，其为相同值，k表示混凝土的密度，k₀表示混凝土的标准密度，2800kg/m³,c表示混凝土的坍落度，c₀表示混凝土的标准坍落度，其C30为8mm。

6.一种评估冻融循环作用下水泥混凝土抗冻性能的方法，其特征在于，

步骤1，将混凝土试件放入以防冻液为冻融介质的冻融装置中，进行冻融循环实验，测定相对动弹性模量数据；

所述冻融循环实验是将混凝土试件分别进行冻融循环50次、100次、150次及200次的冻融循环实验，在4种不同循环次数实验中，控制冻融循环时间分别为4小时、8小时、16小时；

在每次冻融循环冷冻过程中混凝土试件中心应在2小时内应达到-18±2℃，并保持该温度至融化之前；融化过程中混凝土试件中心温度在2小时内应达到5±2℃，间隔10分钟后进入到下一次冻融循环；

步骤2，进行横向基频的测试并称重，或根据试件抗冻性高低来确定测试的间隔次数，根据步骤1测定的相对动弹性模量数据，计算质量变化率、相对耐久性参量数据。