CN110726629A - 一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，包括承载机架、隔板、承载龙骨、空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管、气压表、控制开关、电磁阀、试验腔，隔板嵌于承载机架内并将承载机架分割为至少一个作业腔和一个控制室，空气压缩机、气体增压泵及控制系统位于控制室内，高压储气釜与承载机架外表面连接，高压气管前端面与试验腔连通，后端面与高压储气釜相互连通。其试验方法包括设备装配，实验预制，气体冲击实验及数据分析四个步骤。本发明一方面可使室内气体冲击试验接近于现场实际情况，从而为现场施工操作提供相对安全、有效的指导和参考；另一方面可有效的实现对不同材料试块在不同温湿度、震荡环境下的仿真试验。

Description

一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统及方法

技术领域

本发明属于冲击实验设备技术领域，具体涉及一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统及其使用方法。

技术背景

在隧道、采矿巷道等地下工程以及边坡、基坑等岩石体开挖中，为克服炸药爆破技术的不便，现逐渐采用高压气体冲击技术进行爆破作业。为了提高爆破作业工作效率和安全性，并降低爆破作业成本，需要通过试验设备对相应的岩石、混凝土等材料的气体冲击爆破作业特性进行检测，并根据检测试验结果对现场气体爆破施工提供安全、有效的指导。

但在实际的试验检测过程中发现，当前尚缺乏针对混凝土、岩石样本气体爆破冲击试验的室内专用设备，因此导致当前在进行室内高压气流对混凝土、岩石样本气体爆破冲击试验时，往往依赖现场经验且多注重样本试块致裂破坏结果而缺乏对初始气压、峰值气压、流速、流量、通气时间等的量化。虽然一定程度上可实现室内对混凝土、岩石样本冲击试验的需要，但在试验作业时，一方面对于岩石类或混凝土试块的高压气体冲击试验系统往往达不到定量的要求，以致室内作业效率、成本及安全性均受到极大的影响；另一方面对高压气流爆破试验时的室内试验环境与实际施工现场的复杂环境如温度、湿度、冲击震动等情况缺乏模拟仿真，因此导致试验结果与实际施工作业环境存在较大的差异，且检测结果精度与数据获取效率低，数据类别相对单一，从而导致当前现场在进行高压气体冲击爆破作业时缺乏精确有效的室内试验指导。

因此针对这一现状，需要开发一种全新的气体冲击混凝土试验装置及其试验方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明公开了一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统及其使用方法，以解决现有技术存在的量化缺乏、工况环境仿真度低、多类数据获取率低等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，包括承载机架、隔板、承载龙骨、空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管、气压表、控制开关、电磁阀、PVDF传感器、试验腔及控制系统。其中承载机架为轴线与水平面垂直分布的柱状框架结构，隔板至少两个，嵌于承载机架内与承载机架同轴分布，且隔板沿承载机架自上而下分布并将承载机架自上而下分割为至少一个作业腔和一个控制室。空气压缩机、气体增压泵及控制系统均位于控制室内，其中空气压缩机通过导流管与气体增压泵进气端连通，气体增压泵排气端通过导流管与高压储气釜连通，且气体增压泵进气端和出气端均通过控制开关相互连通，导流管与控制开关连接位置处分别设一个气压表。高压储气釜至少一个，与承载机架外表面连接并通过导气管分别与气体增压泵、高压气管连通。高压气管与试验腔数量一致，每个试验腔上端面均与一条高压气管连通并同轴分布，高压气管通过承载龙骨与承载机架连接，其前端面嵌于试验腔内并与试验腔相互连通并同轴分布，后端面通过电磁阀与高压储气釜相互连通。PVDF传感器数量与试验腔数量一致，且每个试验腔内均设至少一个PVDF传感器。试验腔位于作业腔内，且每个作业腔内均设至少一个试验腔且各试验腔间相互并联。承载龙骨为与作业腔同轴分布的框架结构，嵌于作业腔顶部并与作业腔同轴分布。控制系统分别与空气压缩机、气体增压泵、气压表、控制开关、PVDF传感器、试验腔、电磁阀电气连接。

进一步的，所述的承载机架与隔板和高压储气釜间通过滑轨滑动连接，隔板上端面与试验腔底部通过滑轨滑动连接；所述承载龙骨与承载机架侧壁内表面通过滑轨滑动连接，且承载龙骨的上端面与试验腔的上端面间间距为0—50厘米。

进一步的，所述的试验腔包括承载壳、弹性防护衬层、混凝土试样块、定位夹具、测振探头及监控摄像头，其中所述承载壳为密闭腔体结构，其上端面设透孔并通过透孔与高压气管连接；所述弹性防护衬层包覆在承载壳内表面且厚度不小于5毫米；所述混凝土试样块嵌于承载壳内，与承载壳同轴分布并通过定位夹具与承载壳连接。所述混凝土试样块外表面与弹性防护衬层之间间距不小于10毫米，混凝土试样块上端面设试验预留孔；所述试验预留孔与混凝土试样块同轴分布，深度为混凝土试样块高度的1/4—3/4，孔壁与混凝土试样块外侧面间间距不小于10毫米。所述高压气管前端面嵌于试验预留孔内并与试验预留孔同轴分布，且试验预留孔孔径为高压气管外径的1—2.5倍，高压气管下端面与试验预留孔孔底间间距不大于试验预留孔高度的1/2。所述试验预留孔孔壁设至少三个PVDF传感器，各PVDF传感器环绕试验预留孔轴线自上而下均布，并分别位于试验预留孔孔壁的孔口位置、中间位置及底部。所述测振探头嵌固在定位夹具和承载壳底部内侧面且两部位至少各一个，并与配套的测振仪电气连接，其中位于承载壳底部内侧面的测振探头被弹性防护衬层包覆，而位于定位夹具处的测振探头裸露部分设有弹性防护。所述监控摄像头至少一个，位于承载壳内并与承载壳顶部下端面连接，监控摄像头光轴与承载壳轴线相交并呈15°—90°夹角，所述监控摄像头和PVDF传感器均与控制系统电气连接。

进一步的，所述的试验预留孔上端面与高压气管外表面间通过密封材料相互连接并构成密闭腔体结构，且位于试验预留孔内的高压气管侧表面均布若干孔径为1—3毫米的射流孔。

进一步的，所述的承载壳侧壁内表面设温湿度传感器、电加热装置，其中电加热装置至少两个，环绕承载壳轴线均布，承载壳外表面设至少两个震荡机构，且各震荡机构环绕承载壳轴线均布，所述温湿度传感器、电加热装置及震荡机构均与控制系统电气连接。

进一步的，所述的高压储气釜包括储气罐、气体干燥过滤装置、半导体制冷机构、电加热丝及温湿度传感器。所述储气罐为密闭腔体结构，其上端面和下端面分别设进气口和至少一个出气口，所述进气口和出气口分别与一个气体干燥过滤装置连通，且气体干燥过滤装置分别与储气罐外表面连接。所述电加热丝至少一条，环绕储气罐轴线呈螺旋状结构分布并与储气罐侧壁内表面连接。所述温湿度传感器共两个，嵌于储气罐内并分别位于进气口和出气口位置处。所述半导体制冷机构至少一个，嵌于储气罐侧壁，且半导体制冷机构的制冷端通过换热板与储气罐内部连通，散热端位于储气罐外。所述换热板嵌于储气罐侧壁内表面，且换热板面积为储气罐侧壁内表面面积的10%—80%。所述气体干燥过滤装置、半导体制冷机构、电加热丝及温湿度传感器均与控制系统电气连接。

进一步的，所述的高压气管前端面设射流口，并通过射流口与试验腔连通；所述空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管处均设一个气压传感器，且所述气压传感器均与控制系统电气连接。

进一步的，所述的控制系统为基于可编程控制器、工业计算机及物联网控制器中的任意一种为基础的电路系统。

一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统的试验方法，包括如下步骤：

S1，设备装配，根据需要，先对承载机架、隔板、承载龙骨进行组装连接，并通过隔板将承载机架分割至少一个作业腔；再将空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管、气压表、控制开关、电磁阀、PVDF传感器、控制系统及各试验腔进行组装；其中在进行组装试验腔时，根据检测需要，将相应的混凝土试样块分别嵌入到相互独立的试验腔的承载壳内并与高压气管连通。

S2， 实验预制，完成S1步骤后，先通过空气压缩机对外部空气进行增压并输送至气体增压泵处，再由气体增压泵对气体进行二次增压，并将二次增压后的高压气体输送至高压储气釜进行缓存备用。其中气体在高压储气釜进行缓存时，首先通过高压储气釜的气体干燥过滤装置进行干燥及对气体中粉尘等污染物进行净化，净化后的气体再保存在储气罐内，并通过温湿度传感器对储气罐内气体温度和湿度进行检测；然后根据检测结果由半导体制冷机构、电加热丝对储气罐内气体进行调温，满足后续试验作业要求。

S3，气体冲击实验，完成S2步骤后，首先根据各试验腔内混凝土试样块结构、强度与材料类型，按各自的实验需要对冲击实验时初始气流压力、初始流速、通放气体流量、通放气体时间进行各自的设定，同时通过试验腔的电加热装置使冲击试验时的试验温度环境对混凝土试样实际使用中的温度环境进行模仿；通过震荡机构对混凝土试样实际使用中震荡环境进行模仿。然后按各自的实验需要通过各自的电磁阀分别对高压储气釜输送到相应试验腔内气流的初始气压、初始流速、通放流量、通放时间进行各自的设定；随后通放高压储气釜内气流至电磁阀且达到设定参数值后开始对试验腔内混凝土试样块进行气流冲击实验，并在气流对混凝土试样块进行冲击作业时，一方面通过混凝土试样块试验预留孔孔壁内各PVDF传感器对气流冲击作业时的混凝土试样块受力参数变化情况进行连续采集；另一方面通过监控摄像头对混凝土试样在高压气体冲击下裂痕发展情况进行视频监控。最后将PVDF传感器和监控摄像头采集的数据发送至控制系统中。

S4，数据分析，首先对不同的试验腔进行各自的数据统计，包括时间、气压值、PVDF传感器检测压力值、流速值、流量值、温度值、湿度值、震动要素（加速度、速度）等。然后对不同的试验腔构建各自的统计坐标系，比如以时间、压力值、流速值、流量值等的二维或三维统计坐标系。最后考虑试验需求，基于不同的试验腔各自的温度、湿度、震动要素（加速度、速度）等作业环境，分别将各自对应的需求数据带入到相应的统计坐标系进行数据分析，即可得到混凝土试样在不同气流冲击作用及不同温湿度和震荡环境下的检测数据。

进一步的，所述的S1步骤中，气体增压泵二次增压后，高压气体压力值为空气压缩机增压后气体压力的80—150倍；高压储气釜内气体压力为气体增压泵二次增压后气体压力的1.0—5.5倍，且高压储气釜总储气量为各试验腔试验作业总用气量的1.5—3.5倍。

本发明环境适应能力及通用性好，可有效满足多种材料类型混凝土块、预制砌块、岩石试块等的气体冲击室内试验和因冲击受损情况检测作业的需要。且该发明所述的试验系统及方法：一方面可进行高压气体冲击技术的室内装置操作，实现相关模拟试验定量化的试验研究，并使室内气体冲击试验接近于现场实际情况，从而为现场施工操作提供相对安全、有效的指导和参考；另一方面可有效地实现对不同材料试块在不同温湿度、震荡环境下的仿真试验，减小当前检测作业的结果与实际工作情况之间存在的差异，提高检测结果精度，提高检测样本的数据获取效率，丰富数据类别，尤其对于随时间变化的气体冲击动荷载作用及不同温湿度、震荡等环境下的多类数据。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为试验腔结构示意图；

图3为本发明试验方法流程图；

图4为PVDF传感器所采集的压力时程曲线图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

如图1和图2所示一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，包括承载机架1、隔板2、承载龙骨3、空气压缩机4、气体增压泵5、高压储气釜6、高压气管7、气压表8、控制开关9、电磁阀10、PVDF传感器11、试验腔12及控制系统13。其中承载机架1为轴线与水平面垂直分布的柱状框架结构，隔板2至少两个，嵌于承载机架1内与承载机架1同轴分布，且隔板2沿承载机架1自上而下分布并将承载机架1自上而下分割为至少一个作业腔101和一个控制室102。空气压缩机4、气体增压泵5及控制系统13均位于控制室102内，其中空气压缩机4通过导流管与气体增压泵5进气端连通，气体增压泵5排气端通过导流管与高压储气釜6连通，且气体增压泵5进气端和出气端均通过控制开关9相互连通，导流管与控制开关9连接位置处分别设一个气压表8。高压储气釜6至少一个，与承载机架1外表面连接并通过导气管分别与气体增压泵5、高压气管7连通。高压气管7与试验腔12数量一致，每个试验腔12上端面均与一条高压气管7连通并同轴分布，高压气管7通过承载龙骨3与承载机架1连接，其前端面嵌于试验腔12内并与试验腔12相互连通并同轴分布，后端面通过电磁阀10与高压储气釜6相互连通。PVDF传感器11数量与试验腔12数量一致，且每个试验腔12内均设至少一个PVDF传感器11。试验腔12位于作业腔101内，且每个作业腔101内均设至少一个试验腔12且各试验腔12间相互并联。承载龙骨3为与作业腔101同轴分布的框架结构，嵌于作业腔101顶部并与作业腔101同轴分布。控制系统13分别与空气压缩机4、气体增压泵5、气压表8、控制开关9、PVDF传感器11、试验腔12、电磁阀10电气连接。

其中，所述的承载机架1与隔板2和高压储气釜6间通过滑轨14滑动连接，隔板2上端面与试验腔12底部通过滑轨14滑动连接；所述承载龙骨3与承载机架1侧壁内表面通过滑轨14滑动连接，且承载龙骨3的上端面与试验腔12的上端面间间距为0—50厘米。

重点说明的，所述的试验腔12包括承载壳121、弹性防护衬层122、混凝土试样块123、定位夹具124、测振探头98及监控摄像头125。其中所述承载壳121为密闭腔体结构，其上端面设透孔126并通过透孔126与高压气管7连接，所述弹性防护衬层122包覆在承载壳121内表面且厚度不小于5毫米。所述混凝土试样块123嵌于承载壳121内，与承载壳121同轴分布并通过定位夹具124与承载壳121连接，所述混凝土试样块123外表面与弹性防护衬层122之间间距不小于10毫米。混凝土试样块123上端面设试验预留孔127，所述试验预留孔127与混凝土试样块123同轴分布，深度为混凝土试样块123高度的1/4—3/4，孔壁与混凝土试样块123外侧面间间距不小于10毫米。所述高压气管7前端面嵌于试验预留孔127内并与试验预留孔127同轴分布，且试验预留孔127孔径为高压气管7外径的1—2.5倍，高压气管7下端面与试验预留孔127孔底间间距不大于试验预留孔127高度的1/2。所述试验预留孔127孔壁设至少三个PVDF传感器11，各PVDF传感器11环绕试验预留孔127轴线自上而下均布，并分别位于试验预留孔127孔壁的孔口位置、中间位置及底部。所述测振探头98嵌固在定位夹具124和承载壳121底部内侧面且两部位至少各一个，并与配套的测振仪电气连接，其中位于承载壳121底部内侧面的测振探头被弹性防护衬层122包覆，而位于定位夹具124处的测振探头裸露部分设有弹性防护。所述监控摄像头125至少一个，位于承载壳121内并与承载壳121顶部下端面连接，监控摄像头125光轴与承载壳121轴线相交并呈15°—90°夹角，所述监控摄像头125和PVDF传感器11均与控制系统13电气连接。

进一步优化的，所述的试验预留孔127上端面与高压气管7外表面间通过密封材料15相互连接并构成密闭腔体结构，且位于试验预留孔127内的高压气管7侧表面均布若干孔径为1—3毫米的射流孔16。

进一步优化的，所述的承载壳121侧壁内表面设温湿度传感器17、电加热装置18，其中电加热装置18至少两个，环绕承载壳121轴线均布，承载壳121外表面设至少两个震荡机构19，且各震荡机构19环绕承载壳121轴线均布，所述温湿度传感器17、电加热装置18及震荡机构19均与控制系统13电气连接。

与此同时，所述的高压储气釜6包括储气罐61、气体干燥过滤装置62、半导体制冷机构63、电加热丝64及温湿度传感器17。所述储气罐61为密闭腔体结构，其上端面和下端面分别设进气口65和至少一个出气口66；所述进气口65和出气口66分别与一个气体干燥过滤装置62连通，且气体干燥过滤装置62分别与储气罐61外表面连接。所述电加热丝64至少一条，环绕储气罐61轴线呈螺旋状结构分布并与储气罐61侧壁内表面连接。所述温湿度传感器17共两个，嵌于储气罐61内并分别位于进气口65和出气口66位置处。所述半导体制冷机构63至少一个，嵌于储气罐61侧壁，且半导体制冷机构63的制冷端通过换热板67与储气罐61内部连通，散热端位于储气罐61外。所述换热板67嵌于储气罐61侧壁内表面，且换热板67面积为储气罐61侧壁内表面面积的10%—80%。所述气体干燥过滤装置62、半导体制冷机构63、电加热丝64及温湿度传感器17均与控制系统13电气连接。

同时，所述的高压气管7前端面设射流口20，并通过射流口20与试验腔12连通；所述空气压缩机4、气体增压泵5、高压储气釜6、高压气管7处均设一个气压传感器21，且所述气压传感器21均与控制系统13电气连接。

本实施例中，所述的控制系统13为基于可编程控制器、工业计算机及物联网控制器中的任意一种为基础的电路系统。

如图3所述，一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统的试验方法，包括如下步骤：

S1，设备装配，根据需要，先对承载机架、隔板、承载龙骨进行组装连接，并通过隔板将承载机架分割至少一个作业腔；再将空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管、气压表、控制开关、电磁阀、PVDF传感器、控制系统及各试验腔进行组装；其中在进行组装试验腔时，根据检测需要，将相应的混凝土试样块分别嵌入到相互独立的试验腔的承载壳内并与高压气管连通。

S2， 实验预制，完成S1步骤后，先通过空气压缩机对外部空气进行增压并输送至气体增压泵处，再由气体增压泵对气体进行二次增压，并将二次增压后的高压气体输送至高压储气釜进行缓存备用。其中气体在高压储气釜进行缓存时，首先通过高压储气釜的气体干燥过滤装置进行干燥及对气体中粉尘等污染物进行净化，净化后的气体再保存在储气罐内，并通过温湿度传感器对储气罐内气体温度和湿度进行检测；然后根据检测结果由半导体制冷机构、电加热丝对储气罐内气体进行调温，满足后续试验作业要求。

S3，气体冲击实验，完成S2步骤后，首先根据各试验腔内混凝土试样块结构、强度与材料类型，按各自的实验需要对冲击实验时初始气流压力、初始流速、通放气体流量、通放气体时间进行各自的设定，同时通过试验腔的电加热装置使冲击试验时的试验温度环境对混凝土试样实际使用中的温度环境进行模仿；通过震荡机构对混凝土试样实际使用中震荡环境进行模仿。然后按各自的实验需要通过各自的电磁阀分别对高压储气釜输送到相应试验腔内气流的初始气压、初始流速、通放流量、通放时间进行各自的设定；随后通放高压储气釜内气流至电磁阀且达到设定参数值后开始对试验腔内混凝土试样块进行气流冲击实验，并在气流对混凝土试样块进行冲击作业时，一方面通过混凝土试样块试验预留孔孔壁内各PVDF传感器对气流冲击作业时的混凝土试样块受力参数变化情况进行连续采集；另一方面通过监控摄像头对混凝土试样在高压气体冲击下裂痕发展情况进行视频监控。最后将PVDF传感器和监控摄像头采集的数据发送至控制系统中。

S4，数据分析，首先对不同的试验腔进行各自的数据统计，包括时间、气压值、PVDF传感器检测压力值、流速值、流量值、温度值、湿度值、震动要素（加速度、速度）等。然后对不同的试验腔构建各自的统计坐标系，比如以时间、压力值、流速值、流量值等的二维或三维统计坐标系。最后考虑试验需求，基于不同的试验腔各自的温度、湿度、震动要素（加速度、速度）等作业环境，分别将各自对应的需求数据带入到相应的统计坐标系进行数据分析，即可得到混凝土试样在不同气流冲击作用及不同温湿度和震荡环境下的检测数据。

值得注意的，所述的S1步骤中，气体增压泵二次增压后，高压气体压力值为空气压缩机增压后气体压力的80—150倍；高压储气釜内气体压力为气体增压泵二次增压后气体压力的1.0—5.5倍，且高压储气釜总储气量为各试验腔试验作业总用气量的1.5—3.5倍。

此外，需要说明的，本发明在不开启震荡机构直接进行气体冲击作业时，可由测振探头及与其连接的测振仪测试气体冲击试块产生的震动；不进行气体冲击样本试块时，试验腔内的震荡环境在开启震荡机构后可由测振探头及与其连接的测振仪测试检测；震荡机构开启并进行气体冲击作业时，可由测振探头及与其连接的测振仪测试二者综合作用下产生的震动。

重点说明的，在利用本发明进行气体冲击作业中，一方面通过各自的电磁阀可控制有压气体的初始压力、初始流速、通放流量和通放时间，所以该系统装置可实现不同的初始气压、初始气体流速、通放气体流量和通放气体时间下的冲击试块试验；并且若气源动力持续供应，还可实现一定时间内在恒定初始气压和流速下对试块的冲击模拟试验。另一方面通过高压储气釜的半导体制冷机构、电加热丝对冲击试验气流温度进行调节，通过试验腔的电加热装置和震荡机构，对待检测的试样温度和对现场的震荡环境进行模拟仿真，从而达到对现场爆破作业环境进行精确模拟仿真的目的，提高检测结果对现场施工指导的精度。

与此同时，在试验过程中，当试样因高压气流冲击碎裂飞溅时，可通过试验腔内表面的弹性防护衬层对飞溅的碎屑动能进行卸载，防止飞溅碎屑造成的试验腔结构受损情况发生，从而提高了本发明设备的抗故障能力和试验作业安全性。

本发明环境适应能力及通用性好，可有效满足多种材料类型混凝土块、预制砌块、岩石试块等的气体冲击室内试验和因冲击受损情况检测作业的需要。且该发明所述的试验系统及方法：一方面可进行高压气体冲击技术的室内装置操作，实现相关模拟试验定量化的试验研究，并使室内气体冲击试验接近于现场实际情况，从而为现场施工操作提供相对安全、有效的指导和参考；另一方面可有效地实现对不同材料试块在不同温湿度、震荡环境下的仿真试验，减小室内检测作业与实际工作情况之间存在的差异，提高检测结果精度和检测样本的数据获取效率，丰富数据类别，尤其对于随时间变化的气体冲击动荷载作用及不同温湿度、震荡等环境下的多类数据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的气体冲击混凝土试块的室内试验系统包括承载机架、隔板、承载龙骨、空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管、气压表、控制开关、电磁阀、PVDF传感器、试验腔及控制系统，其中所述承载机架为轴线与水平面垂直分布的柱状框架结构，所述隔板至少两个，嵌于承载机架内与承载机架同轴分布，且所述隔板沿承载机架自上而下分布并将承载机架自上而下分割为至少一个作业腔和一个控制室；所述空气压缩机、气体增压泵及控制系统均位于控制室内，其中所述空气压缩机通过导流管与气体增压泵进气端连通，气体增压泵排气端通过导流管与高压储气釜连通，且所述气体增压泵进气端和出气端均通过控制开关相互连通，导流管与控制开关连接位置处分别设一个气压表；所述高压储气釜至少一个，与承载机架外表面连接并通过导气管分别与气体增压泵、高压气管连通，所述高压气管与试验腔数量一致，每个试验腔上端面均与一条高压气管连通并同轴分布；所述高压气管通过承载龙骨与承载机架连接，其前端面嵌于试验腔内并与试验腔相互连通并同轴分布，后端面通过电磁阀与高压储气釜相互连通，所述PVDF传感器数量与试验腔数量一致，且每个试验腔内均设至少一个PVDF传感器，所述试验腔位于作业腔内，且每个作业腔内均设至少一个试验腔且各试验腔间相互并联，所述承载龙骨为与作业腔同轴分布的框架结构，嵌于作业腔顶部并与作业腔同轴分布，所述控制系统分别与空气压缩机、气体增压泵、气压表、控制开关、PVDF传感器、试验腔、电磁阀电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的承载机架与隔板和高压储气釜间通过滑轨滑动连接，隔板上端面与试验腔底部通过滑轨滑动连接；所述承载龙骨与承载机架侧壁内表面通过滑轨滑动连接，且承载龙骨的上端面与试验腔的上端面间间距为0—50厘米。

3.根据权利要求1所述的一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的试验腔包括承载壳、弹性防护衬层、混凝土试样块、定位夹具、测振探头及监控摄像头，其中所述承载壳为密闭腔体结构，其上端面设透孔并通过透孔与高压气管连接；所述弹性防护衬层包覆在承载壳内表面且厚度不小于5毫米，所述混凝土试样块嵌于承载壳内，与承载壳同轴分布并通过定位夹具与承载壳连接；所述混凝土试样块外表面与弹性防护衬层之间间距不小于10毫米，混凝土试样块上端面设试验预留孔；所述试验预留孔与混凝土试样块同轴分布，深度为混凝土试样块高度的1/4—3/4，孔壁与混凝土试样块外侧面间间距不小于10毫米；所述高压气管前端面嵌于试验预留孔内并与试验预留孔同轴分布，且试验预留孔孔径为高压气管外径的1—2.5倍，高压气管下端面与试验预留孔孔底间间距不大于试验预留孔高度的1/2；所述试验预留孔孔壁设至少三个PVDF传感器，各PVDF传感器环绕试验预留孔轴线自上而下均布，并分别位于试验预留孔孔壁的孔口位置、中间位置及底部；所述测振探头嵌固在定位夹具和承载壳底部内侧面且两部位至少各一个，并与配套的测振仪电气连接，其中位于承载壳底部内侧面的测振探头被弹性防护衬层包覆，而位于定位夹具处的测振探头裸露部分设有弹性防护；所述监控摄像头至少一个，位于承载壳内并与承载壳顶部下端面连接，监控摄像头光轴与承载壳轴线相交并呈15°—90°夹角，所述监控摄像头和PVDF传感器均与控制系统电气连接。

4.根据权利要求3所述的一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的试验预留孔上端面与高压气管外表面间通过密封材料相互连接并构成密闭腔体结构，且位于试验预留孔内的高压气管侧表面均布若干孔径为1—3毫米的射流孔。

5.根据权利要求3所述的一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的承载壳侧壁内表面设温湿度传感器、电加热装置，其中电加热装置至少两个，环绕承载壳轴线均布，承载壳外表面设至少两个震荡机构，且各震荡机构环绕承载壳轴线均布，所述温湿度传感器、电加热装置及震荡机构均与控制系统电气连接。

6.根据权利要求1所述的一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的高压储气釜包括储气罐、气体干燥过滤装置、半导体制冷机构、电加热丝及温湿度传感器，所述储气罐为密闭腔体结构，其上端面和下端面分别设进气口和至少一个出气口，所述进气口和出气口分别与一个气体干燥过滤装置连通，且气体干燥过滤装置分别与储气罐外表面连接，所述电加热丝至少一条，环绕储气罐轴线呈螺旋状结构分布并与储气罐侧壁内表面连接，所述温湿度传感器共两个，嵌于储气罐内并分别位于进气口和出气口位置处，所述半导体制冷机构至少一个，嵌于储气罐侧壁，且半导体制冷机构的制冷端通过换热板与储气罐内部连通，散热端位于储气罐外，所述换热板嵌于储气罐侧壁内表面，且换热板面积为储气罐侧壁内表面面积的10%—80%，所述气体干燥过滤装置、半导体制冷机构、电加热丝及温湿度传感器均与控制系统电气连接。

7.根据权利要求1所述的一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的高压气管前端面设射流口，并通过射流口与试验腔连通；所述空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管处均设一个气压传感器，且所述气压传感器均与控制系统电气连接。

8.根据权利要求1所述的一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的控制系统为基于可编程控制器、工业计算机及物联网控制器中的任意一种为基础的电路系统。

9.一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统的试验方法，其特征在于，所述气体冲击混凝土试块的室内试验系统的试验方法包括如下步骤：

S1，设备装配，根据需要，先对承载机架、隔板、承载龙骨进行组装连接，并通过隔板将承载机架分割至少一个作业腔，再将空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管、气压表、控制开关、电磁阀、PVDF传感器、控制系统及各试验腔进行组装，其中在进行组装试验腔时，根据检测需要，将相应的混凝土试样块分别嵌入到相互独立的试验腔的承载壳内并与高压气管连通；

S2， 实验预制，完成S1步骤后，先通过空气压缩机对外部空气进行增压并输送至气体增压泵处，再由气体增压泵对气体进行二次增压，并将二次增压后的高压气体输送至高压储气釜进行缓存备用；其中气体在高压储气釜进行缓存时，首先通过高压储气釜的气体干燥过滤装置进行干燥及对气体中粉尘等污染物进行净化，净化后的气体再保存在储气罐内，并通过温湿度传感器对储气罐内气体温度和湿度进行检测；然后根据检测结果由半导体制冷机构、电加热丝对储气罐内气体进行调温，满足后续试验作业要求；

S3，气体冲击实验，完成S2步骤后，首先根据各试验腔内混凝土试样块结构、强度与材料类型，按各自的实验需要对冲击实验时初始气流压力、初始流速、通放气体流量、通放气体时间进行各自的设定，同时通过试验腔的电加热装置使冲击试验时的试验温度环境对混凝土试样实际使用中的温度环境进行模仿，通过震荡机构对混凝土试样实际使用中震荡环境进行模仿；然后按各自的实验需要通过各自的电磁阀分别对高压储气釜输送到相应试验腔内气流的初始气压、初始流速、通放流量、通放时间进行各自的设定，随后通放高压储气釜内气流至电磁阀且达到设定参数值后开始对试验腔内混凝土试样块进行气流冲击实验，并在气流对混凝土试样块进行冲击作业时，一方面通过混凝土试样块试验预留孔孔壁内各PVDF传感器对气流冲击作业时的混凝土试样块受力参数变化情况进行连续采集，另一方面通过监控摄像头对混凝土试样在高压气体冲击下裂痕发展情况进行视频监控；最后将PVDF传感器和监控摄像头采集的数据发送至控制系统中；

S4，数据分析，首先对不同的试验腔进行各自的数据统计，包括时间、气压值、PVDF传感器检测压力值、流速值、流量值、温度值、湿度值、震动要素（加速度、速度）；然后对不同的试验腔构建各自的统计坐标系，比如以时间、压力值、流速值、流量值等的二维或三维统计坐标系；最后考虑试验需求，基于不同的试验腔各自的温度、湿度、震动要素（加速度、速度）等作业环境，分别将各自对应的需求数据带入到相应的统计坐标系进行数据分析，即可得到混凝土试样在不同气流冲击作用及不同温湿度和震荡环境下的检测数据。

10.根据权利要求9所述的一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统，其特征在于，所述的S1步骤中，气体增压泵二次增压后，高压气体压力值为空气压缩机增压后气体压力的80—150倍；高压储气釜内气体压力为气体增压泵二次增压后气体压力的1.0—5.5倍，且高压储气釜总储气量为各试验腔试验作业总用气量的1.5—3.5倍。

Images