CN110618038A - 极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置及测试方法，测试装置包括万能试验机、温度控制单元、固定框架检测单元以及分别与万能试验机、温度控制单元及固定框架检测单元电连接的计算机；测试方法包括：1)制备混凝土试件；2)将固定框架检测单元安装于混凝土试件上并置于万能试验机上；3)移动温度控制单元，使混凝土试件位于温度控制单元内；4)启动万能试验机及温度控制单元进行测试，计算机处理测试数据获得测试结果。与现有技术相比，本发明可用于测试混凝土在极端温度下及持续加载—卸载过程中，内部结构的破坏损伤变形特征；本发明操作简单、易于实现、用途广，可通过更换辅具以测试混凝土的多种性能。

Description

极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于极端温度下混凝土结构性能测试技术领域，涉及一种极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置及测试方法。

背景技术

随着我国基础建设速度逐步加快、规模逐步扩大，水泥混凝土被广泛应用于各种极端环境下的工程建设，然而在后期的维护使用过程中，经常出现服役期间的混凝土因环境因素复杂多变而导致其性能过早劣化，进而影响混凝土结构的使用效果与服役寿命，因此探索混凝土与复杂环境的适应性显得尤为重要。混凝土在超低温、高温与高低温冻融循环下的性能变化差异较大，为保证混凝土在服役期间抵抗极端环境的影响，需在施工前期研发出具有抗极端环境的特殊混凝土，并对其在极端环境下的性能进行准确测试，故很有必要开发出一种可测试混凝土在极端温度环境下受力破坏变形的装置。

目前，关于温度对混凝土性能影响的研究主要集中于自然界中一定的温度范围内(-30℃～60℃)，研究人员通过测试混凝土在该温度范围内的性能变化进而研究温度对其性能的影响。然而研究发现混凝土在超低温(＜-30℃)以及高温(＞60℃)时的性能与常温时的性能大不相同，如通常情况下混凝土的抗压强度会随着温度的降低而逐渐增加，而在超低温下混凝土的抗压强度会在-125℃出现最大值而后逐渐降低。同时，普通的测试设备并不适用于极端温度中的研究，一是普通设备达不到极端温度的条件，二是极端温度下的设备材质要求极高，即使通过对原有设备进行简单的改造后也不符合要求，甚至会出现安全隐患。因此，如何解决混凝土在极端温度下的性能研究问题显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置及测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，用于测试混凝土试件的受力变形情况，包括万能试验机、与万能试验机相适配的温度控制单元、设置在混凝土试件上的固定框架检测单元以及分别与万能试验机、温度控制单元及固定框架检测单元电连接的计算机，所述的混凝土试件置于万能试验机上。

本装置用于测试极端温度下混凝土试件的受力变形情况，极端温度指的是超低温、高温和高低温冻融循环等多种复杂温度环境，所述的混凝土试件依据测试标准多为长方体形试件，固定框架检测单元可同时实现对混凝土试件的固定与实时检测。

测试时，将固定框架检测单元安装在混凝土试件上，并一起设置于万能试验机上，通过温度控制单元控制温度，以达到所需的极端温度条件，通过万能试验机对混凝土试件施加荷载，通过固定框架检测单元对混凝土试件进行检测并将数据传输至计算机，计算机根据温度控制单元的温度变化、万能试验机对混凝土试件施加的荷载变化以及检测数据进行处理，以获得测试结果。

进一步地，所述的万能试验机包括底座、一对并列设于底座上的竖梁、设于两个竖梁之间的横梁以及垂直加载系统，该垂直加载系统包括沿竖直方向移动设置于两个竖梁之间的移动横梁以及一上一下并列设置在移动横梁与底座之间的上辅具、下辅具，所述的上辅具与移动横梁之间、下辅具与底座之间均设有连接杆，所述的混凝土试件置于下辅具上。

所述的上辅具及下辅具分别通过相应的连接杆与移动横梁及底座相连接，上辅具通过移动横梁实现沿竖直方向上的移动或产生沿竖直方向上的作用力；所述的混凝土试件设置在下辅具上，通过上辅具及下辅具对混凝土试件的作用，使得混凝土试件受力产生形变。

所述的万能试验机上设有压力控制器，用于控制垂直加载系统对混凝土试件施加的荷载。

进一步地，该装置还包括与万能试验机相适配的水平滑槽轨道，所述的温度控制单元滑动设置在水平滑槽轨道上。

温度控制单元通过水平滑槽轨道前后移动，以便于进行混凝土试件在常温下的测试或将混凝土试件置于温度控制单元内进行极端温度下的测试。

进一步地，所述的温度控制单元包括滑动设置在水平滑槽轨道上的温度控制箱、与温度控制箱的内部相连通的超低温控制系统、分别设于温度控制箱内的高温控制系统、温度传感器以及分别与超低温控制系统、高温控制系统及温度传感器电连接的温度控制器，所述的温度控制箱内的温度为-196℃至350℃。

温度传感器用于检测温度控制箱内的温度，并反馈至温度控制器，温度控制器根据反馈信号控制超低温控制系统及高温控制系统工作，使得温度控制箱内达到测试所需的极端环境温度。

进一步地，所述的超低温控制系统包括设于温度控制箱外的液氮储存罐以及设于温度控制箱与液氮储存罐之间的液氮导管，所述的液氮储存罐通过液氮导管与温度控制箱的内部相连通；所述的高温控制系统包括设于温度控制箱内的电阻丝。

超低温控制系统通过液氮制冷的方式实现超低温，高温控制系统通过电阻丝加热的方式实现高温，其加热功率控制在2-7kW。通过温度控制器将温度控制箱内的温度控制在-196℃至350℃，升温降温速率控制在0.5-6℃/min。

进一步地，所述的温度控制箱的顶板及底板上均开设有与连接杆相适配的连接杆让位槽。

连接杆让位槽用于使连接杆穿过，从而使得上辅具、下辅具及混凝土试件置于温度控制箱内。

所述的温度控制箱的外侧壁上设有与温度控制器电连接的温度控制面板，通过温度控制面板设置温度控制箱内的温度及温度变化等参数，包括测试的起止温度值、测试温度范围、升温降温速率、升温降温时间、升温降温循环次数以及恒温时间。

所述的温度控制面板上设有显示屏，用于显示上述设置参数以及测试过程中温度控制箱内的温度。

所述的温度控制箱的箱门为设有观察窗的观察箱门，观察箱门闭合时，观察窗正对混凝土试件，温度控制箱内还设有照明灯，用于提供照明方便实验员观察混凝土试件。

所述的温度控制箱内还设有循环风机，用于加强温度控制箱内的热量循环，使得温度控制箱内的温度分布均匀，有利于配合温度传感器与温度控制器工作，及时调整超低温控制系统及高温控制系统的工作状态，从而最大限度降低测试过程中温度目标值与实际值之间的动态误差值，尤其是在升温降温过程中，使得温度目标值与实际值在不同的升温降温速率下趋于同步变化，保证测试条件的准确性。

所述的温度控制箱内设有防凝霜设计，能有效预防温度过低时温度控制箱内可能出现凝霜现象。防凝霜设计包括凝霜检测传感器与除湿单元，在升降温过程中，当温度控制箱内的温差较大且湿度较高时，凝霜检测传感器便能及时检测到温度控制箱内的湿度值，并与凝霜的临界温度相比较。若温度控制箱内的湿度值高于凝霜的临界温度，则自动开启除湿单元以降低温度控制箱内部的湿度，防止内部产生凝霜而损坏设备的使用性能，进而影响其使用寿命。

温度控制单元还包括液氮收集系统，所述的液氮收集系统包括设于温度控制箱外的液氮收集罐、设于温度控制箱与液氮收集罐之间的液氮收集管以及设于温度控制箱侧壁下端的液氮排出口，所述的温度控制箱通过液氮排出口及液氮收集管与液氮收集罐相连通。液氮收集系统用于回收温度控制箱内的液氮。温度控制箱上还开设有液氮排放口。在测试时，温度控制箱内多余的氮气既能从液氮排放口排到空气中，也可以利用液氮收集系统进行回收利用。

进一步地，所述的固定框架检测单元包括设置在混凝土试件上的固定框架及设于固定框架上的检测组件，所述的固定框架包括一对分别设于混凝土试件两端的第一固定板、一对分别设置于混凝土试件两侧的第二固定板以及多个沿混凝土试件长度方向并列设于混凝土试件顶部并分别与第二固定板固定连接的上固定板，所述的第一固定板与第二固定板固定连接。

所述的多个上固定板之间设有与上辅具相适配的间隙，使得上辅具可穿过间隙作用于混凝土试件上。

固定框架一方面用于固定混凝土试件，保证混凝土试件在测试过程中的稳定性，一方面用于承载检测组件。检测组件用于对混凝土试件进行性能检测。

进一步地，所述的检测组件包括多个分别设于第一固定板及第二固定板上的声发射传感器以及设置在第二固定板上的超低温引伸计，所述的第二固定板上还设有分别与声发射传感器、超低温引伸计及计算机电连接的数据采集器。

所述的声发射传感器用于检测混凝土试件内部结构的动态破坏过程、裂缝扩展趋势。所述的声发射传感器的直径为3mm，检测频率范围为80-400kHz。

所述的超低温引伸计的工作温度范围为-200℃至350℃，变形测量范围为-3mm至15mm，用于检测混凝土试件线性变形情况。

所述的数据采集器与声发射传感器、超低温引伸计及计算机之间均设有数据连接线，数据采集器通过数据连接线与声发射传感器、超低温引伸计及计算机电连接。

所述的第二固定板之间设有与混凝土试件的顶部及两侧壁相适配的支撑杆，该支撑杆上设有支撑杆固定螺钉，支撑杆通过支撑杆固定螺钉与混凝土试件固定连接。支撑杆用于连接第一固定板与第二固定板，支撑杆固定螺钉用于将整个固定框架牢牢固定于混凝土试件表面，防止固定框架与混凝土试件可能因连接不紧而出现测量数据不准确的问题。

所述的第二固定板及上固定板上设有多个框架固定螺栓，所述的多个框架固定螺栓分别穿过第二固定板及上固定板与混凝土试件固定连接，用于提高测试过程中混凝土试件的稳定性。

一种基于如上所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1)制备混凝土标准试件，并置于标准养护箱中养护，得到混凝土试件；

2)将固定框架检测单元安装于混凝土试件上，并一起置于万能试验机上；

3)移动温度控制单元，使混凝土试件位于温度控制单元内；

4)启动万能试验机及温度控制单元并进行测试，之后通过计算机处理测试数据获得测试结果。

进一步地，步骤1)中，所述的标准养护箱的温度为20℃±2℃，相对湿度大于95％，养护天数为28d。

步骤1)中，混凝土标准试件根据JTG E30-2005规范要求成型制备，成型规格包括：100mm×100mm×400mm、150mm×150mm×550mm、150mm×150mm×600mm。

步骤3)中，使混凝土试件位于温度控制单元内的具体过程为移动温度控制箱并使混凝土试件置于温度控制箱内。

工作原理：本发明设计出一种测试混凝土从超低温到高温连续作用下受力变形的装置，本装置的工作温度范围为-196℃至350℃，可为混凝土的性能测试提供超低温、高温和高低温冻融循环等过程以模拟多种极端温度作用，并可通过检测组件实时检测混凝土试件在上述极端温度作用与持续加载—卸载作用下产生破坏损伤变形的特征，包括内部结构的动态破坏过程、裂缝扩展趋势以及外部结构的线性变形情况。

测试前，在混凝土试件上安装固定框架，并通过框架固定螺栓固定，并将安装后的混凝土试件安装于万能试验机的下辅具上，移动温度控制箱使混凝土试件、下辅具及上辅具置于温度控制箱内，关闭观察箱门，通过温度控制面板设置测试参数，即极端温度参数，包括测试温度范围、升温降温速率、升温降温循环次数等，通过压力控制器设置施加在混凝土试件上的荷载；

测试时，先启动温度控制单元，使温度控制箱内达到测试起始温度，启动垂直加载系统，使上辅具及下辅具对混凝土试件进行持续加载—卸载，通过设置在混凝土试件四周的声发射传感器检测混凝土试件内部结构的动态破坏过程及裂缝扩展趋势，通过超低温引伸计检测混凝土试件的线性变形情况，通过数据采集器收集上述测试数据并传输至计算机，计算机结合温度控制箱内的温度变化及施加在混凝土试件上的荷载变化进行处理，获得测试结果。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)本发明用于测试混凝土的受力变形情况，尤其可以实现在多种极端温度下，即在较大的温度测试范围内(-196℃至350℃)的超低温、高温、高低温冻融循环等过程中，对混凝土受力变形情况的测试试验；

2)本发明可用于实时、连续、动态、重复观察混凝土试件在极端温度作用与持续加载—卸载作用下混凝土结构的破坏损伤变形特征，如动态破坏过程、裂缝扩展趋势以及线性变形等；

3)本发明能精确设置多种复杂的测试参数，并最大限度降低测试过程中温度目标值与实际值之间的动态误差值，尤其是在升温降温过程中，使得两者在不同的升温降温速率下趋于同步变化，保证测试条件的准确性；

4)本发明操作简单、易于实现、用途广，可通过更换不同辅具测试混凝土在不同温度下的多种性能，包括抗拉强度、弯曲强度、压缩强度、弹性模量、断裂延伸率、屈服强度等。

附图说明

图1为本发明中一种极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置的结构示意图；

图2为温度控制箱的结构示意图；

图3为固定框架检测单元的结构示意图；

图中标记说明：

1—万能试验机、101—底座、102—竖梁、103—横梁、104—移动横梁、2—温度控制单元、3—下辅具、4—温度控制面板、5—计算机、6—连接杆、7—水平滑槽轨道、8—压力控制器、9—上辅具、10—液氮储存罐、11—液氮导管、12—温度控制箱、13—高温控制系统、14—混凝土试件、15—温度控制器、16—温度传感器、17—照明灯、18—显示屏、19—循环风机、20—观察箱门、21—液氮排出口、22—连接杆让位槽、23—固定框架、2301—第一固定板、2302—第二固定板、2303—上固定板、24—超低温引伸计、25—数据采集器、26—声发射传感器、27—支撑杆、28—支撑杆固定螺钉、29—框架固定螺栓、30—数据连接线、31—凝霜检测传感器、32—除湿单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1、图2及图3所示的一种极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，用于测试混凝土从超低温到高温连续作用下的受力变形情况，该装置包括万能试验机1、温度控制单元2、固定框架检测单元、计算机5等，具体结构如下：

万能试验机1包括垂直加载系统及压力控制器8，垂直加载系统包括上辅具9及下辅具3。测试时，将混凝土试件14安装于下辅具3上，在压力控制器8上设置好测试参数，通过万能试验机1上的垂直加载系统对混凝土试件14进行加压，固定框架检测单元测试混凝土试件14在极端温度与压力作用下的变形破坏特征；

温度控制单元2包括温度控制箱12与超低温控制系统，超低温控制系统包括液氮储存罐10以及液氮导管11，液氮储存罐10通过液氮导管11与温度控制箱12的内部相连通。温度控制箱12内设有高温控制系统13、温度控制器15、温度传感器16、照明灯17及循环风机19，温度控制箱12的侧壁上设有与温度控制器15电连接的温度控制面板4，温度控制面板4上设有显示屏18，测试时可在温度控制面板4上，输入测试所需的环境参数。温度控制箱12内设有防凝霜设计，能有效预防温度过低时温度控制箱内可能出现凝霜现象。防凝霜设计包括凝霜检测传感器31与除湿单元32。温度控制箱12上还设有带玻璃观察窗的观察箱门20与照明灯17，观察箱门20在闭合时正对混凝土试件14，以便于观察整个混凝土试件14。温度控制单元2可将温度设置为-196℃至350℃，通过液氮制冷的方式实现超低温，通过电阻丝加热的方式可实现高温。温度控制单元2设置在水平滑槽轨道7上并通过水平滑槽轨道7前后移动位置，方便测试混凝土试件14在常温与超低温下的性能；

固定框架检测单元包括固定框架23、超低温引伸计24、数据采集器25、声发射传感器26、支撑杆27、支撑杆固定螺钉28、框架固定螺栓29、数据连接线30。固定框架23固定于混凝土试件14上，固定框架23包括设于混凝土试件14两端的第一固定板2301、设于混凝土试件14两侧的第二固定板2302、设于混凝土试件14顶部的上固定板2303。第二固定板2302上设有超低温引伸计24，第一固定板2301及第二固定板2302上分别设有声发射传感器26，声发射传感器26的检测频段为80-400kHz。数据采集器25设于第二固定板2302上，数据采集器25通过数据连接线30与声发射传感器26、超低温引伸计24及计算机5电连接。温度控制面板4上可设置混凝土测试的起止温度值、测试温度范围、升降温速率、升降温时间、温度保持时间、循环次数，并将数据反馈至计算机5。

基于上述装置的一种测试方法，包括以下步骤：

(1)根据JTG E30-2005规范要求成型混凝土标准试件，并将其放入标准养护箱(温度20℃±2℃、相对湿度大于95％)中养护28d后取出，得到混凝土试件14；

(2)将安装有超低温引伸计24与声发射传感器26的固定框架23安装于待测混凝土试件14上，将框架固定螺栓29与支撑杆固定螺钉28扭紧并使固定框架23固定于混凝土试件14上；

(3)在万能试验机1上安装好测试用的上辅具9及下辅具3，并将安装有固定框架23的混凝土试件14安装于下辅具3上；

(4)移动温度控制箱12，使混凝土试件14完全处于温度控制箱12的内部正中间处；

(5)打开计算机5内的测试软件，通过控制万能试验机1及温度控制单元2进行测试，待测试结束后通过计算机5处理测试数据，即可得到测试结果。

实施例2：

如图1所示的一种极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，用于测试极端温度下混凝土试件14的受力变形情况，包括万能试验机1、与万能试验机1相适配的温度控制单元2、设置在混凝土试件14上的固定框架检测单元以及分别与万能试验机1、温度控制单元2及固定框架检测单元电连接的计算机5，混凝土试件14置于万能试验机1上。

万能试验机1包括底座101、一对并列设于底座101上的竖梁102、设于两个竖梁102之间的横梁103以及垂直加载系统，该垂直加载系统包括沿竖直方向移动设置于两个竖梁102之间的移动横梁104以及一上一下并列设置在移动横梁104与底座101之间的上辅具9、下辅具3，上辅具9与移动横梁104之间、下辅具3与底座101之间均设有连接杆6，混凝土试件14置于下辅具3上。

上辅具9及下辅具3分别通过相应的连接杆6与移动横梁104及底座101相连接，上辅具9通过移动横梁104实现沿竖直方向上的移动或产生沿竖直方向上的作用力；混凝土试件14设置在下辅具3上，通过上辅具9及下辅具3对混凝土试件14的作用，使得混凝土试件14受力产生形变。

万能试验机1上设有压力控制器8，用于控制垂直加载系统对混凝土试件14施加的荷载。

温度控制单元2包括滑动设置在水平滑槽轨道7上的如图2所示的温度控制箱12、与温度控制箱12的内部相连通的超低温控制系统、分别设于温度控制箱12内的高温控制系统13、温度传感器16以及分别与超低温控制系统、高温控制系统13及温度传感器16电连接的温度控制器15，温度控制箱12内的温度为-196℃至350℃。

温度控制箱12设置在水平滑槽轨道7上，以便于进行混凝土试件14在常温与极端温度下的测试。

温度传感器16用于检测温度控制箱12内的温度，并反馈至温度控制器15，温度控制器15根据反馈信号控制超低温控制系统及高温控制系统13工作，使得温度控制箱12内达到测试所需的极端环境温度。

超低温控制系统包括设于温度控制箱12外的液氮储存罐10以及设于温度控制箱12与液氮储存罐10之间的液氮导管11，液氮储存罐10通过液氮导管11与温度控制箱12的内部相连通；高温控制系统13包括设于温度控制箱12内的电阻丝。

超低温控制系统通过液氮制冷的方式实现超低温，高温控制系统13通过电阻丝加热的方式实现高温，其加热功率控制在2-7kW。通过温度控制器15将温度控制箱12内温度控制在-196℃至350℃，升温降温速率控制在0.5-6℃/min。

温度控制箱12的顶板及底板上均开设有与连接杆6相适配的连接杆让位槽22。

连接杆让位槽22用于使连接杆6穿过，从而使得上辅具9、下辅具3及混凝土试件14置于温度控制箱12内。

温度控制箱12的外侧壁上设有与温度控制器15电连接的温度控制面板4，通过温度控制面板4设置温度控制箱12内的温度及温度变化等参数，包括测试的起止温度值、测试温度范围、升温降温速率、升温降温时间、升温降温循环次数以及恒温时间。

温度控制面板4上设有显示屏18，用于显示上述设置参数以及测试过程中温度控制箱12内的温度。

温度控制箱12的箱门为设有观察窗的观察箱门20，观察箱门20闭合时，观察窗正对混凝土试件14，温度控制箱12内还设有照明灯17，用于提供照明方便实验员观察混凝土试件14。

温度控制箱12内还设有循环风机19，用于加强温度控制箱12内的热量循环，使得温度控制箱12内的温度分布均匀，有利于配合温度传感器16与温度控制器15工作，及时调整超低温控制系统及高温控制系统13的工作状态，从而最大限度降低测试过程中温度目标值与实际值之间的动态误差值，尤其是在升温降温过程中，使得温度目标值与实际值在不同的升温降温速率下趋于同步变化，保证测试条件的准确性。

如图3所示的固定框架检测单元包括设置在混凝土试件14上的固定框架23及设于固定框架23上的检测组件，固定框架23包括一对分别设于混凝土试件14两端的第一固定板2301、一对分别设置于混凝土试件14两侧的第二固定板2302以及多个沿混凝土试件14长度方向并列设于混凝土试件14顶部并分别与第二固定板2302固定连接的上固定板2303，第一固定板2301与第二固定板2302固定连接。

多个上固定板2303之间设有与上辅具9相适配的间隙，使得上辅具9可穿过间隙作用于混凝土试件14上。

固定框架23一方面用于固定混凝土试件14，保证混凝土试件14在测试过程中的稳定性，一方面用于承载检测组件。检测组件用于对混凝土试件14进行性能检测。

检测组件包括多个分别设于第一固定板2301及第二固定板2302上的声发射传感器26以及设置在第二固定板2302上的超低温引伸计24，第二固定板2302上还设有分别与声发射传感器26、超低温引伸计24及计算机5电连接的数据采集器25。

声发射传感器26用于检测混凝土试件14内部结构的动态破坏过程、裂缝扩展趋势。声发射传感器26的直径为3mm，检测频率范围为80-400kHz。

超低温引伸计24的工作温度范围为-200℃至350℃，变形测量范围为-3mm至15mm，用于检测混凝土试件14线性变形情况。

数据采集器25与声发射传感器26、超低温引伸计24及计算机5之间均设有数据连接线30，数据采集器25通过数据连接线30与声发射传感器26、超低温引伸计24及计算机5电连接。

第二固定板2302之间设有与混凝土试件14的顶部及两侧壁相适配的支撑杆27，该支撑杆27上设有支撑杆固定螺钉28，支撑杆27通过支撑杆固定螺钉28与混凝土试件14固定连接。

第二固定板2302及上固定板2303上设有多个框架固定螺栓29，多个框架固定螺栓29分别穿过第二固定板2302及上固定板2303与混凝土试件14固定连接，用于提高测试过程中混凝土试件14的稳定性。

一种基于上述极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1)制备混凝土标准试件，并置于标准养护箱中养护，得到混凝土试件14；

2)将固定框架检测单元安装于混凝土试件14上，并一起置于万能试验机1上；

3)移动温度控制单元2，使混凝土试件14位于温度控制单元2内；

4)启动万能试验机1及温度控制单元2并进行测试，之后通过计算机5处理测试数据获得测试结果。

步骤1)中，混凝土标准试件根据JTG E30-2005规范要求成型制备，成型规格包括：100mm×100mm×400mm、150mm×150mm×550mm、150mm×150mm×600mm。

步骤1)中，标准养护箱的温度为20℃±2℃，相对湿度大于95％，养护天数为28d。

步骤3)中，使混凝土试件14位于温度控制单元内的具体过程为移动温度控制箱12并使混凝土试件14置于温度控制箱12内。

工作原理：本实施例中的装置是一种测试混凝土从超低温到高温连续作用下受力变形的装置，其工作温度范围为-196℃至350℃，可提供超低温、高温和高低温冻融循环等过程以模拟多种极端温度作用，并可通过检测组件实时检测混凝土试件14在上述极端温度作用与持续加载—卸载作用下产生破坏损伤变形的特征，包括内部结构的动态破坏过程、裂缝扩展趋势以及外部结构的线性变形情况；

测试前，在混凝土试件14上安装固定框架23，并通过框架固定螺栓29固定，并将安装后的混凝土试件14安装于万能试验机1的下辅具3上，移动温度控制箱12使混凝土试件14、下辅具3及上辅具9置于温度控制箱12内，关闭观察箱门20，通过温度控制面板4设置测试参数，即极端温度参数，包括测试温度范围、升温降温速率、升温降温循环次数等，通过压力控制器8设置施加在混凝土试件14上的荷载；

测试时，先启动温度控制单元2，使温度控制箱12内达到测试起始温度，启动垂直加载系统，使上辅具9及下辅具3对混凝土试件14进行持续加载—卸载，通过设置在混凝土试件14四周的声发射传感器26检测混凝土试件14内部结构的动态破坏过程及裂缝扩展趋势，通过超低温引伸计24检测混凝土试件14的线性变形情况，通过数据采集器25收集上述测试数据并传输至计算机5，计算机5结合温度控制箱12内的温度变化及施加在混凝土试件14上的荷载变化对测试数据进行处理，获得测试结果。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，该装置用于测试混凝土试件(14)的受力变形情况，其特征在于，所述的装置包括万能试验机(1)、与万能试验机(1)相适配的温度控制单元(2)、设置在混凝土试件(14)上的固定框架检测单元以及分别与万能试验机(1)、温度控制单元(2)及固定框架检测单元电连接的计算机(5)，所述的混凝土试件(14)置于万能试验机(1)上。

2.根据权利要求1所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，其特征在于，所述的万能试验机(1)包括底座(101)、一对并列设于底座(101)上的竖梁(102)、设于两个竖梁(102)之间的横梁(103)以及垂直加载系统，该垂直加载系统包括沿竖直方向移动设置于两个竖梁(102)之间的移动横梁(104)以及一上一下并列设置在移动横梁(104)与底座(101)之间的上辅具(9)、下辅具(3)，所述的上辅具(9)与移动横梁(104)之间、下辅具(3)与底座(101)之间均设有连接杆(6)，所述的混凝土试件(14)置于下辅具(3)上。

3.根据权利要求2所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，其特征在于，该装置还包括与万能试验机(1)相适配的水平滑槽轨道(7)，所述的温度控制单元(2)滑动设置在水平滑槽轨道(7)上。

4.根据权利要求3所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，其特征在于，所述的温度控制单元(2)包括滑动设置在水平滑槽轨道(7)上的温度控制箱(12)、与温度控制箱(12)的内部相连通的超低温控制系统、分别设于温度控制箱(12)内的高温控制系统(13)、温度传感器(16)以及分别与超低温控制系统、高温控制系统(13)及温度传感器(16)电连接的温度控制器(15)，所述的温度控制箱(12)内的温度为-196℃至350℃。

5.根据权利要求4所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，其特征在于，所述的超低温控制系统包括设于温度控制箱(12)外的液氮储存罐(10)以及设于温度控制箱(12)与液氮储存罐(10)之间的液氮导管(11)，所述的液氮储存罐(10)通过液氮导管(11)与温度控制箱(12)的内部相连通；所述的高温控制系统(13)包括设于温度控制箱(12)内的电阻丝。

6.根据权利要求4所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，其特征在于，所述的温度控制箱(12)的顶板及底板上均开设有与连接杆(6)相适配的连接杆让位槽(22)。

7.根据权利要求1所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，其特征在于，所述的固定框架检测单元包括设置在混凝土试件(14)上的固定框架(23)及设于固定框架(23)上的检测组件，所述的固定框架(23)包括一对分别设于混凝土试件(14)两端的第一固定板(2301)、一对分别设置于混凝土试件(14)两侧的第二固定板(2302)以及多个沿混凝土试件(14)长度方向并列设于混凝土试件(14)顶部并分别与第二固定板(2302)固定连接的上固定板(2303)，所述的第一固定板(2301)与第二固定板(2302)固定连接。

8.根据权利要求7所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置，其特征在于，所述的检测组件包括多个分别设于第一固定板(2301)及第二固定板(2302)上的声发射传感器(26)以及设置在第二固定板(2302)上的超低温引伸计(24)，所述的第二固定板(2302)上还设有分别与声发射传感器(26)、超低温引伸计(24)及计算机(5)电连接的数据采集器(25)。

9.基于如权利要求1至8任一项所述的极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)制备混凝土标准试件，并置于标准养护箱中养护，得到混凝土试件(14)；

2)将固定框架检测单元安装于混凝土试件(14)上，并一起置于万能试验机(1)上；

3)移动温度控制单元(2)，使混凝土试件(14)位于温度控制单元(2)内；

4)启动万能试验机(1)及温度控制单元(2)并进行测试，之后通过计算机(5)处理测试数据获得测试结果。

10.根据权利要求9所述的基于极端温度环境下混凝土受力变形的测试装置的测试方法，其特征在于，步骤1)中，所述的标准养护箱的温度为20℃±2℃，相对湿度大于95％，养护天数为28d。