CN110044807A - 一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置及试验方法，其中，试验装置包括设于室外的、用于放置试件的冻融仓，可缠绕在试件表面的、用于对试件解冻的防水电热丝，以及与防水电热丝相连接的蓄能装置，与蓄能装置相连接的太阳能电池板；试验方法包括安装太阳能电池板和蓄能装置，并将冻融仓安装在室外；在试件表面缠绕防水电热丝，将防水电热丝与蓄能装置相连接，并将试件放置在冻融仓内；借助室外低温将试件冻结；待试件的冻结温度达到预设冻结标准时，开启防水电热丝对试件进行解冻；待试件解冻至预设解冻标准时，关闭防水电热丝，试件完成一轮冻融；重复步骤三至步骤五，试件进入新一轮冻融，直至达到试验所需的冻融循环次数。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程试验设备技术领域，特别涉及一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置及试验方法。
背景技术
钢筋混凝土结构是目前世界范围内使用最为广泛的工程结构，但在北方地区长期服役的钢筋混凝土结构通常由于冻融循环而造成耐久性损伤，进而导致大量钢筋混凝土工程结构远未达到设计使用寿命就已经破坏。研究冻融循环引起的混凝土结构耐久性损伤机理，探索冻融循环防治方法与措施对于提高混凝土结构耐久性，延长混凝土结构服役寿命具有重要意义。
快速冻融循环试验通过快速改变试件温度来模拟自然环境中气温变化。但实际上各地自然气候条件迥异，室内快速冻融试验中试件温度的改变过于单调，无法反映特定地区的气温时变性特征；另外，室内冻融试验机大多只适用于尺寸较小试件或试块的冻融循环试验，难以满足尺寸较大试件的冻融循环试验需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置及试验方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，包括设于室外的、用于放置试件的冻融仓，可缠绕在所述试件表面的、用于对所述试件解冻的防水电热丝，以及与所述防水电热丝相连接的蓄能装置，与所述蓄能装置相连接的太阳能电池板。由于所述冻融仓内盛有水，所述试件浸没在水中，因此，需要采用防水电热丝，所述防水电热丝是指经过防水处理后的电热丝，采用所述防水电热丝可以适配不同尺寸的试件。
本发明将冻融仓设于室外，利用自然环境气温实现冻结，避免了室内快速冻融循环试验中温度单调变化的问题，充分反映了真实环境温度的时变效应；且克服了室内冻融循环试验中试件尺寸的限制，可以同时满足大尺寸试件和小尺寸试件冻融循环的需求。
本发明借助太阳能光伏电加热实现试件的解冻，大大节约了冻融循环试验的电能消耗；且克服了冬季冻结、春季解冻的自然环境约束，增加了冻融循环暴露试验的次数，提高了冻融循环效率。
本发明提供了一种简洁、可行的室外冻融循环暴露试验装置，利用此装置可实现试件冻融全过程模拟，能较好的反映特定地区的气温时变特性，为开展冻融循环试验研究和探索混凝土冻融病害的治理提供技术支持。
优选的，所述试件表面布置有多个温度传感器，所述温度传感器用于测量试件表面的温度，以便于对试件的冻结状态和解冻状态进行判断。
优选的，所有所述温度传感器均连接有温控开关，所述温控开关用于控制所述防水电热丝的启闭。
本发明利用温度传感器和温控开关相配合，来实现防水电热丝的自动启闭，从而实现了冻融循环的自动进行。当所有所述温度传感器的温度达到预设冻结标准时，所述温控开关自动开启，所述防水电热丝通电并对所述试件进行解冻；当所有所述温度传感器的温度均达到预设解冻标准时，所述温控开关自动关闭，所述防水电热丝停止加热。所述预设冻结标准和预设解冻标准，根据试验要求进行设定。
优选的，所述温控开关为温度时间控制器。当所有所述温度传感器的温度达到预设冻结标准时，以及所述试件的冻结时间达到最小时间间隔时，所述温度时间控制器才自动开启，所述防水电热丝通电并对所述试件进行解冻。假设最小时间间隔为n，假设在时刻A所述温控开关第一次自动开启，那么至少要经过时间n，也就是至少要在A+n时刻，所述温控开关才能第二次自动开启，所述最小时间间隔反映了试件在自然环境中的冻结时间，其目的是为了确保试件完全冻结，该最小时间间隔根据试验要求进行设定。通过预设冻结标准和最小时间间隔进行双重设定，来实现对整个冻融循环的参数控制。
优选的，所述温控开关连接有计数器，每完成一次冻融循环，计数器记录一次，直至达到所需冻融循环次数。
优选的，所有所述温度传感器均布在所述试件表面，从而能更真实的反映整个试件的温度。
优选的，所述蓄能装置为蓄电池。
本发明还公开了一种光伏电加热冻融循环暴露试验方法，包括以下步骤：
步骤一：安装太阳能电池板和蓄能装置，并将冻融仓安装在室外；
步骤二：在所述试件表面缠绕防水电热丝，将所述防水电热丝与所述蓄能装置相连接，并将所述试件放置在所述冻融仓内；
步骤三：借助室外低温将所述试件冻结，同时所述太阳能电池板发电并储存在蓄能装置中；
步骤四：待所述试件的冻结温度达到预设冻结标准时，开启所述防水电热丝对所述试件进行解冻；
步骤五：待所述试件解冻至预设解冻标准时，关闭所述防水电热丝，所述试件完成一轮冻融；
步骤六：重复步骤三至步骤五，所述试件进入新一轮冻融，直至达到试验所需的冻融循环次数。
本发明所述的试验方法利用自然条件来对试件进行冻结，充分反映了真实环境温度时变效应，从而提高了试验结果的准确性，为寒冷地区工程结构耐久性研究提供技术参考；利用防水电热丝进行解冻，克服了冬季冻结、春季解冻的自然环境约束，增加了冻融循环暴露试验的次数，提高了冻融循环效率。
优选的，在所述试件表面安装多个温度传感器，所有所述温度传感器与温控开关相连接，所述温控开关与所述防水电热丝相连接，所述步骤四中，当所有所述温度传感器的温度达到预设冻结标准时，所述温控开关自动开启，所述防水电热丝通电并对所述试件进行解冻，所述步骤五中，当所有所述温度传感器的温度均达到预设解冻标准时，所述温控开关自动关闭，所述防水电热丝停止加热。
优选的，所述温控开关为温度时间控制器，所述步骤四中，当所有所述温度传感器的温度达到预设冻结标准时，同时所述试件的冻结时间达到最小时间间隔时，所述温控开关自动开启，所述防水电热丝通电并对所述试件进行解冻。
与现有技术相比，本发明所述的试验装置的有益效果：
本发明将冻融仓设于室外，利用自然环境气温实现冻结，避免了室内快速冻融循环试验中温度单调变化的问题，充分反映了真实环境温度的时变效应；且克服了室内冻融循环试验中试件尺寸的限制，可以同时满足大尺寸试件和小尺寸试件冻融循环的需求。本发明借助太阳能光伏电加热实现试件的解冻，大大节约了冻融循环试验的电能消耗；且克服了冬季冻结、春季解冻的自然环境约束，增加了冻融循环暴露试验的次数，提高了冻融循环效率。
本发明利用温度传感器和温控开关相配合，来实现防水电热丝的自动启闭，从而实现了冻融循环的自动进行。利用该试验装置可实现试件冻融全过程模拟，为开展冻融循环试验研究和探索混凝土冻融病害的治理提供技术支持。
与现有技术相比，本发明所述的试验方法的有益效果：
本发明所述的试验方法利用自然条件来对试件进行冻结，充分反映了真实环境温度时变效应，从而提高了试验结果的准确性，为寒冷地区工程结构耐久性研究提供技术参考；利用防水电热丝进行解冻，克服了冬季冻结、春季解冻的自然环境约束，增加了冻融循环暴露试验的次数，提高了冻融循环效率。
附图说明：
图1是本发明实施例1所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置的结构示意图。
图2是本发明实施例2所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置的结构示意图。
图中标记：1-太阳能电池板，2-安装箱，3-温控开关，4-蓄能装置，5-冻融仓，6-防水电热丝，7-温度传感器，8-计数器，9-试件。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，包括冻融仓5、防水电热丝6、蓄能装置4、安装箱2和太阳能电池板1。
所述冻融仓5设置在室外，所述冻融仓5内盛有水，并放置有若干个试件9，所述试件9浸没在水中。每个所述试件9的外表面均缠绕有防水电热丝6，所述防水电热丝6用于加热试件9，实现试件解冻。
所述太阳能电池板1发电并储存在蓄能装置4中，所述蓄能装置4为所述防水电热丝6提供电量，所述蓄能装置4为蓄电池，所述蓄能装置4位于所述安装箱2内。
采用上述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置进行试验时，包括以下步骤：
步骤一：安装太阳能电池板1和蓄能装置4，并将冻融仓5安装在室外；
步骤二：在所述试件9表面缠绕防水电热丝6，缠绕所述防水电热丝6时应尽量均匀缠绕，接着将所述防水电热丝6与所述蓄能装置4相连接，并将所述试件9放置在所述冻融仓5内；
步骤三：借助室外低温将所述试件9冻结，同时所述太阳能电池板1发电并储存在蓄能装置4中；
步骤四：待所述试件9的冻结温度达到预设冻结标准时，开启所述防水电热丝6对所述试件9进行解冻，所述预设冻结标准根据试验要求进行设定；
步骤五：待所述试件9解冻至预设解冻标准时，关闭所述防水电热丝6，所述试件9完成一轮冻融，所述预设解冻标准根据试验要求进行设定；
步骤六：重复步骤三至步骤五，所述试件9进入新一轮冻融，直至达到试验所需的冻融循环次数。
实施例2
本实施例与实施1的区别在于，本实施例可实现试件9的自动冻融循环，无需人为启闭防水电热丝6。
具体的，如图2所示，一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置还包括布置在所述试件9表面的多个温度传感器7，所有所述温度传感器7应尽量均布在所述试件9表面。
所有所述温度传感器7连接有温控开关3，所述温控开关3用于控制所述防水电热丝6的启闭，而且所述温控开关3还连接有计数器8，所述温控开关3每开启一次，所述计数器8记录一次。所述温控开关3和计数器8均设于所述安装箱2上。
采用上述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置进行试验时，包括以下步骤：
步骤一：安装太阳能电池板1和蓄能装置4，并将冻融仓5安装在室外；
步骤二：在所述试件9表面缠绕防水电热丝6，缠绕所述防水电热丝6时应尽量均匀缠绕，接着将所述防水电热丝6与所述蓄能装置4相连接；在所述试件9表面安装多个温度传感器7，将所有所述温度传感器7与温控开关3相连接，将所述温控开关3与所述防水电热丝6相连接，所述温控开关3用于控制所述防水电热丝6的启闭，最后将所述试件9放置在所述冻融仓5内；
步骤三：借助室外低温将所述试件9冻结，同时所述太阳能电池板1发电并储存在蓄能装置4中；
步骤四：当所有所述温度传感器7的温度达到预设冻结标准时，所述温控开关3自动开启，所述防水电热丝6通电并对所述试件9进行解冻；
步骤五：当所有所述温度传感器7的温度均达到预设解冻标准时，所述温控开关3自动关闭，所述防水电热丝6停止加热，所述试件9完成一轮冻融，所述计数器8记录一次；
步骤六：重复步骤三至步骤五，所述试件9进入新一轮冻融，直至达到试验所需的冻融循环次数。
优选的，所述温控开关3为温度时间控制器，所述步骤四中，当所有所述温度传感器7的温度达到预设冻结标准时，以及所述试件9的冻结时间达到最小时间间隔时，所述温控开关3才自动开启，所述防水电热丝6通电并对所述试件9进行解冻。所述预设冻结标准以及最小时间间隔根据试验要求进行设定。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，其特征在于，包括设于室外的、用于放置试件(9)的冻融仓(5)，可缠绕在所述试件(9)表面的、用于对所述试件(9)解冻的防水电热丝(6)，以及与所述防水电热丝(6)相连接的蓄能装置(4)，与所述蓄能装置(4)相连接的太阳能电池板(1)。
2.根据权利要求1所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，其特征在于，所述试件(9)表面布置有多个温度传感器(7)。
3.根据权利要求2所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，其特征在于，所有所述温度传感器(7)均连接有温控开关(3)，所述温控开关(3)用于控制所述防水电热丝(6)的启闭。
4.根据权利要求3所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，其特征在于，所述温控开关(3)为温度时间控制器。
5.根据权利要求3所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，其特征在于，所述温控开关(3)连接有计数器(8)。
6.根据权利要求2所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，其特征在于，所有所述温度传感器(7)均布在所述试件(9)表面。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置，其特征在于，所述蓄能装置(4)为蓄电池。
8.一种光伏电加热冻融循环暴露试验方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任一所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验装置进行试验，包括以下步骤：
步骤一：安装太阳能电池板(1)和蓄能装置(4)，并将冻融仓(5)安装在室外；
步骤二：在试件(9)表面缠绕防水电热丝(6)，将所述防水电热丝(6)与所述蓄能装置(4)相连接，并将所述试件(9)放置在所述冻融仓(5)内；
步骤三：借助室外低温将所述试件(9)冻结，同时所述太阳能电池板(1)发电并储存在蓄能装置(4)中；
步骤四：待所述试件(9)的冻结温度达到预设冻结标准时，开启所述防水电热丝(6)对所述试件(9)进行解冻；
步骤五：待所述试件(9)解冻至预设解冻标准时，关闭所述防水电热丝(6)，所述试件(9)完成一轮冻融；
步骤六：重复步骤三至步骤五，所述试件(9)进入新一轮冻融，直至达到试验所需的冻融循环次数。
9.根据所述权利要求8所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验方法，其特征在于，在所述试件(9)表面安装多个温度传感器(7)，所有所述温度传感器(7)与温控开关(3)相连接，所述温控开关(3)与所述防水电热丝(6)相连接，
所述步骤四中，当所有所述温度传感器(7)的温度达到预设冻结标准时，所述温控开关(3)自动开启，所述防水电热丝(6)通电并对所述试件(9)进行解冻，
所述步骤五中，当所有所述温度传感器(7)的温度均达到预设解冻标准时，所述温控开关(3)自动关闭，所述防水电热丝(6)停止加热。
10.根据所述权利要求8所述的一种光伏电加热冻融循环暴露试验方法，其特征在于，所述温控开关(3)为温度时间控制器，
所述步骤四中，当所有所述温度传感器(7)的温度达到预设冻结标准时，同时所述试件(9)的冻结时间达到最小时间间隔时，所述温控开关(3)自动开启，所述防水电热丝(6)通电并对所述试件(9)进行解冻。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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