CN111413179A - 一种混凝土裂缝控制装置及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种混凝土裂缝控制装置及其控制系统，包括：长条螺杆；通过所述长条螺杆连接，用于夹持混凝土试样，并对所述混凝土试样施加预紧力的第一夹持组件和第二夹持组件；所述第一夹持组件和所述第二夹持组件均包括平衡钢网和缠绕固定在所述平衡钢网上的弹簧模组。本发明通过第一夹持组件和第二夹持组件上的弹簧模组对混凝土试样提供具有缓冲性质的弹性预紧力，在裂缝制造过程中可以减少对混凝土试样的破坏，在裂缝制造结束后可对裂缝宽度进行回调，严格控制裂缝开裂程度，降低裂缝宽度和渗透流量的变异性，无需改变混凝土配比，裂缝宽度调整精度高，可操作性强，能为得到更精确的实验结果提供保障。

Description

一种混凝土裂缝控制装置及其控制系统

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种混凝土裂缝控制装置及其控制系统。

背景技术

混凝土不可避免地会因为早期振捣不充分和浇筑不合理亦或是使用期间外界的压力作用导致微观裂缝的生成。微观裂缝的产生不仅会加剧外界环境的腐蚀物质如氯离子等的侵入速度，对混凝土内部钢筋造成侵蚀破坏，降低其耐久性和使用寿命，而且微观裂缝发生扩展和延伸形成宏观裂缝，会造成坍塌等严重事故。针对混凝土的这一问题，提出了自修复混凝土的概念，当混凝土由于自身干缩或外力等因素产生微观裂缝，预先掺入混凝土的修复剂会迅速反应填补裂缝，防止有害物质的入侵和微观裂缝的进一步扩展。

目前，实验室中大多数研究员会人为地通过压力试验机对混凝土试件制造初始微观裂缝，之后普遍以裂缝面积和渗透性恢复这两个直观的指标衡量预先掺入修复剂的混凝土的自修复能力。研究表明，当一组混凝土试件的微观裂缝内部粗糙度一致时，微观裂缝的开裂程度的变异系数的改变会导致这组混凝土试件的渗透流量值的变异系数的改变增加3倍。因此必须严格控制人为制造地混凝土试件的微观裂缝的开裂程度以减小对裂缝面积和渗透流量恢复两个实验指标的影响，以保证实验结果的准确性和可对比性。

现有对自修复混凝土人为制造地微观裂缝的开裂程度进行控制的方法主要包括两种，一种是掺入纤维或内嵌钢筋网格为开裂混凝土提供抗拉力，这种方法需要改变混凝土配比；另一种是通过外部钢箍约束开裂混凝土以达到对微观裂缝的宽度控制，但钢箍约束范围小，可操作性低，无法达到实验所需的精度。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种混凝土裂缝控制装置及其控制系统，旨在解决现有通过掺入纤维或内嵌钢筋网格控制人为制造地裂缝的开裂程度，需要改变混凝土配比；而通过外部钢箍约束开裂混凝土以达到对微观裂缝的宽度控制，钢箍约束范围小，可操作性低，无法达到实验所需的精度的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种混凝土裂缝控制装置，其中，包括：长条螺杆；通过所述长条螺杆连接，用于夹持混凝土试样，并对所述混凝土试样施加预紧力的第一夹持组件和第二夹持组件；

所述第一夹持组件和所述第二夹持组件均包括平衡钢网和缠绕固定在所述平衡钢网上的弹簧模组。

所述的混凝土裂缝控制装置，其中，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件还均包括与所述平衡钢网连接的内部支撑板和圆弧形支撑板，以及与所述内部支撑板和所述圆弧形支撑板连接的侧面支撑板。

所述的混凝土裂缝控制装置，其中，所述侧面支撑板上设置有滑动卡槽；所述圆弧形支撑板上设置有与所述滑动卡槽相匹配的滑动凹槽。

所述的混凝土裂缝控制装置，其中，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件还均包括与所述内部支撑板连接的外部支撑板，以及与所述外部支撑板连接的长方体钢模具。

所述的混凝土裂缝控制装置，其中，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件还均包括转动轴承；所述外部支撑板和所述长方体钢模具通过所述转动轴承转动连接。

所述的混凝土裂缝控制装置，其中，所述长方体钢模具对称设置为四个；所述长方体钢模具上设置有长条螺杆连接孔和第一螺栓连接孔。

所述的混凝土裂缝控制装置，其中，所述外部支撑板上设置有第二螺栓连接孔和凸起部；所述凸起部上设置有第三螺栓连接孔；当所述长方体钢模具绕所述转动轴承沿顺时针或逆时针转动到终点时，所述第一螺栓连接孔与所述第二螺栓连接孔或所述第三螺栓连接孔在同一直线上。

所述的混凝土裂缝控制装置，其中，所述第二夹持组件的外部支撑板上设置有圆饼形凹槽。

一种混凝土裂缝控制系统，包括压力试验机，其中，还包括所述的混凝土裂缝控制装置。

所述的混凝土裂缝控制系统，其中，还包括裂缝调节组件；

所述裂缝调节组件包括橡胶活塞；设置在所述橡胶活塞上的小直径圆筒和大直径圆筒；与所述大直径圆筒连接的螺旋顶盖；设置在所述螺旋顶盖上的加压进气口；设置在所述大直径圆筒上的泄压放气口；设置在所述加压进气口一端的气压表。

本发明的有益效果：本发明通过第一夹持组件和第二夹持组件中的弹簧模组对混凝土试样提供具有缓冲性质的弹性预紧力，在裂缝制造过程中可减少对混凝土试样的破坏，在裂缝制造结束后可对裂缝宽度进行回调，严格控制裂缝开裂程度，降低裂缝宽度和渗透流量的变异性，达到实验所需精度，保证实验结果的准确性和可对比性；与掺入纤维或内嵌钢筋网格控制混凝土裂缝宽度的方法相比，无需改变混凝土配比；与通过外部钢箍约束控制混凝土裂缝宽度的方法相比，裂缝宽度调整精度高，可操作性强，能为得到更精确的实验结果提供保障。

附图说明

图1是本发明实施例一中提供的一种混凝土裂缝控制装置中的长方体钢模具处于向内折叠状态时的结构示意图；

图2是本发明实施例一中提供的一种混凝土裂缝控制装置中的长方体钢模具处于向外折叠状态时的结构示意图；

图3是本发明实施例中一中提供的第一夹持组件和第二夹持组件的结构示意图；

图4是本发明实施例二中提供的一种混凝土裂缝控制系统进行裂缝制造时的结构示意图；

图5是本发明实施例二中提供的压力试验机上的底座的结构示意图；

图6是本发明实施例二中提供的一种混凝土裂缝控制系统进行裂缝宽度调节时的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于现有对自修复混凝土人为制造微观裂缝的开裂程度进行控制的方法主要包括两种，一种是掺入纤维或内嵌钢筋网格为开裂混凝土提供抗拉力，这种方法需要改变混凝土配比；另一种是通过外部钢箍约束开裂混凝土以达到对微观裂缝的宽度控制，但钢箍约束范围小，可操作性低，无法达到实验所需的精度。

基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。

实施例一

为了解决上述问题，本发明实施例一中提供了一种混凝土裂缝控制装置，如图1～图3所示，所述混凝土裂缝控制装置1包括：长条螺杆11；通过所述长条螺杆11连接，用于夹持混凝土试样2，并对所述混凝土试样2施加预紧力的第一夹持组件12和第二夹持组件13；所述第一夹持组件12和所述第二夹持组件13均包括平衡钢网121和缠绕固定在所述平衡钢网121上的弹簧模组122。当需要对混凝土试样2进行人为制造裂缝时，如图1所示，将混凝土试样2放置于第一夹持组件12和第二夹持组件13之间，并通过六角螺帽对长条螺杆11进行固定，然后对混凝土试样2施加压力制造裂缝，在裂缝制造结束后对混凝土裂缝控制装置施加挤压力可以调节混凝土试样2表面裂缝宽度。本发明通过第一夹持组件12和第二夹持组件13中的弹簧模组122对混凝土试样2提供具有缓冲性质的弹性预紧力，在裂缝制造过程中可减少对混凝土试样2的破坏，在裂缝制造结束后可对裂缝宽度进行回调，严格控制裂缝开裂程度，降低裂缝宽度和渗透流量的变异性，达到实验所需精度，保证实验结果的准确性和可对比性；与掺入纤维或内嵌钢筋网格控制混凝土裂缝宽度的方法相比，无需改变混凝土配比；与通过外部钢箍约束控制混凝土裂缝宽度的方法相比，裂缝宽度调整精度高，可操作性强，能为得到更精确的实验结果提供保障。

具体实施时，如图3所示，所述弹簧模组122为4×4高强压缩力弹簧模组，所述第一夹持组件12和所述第二夹持组件13还均包括与所述平衡钢网121连接的内部支撑板123和圆弧形支撑板124；与所述内部支撑板123和所述圆弧形支撑板124连接的侧面支撑板125。具体地，所述圆弧形支撑板124内填充有缓冲性质的泡沫塑料填充物，所述平衡钢网121包括第一平衡钢网1211和第二平衡钢网1212，所述第一平衡钢网1211与所述内部支撑板123连接，所述第二平衡钢网1212与所述圆弧形支撑板124连接。所述侧面支撑板125设置为两块，两块所述侧面支撑板125相对设置，所述侧面支撑板125的一侧与所述内部支撑板123焊接固定，所述侧面支撑板125与所述内部支撑板123相对的另一侧与所述圆弧形支撑板124连接。所述侧面支撑板125、所述内部支撑板123和所述圆弧形支撑板124相互连接后，组成侧面封闭的结构。所述第一夹持组件12和所述第二夹持组件13的一个侧面设置为圆弧形支撑板124可以使圆饼混凝土试样2与所述混凝土裂缝控制装置1紧密贴合，又不至于阻碍混凝土试样2与压力机的接触，影响混凝土试样2裂缝制造。

具体实施时，所述侧面支撑板125上设置有滑动卡槽1251，所述圆弧形支撑板124上设置有与所述滑动卡槽1251相匹配的滑动凹槽1241，所述侧面支撑板125和所述圆弧形支撑板124通过所述滑动卡槽1251和所述滑动凹槽1241滑动连接。在一具体实施例中，所述滑动卡槽1251为三角形滑动卡槽，所述滑动凹槽1241为三角形滑动凹槽，将混凝土试样2固定在第一夹持组件12和第二夹持组件13之间后，圆弧形支撑板124在弹簧模组122推力的作用下可以向靠近混凝土试样2的方向滑动，从而对混凝土试样2提供具有缓冲性质的弹性预紧力。

具体实施时，所述第一夹持组件12和所述第二夹持组件13还均包括与所述内部支撑板123连接的外部支撑板126，与所述外部支撑板126连接的长方体钢模具127，所述长方体钢模具127上设置有螺杆连接孔1271。具体地，所述外部支撑板126设置在所述内部支撑板123与所述圆弧形支撑板124相对的一面上，将混凝土试样2放置在第一夹持组件12和第二夹持组件13之间后，将长条螺杆11穿过第一夹持组件12和第二夹持组件13的长条螺杆连接孔1271上，并通过六角螺帽对长条螺杆11进行固定，从而将混凝土试样2固定在第一夹持组件12和第二夹持组件13之间。在此过程中，向混凝土试样2方向或者远离混凝土试样2方向移动六角螺帽可以调节弹簧模组122对混凝土试样2提供的预紧力的大小。

具体实施时，所述第一夹持组件12和所述第二夹持组件13还包括转动轴承128；所述转动轴承128设置在所述外部支撑板126与所述内部支撑板123垂直的边上；所述外部支撑板126和所述长方体钢模具127通过所述转动轴承128转动连接。具体实施时，将夹持有混凝土试样2的混凝土裂缝控制装置1放置于压力机之前，如图1所示，将长方体钢模具127向第一夹持组件12和第二夹持组件13的侧面旋转，即向内折叠长方体钢模具127，此时长条螺杆11也随长方体钢模具127向第一夹持组件12和第二夹持组件13的侧面旋转，避免长条螺杆11影响混凝土裂缝控制装置固定在压力机上。将夹持有混凝土试样2的混凝土裂缝控制装置从压力试验机上取下后，如图2所示，将长方体钢模具127向第一夹持组件12和第二夹持组件13的顶面或底面旋转，即向外折叠长方体钢模具127，此时长条螺杆11也随长方体钢模具127向第一夹持组件12和第二夹持组件13的顶面或底面旋转，从而呈现出混凝土试样2的完整裂缝形态以便后续更好的进行渗透性或裂缝观测实验。

进一步地，所述长方体钢模具127对称设置为四个；所述长方体钢模具127与所述圆弧形支撑板124相对的面上设置有长条螺杆连接孔1271；所述长方体钢模具127与所述侧面支撑板125相对的面上设置有第一螺栓连接孔1272。具体地，将混凝土试样2放置于第一夹持组件12和第二夹持组件13之间后，在所述螺杆连接孔1271的位置固定长条螺杆11，通过长条螺杆11和六角螺帽将第一夹持组件12、第二夹持组件13和混凝土试样14紧密固定，通过旋转长条螺杆11上的六角螺帽可以调节对混凝土试样2施加的初始预紧力的大小。

具体实施时，所述外部支撑板126上设置有第二螺栓连接孔1261；所述外部支撑板126上设置有凸起部129，所述凸起部129上设置有第三螺栓连接孔1291；当所述长方体钢模具127绕所述转动轴承128沿顺时针或逆时针旋转到终点时，所述第一螺栓连接孔1272与所述第二螺栓连接孔1261或所述第三螺栓连接孔1291在同一直线上。具体地，如图1所示，将长方体钢模具127向第一夹持组件12和第二夹持组件13的侧面旋转，使第一螺栓连接孔1272和第二螺栓连接孔1261在同一直线上，通过螺栓穿过第一螺栓连接孔1272和第二螺栓连接孔1261对长方体钢模具127进行固定；如图2所示，将长方体钢模具127向第一夹持组件12和第二夹持组件13的顶面或底面旋转，使第一螺栓连接孔1272和第三螺栓连接孔1291在同一直线上，通过螺栓穿过第一螺栓连接孔1272和第三螺栓连接孔1291对长方体钢模具127进行固定。

具体实施时，所述第二夹持组件13的外部支撑板126上还设置有圆饼形凹槽131，所述圆饼形凹槽131设置在所述外部支撑板126与所述内部支撑板123相对的面的中心位置。具体地，将夹持有混凝土试样2的混凝土裂缝控制装置1从压力机上取下后，将长方体钢模具127向第一夹持组件12和第二夹持组件13的顶面或底面旋转，即向外折叠长方体钢模具127，通过圆饼形凹槽131对混凝土裂缝控制装置1施加压力，进而通过第一夹持组件12和第二夹持组件13中的弹簧模组122为混凝土试样2提供预紧力，从而对混凝土试样2表面裂缝宽度进行调节。

实施例二

本发明实施例二中提供了一种混凝土裂缝控制系统，如图4和图5所示，所述系统包括压力试验机3和上述所述的混凝土裂缝控制装置1，所述压力试验机3上设置有用于固定所述混凝土裂缝控制装置的底座31，所述底座31设置在所述压力试验机3上压头正下方。将混凝土试样2固定在所述混凝土裂缝控制装置1上后，将混凝土裂缝控制装置1固定在底座31上，此时混凝土试样2位于所述压力试验机3上压头正下方，上压头开始以设置好的恒定速率向下挤压混凝土试样2，期间通过便携式的光学显微镜观察混凝土试样2上是否出现微观裂缝，一旦出现微观裂缝，则立刻停止压力试验机3工作，从而在混凝土试样2表面制造人为裂缝。本发明通过第一夹持组件12和第二夹持组件13中的弹簧模组122对混凝土试样2提供具有缓冲性质的弹性预紧力，在裂缝制造过程中可减少对混凝土试样2的破坏，严格控制裂缝开裂程度，降低裂缝宽度和渗透流量的变异性，达到实验所需精度，保证实验结果的准确性和可对比性。

具体实施时，由于混凝土试样2上一旦出现微观裂缝，便会立刻延伸形成肉眼可见的宏观裂缝，此时的混凝土试样2裂缝宽度过大，不适宜用于实验室研究。如图6所示，本发明所述混凝土裂缝控制系统还包括裂缝调节组件4，通过压力试验机3在混凝土试样2表面制造出裂缝后，进一步通过裂缝调节组件4对混凝土试样2表面的裂缝宽度进行调节，使混凝土试样2表面的裂缝宽度达到预设宽度值。具体地，所述裂缝调节组件4包括橡胶活塞41；设置在所述橡胶活塞41上的小直径圆筒42和大直径圆筒43；与所述大直径圆筒43连接的螺旋顶盖44；设置在所述螺旋顶盖44上的加压进气口45；设置在所述大直径圆筒43上的泄压放气口46；设置在所述加压进气口45一端的气压表47。通过压力试验机3在混凝土试样2表面制造裂缝后，将夹持有混凝土试样2的混凝土裂缝控制装置1从压力试验机3上取下，将长方体钢模具127向第一夹持组件12和第二夹持组件13的顶面或底面旋转，即向外折叠长方体钢模具127，将裂缝调节组件4与圆饼形凹槽131连接，通过加压进气口45以恒定速率将氮气输送到橡胶活塞41中，通过橡胶活塞41的移动挤压混凝土裂缝控制装置，进而通过第一夹持组件12和第二夹持组件13中的弹簧模组122为混凝土试样2提供预紧力，之后逐渐增大气压向混凝土试样2施加更大的预紧力以减小裂缝宽度，同时用便携式光学显微镜观察裂缝宽度变化，期间如果混凝土裂缝宽度小于预期值，则通过泄压放气口46释放部分氮气放松裂缝调节组件4对混凝土试样2的挤压，重复此过程直到混凝土试样2表面裂缝宽度达到预设值，最后转动长条螺杆11右侧上的4个六角螺帽相抵住相应的长方体钢模具127，撤去裂缝调节组件4。

应用例1：半径50mm×高50mm圆饼形混凝土试样裂缝控制

(1)将半径50mm×高50mm圆饼形混凝土试样养护至指定龄期后，放置于混凝土裂缝控制装置上，通过扭转长条螺杆上的六角螺帽为混凝土试样施加较小的初始预紧力；

(2)将夹持有混凝土试样的混凝土裂缝控制装置固定在压力试验机的底座上，通过控制压力试验机的操控盘将上压头压至混凝土试样表面，上压头开始以设置好的恒定的速率向下挤压混凝土试样，期间通过便携式光学显微镜观察混凝土试样上是否出现微观裂缝，一旦出现微观裂缝，便马上停止压力试验机工作；

(3)将装有混凝土试样的混凝土裂缝控制装置从压力试验机上取下，将长方体钢模具向第一夹持组件和第二夹持组件的顶面或底面旋转，即向外折叠长方体钢模具，将裂缝调节组件对准圆饼形凹槽，通过加压进气口向橡胶活塞中以恒定速率输送氮气，通过橡胶活塞的移动挤压混凝土裂缝控制装置，进而通过混凝土裂缝控制装置中的弹簧模组为混凝土试样提供预紧力，之后逐渐增大气压向混凝土试样施加更大的预紧力以减小裂缝宽度，同时用便携式光学显微镜观察裂缝宽度变化，期间如果混凝土裂缝宽度小于预期值，则通过泄压放气口释放部分氮气放松裂缝调节组件对混凝土试样的挤压，重复此过程直到混凝土试样表面裂缝宽度达到预设值，最后转动长条螺杆右侧上的个六角螺帽相抵住相应的长方体钢模具，撤去裂缝调节组件。

综上所述，本发明提供的一种混凝土裂缝控制装置及其控制系统，包括：长条螺杆；通过所述长条螺杆连接，用于夹持混凝土试样，并对所述混凝土试样施加预紧力的第一夹持组件和第二夹持组件；所述第一夹持组件和所述第二夹持组件均包括平衡钢网和缠绕固定在所述平衡钢网上的弹簧模组。本发明通过第一夹持组件和第二夹持组件中的弹簧模组对混凝土试样提供具有缓冲性质的弹性预紧力，在裂缝制造过程中可减少对混凝土试样的破坏，在裂缝制造结束后可对裂缝宽度进行回调，严格控制裂缝开裂程度，降低裂缝宽度和渗透流量的变异性，达到实验所需精度，保证实验结果的准确性和可对比性；与掺入纤维或内嵌钢筋网格控制混凝土裂缝宽度的方法相比，无需改变混凝土配比；与通过外部钢箍约束控制混凝土裂缝宽度的方法相比，裂缝宽度调整精度高，可操作性强，能为得到更精确的实验结果提供保障。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种混凝土裂缝控制装置，其特征在于，包括：长条螺杆；通过所述长条螺杆连接，用于夹持混凝土试样，并对所述混凝土试样施加预紧力的第一夹持组件和第二夹持组件；

所述第一夹持组件和所述第二夹持组件均包括平衡钢网和缠绕固定在所述平衡钢网上的弹簧模组。

2.根据权利要求1所述的混凝土裂缝控制装置，其特征在于，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件还均包括与所述平衡钢网连接的内部支撑板和圆弧形支撑板，以及与所述内部支撑板和所述圆弧形支撑板连接的侧面支撑板。

3.根据权利要求2所述的混凝土裂缝控制装置，其特征在于，所述侧面支撑板上设置有滑动卡槽；所述圆弧形支撑板上设置有与所述滑动卡槽相匹配的滑动凹槽。

4.根据权利要求3所述的混凝土裂缝控制装置，其特征在于，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件还均包括与所述内部支撑板连接的外部支撑板，以及与所述外部支撑板连接的长方体钢模具。

5.根据权利要求4所述的混凝土裂缝控制装置，其特征在于，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件还均包括转动轴承；所述外部支撑板和所述长方体钢模具通过所述转动轴承转动连接。

6.根据权利要求5所述的混凝土裂缝控制装置，其特征在于，所述长方体钢模具对称设置为四个；所述长方体钢模具上设置有长条螺杆连接孔和第一螺栓连接孔。

7.根据权利要求6所述的混凝土裂缝控制装置，其特征在于，所述外部支撑板上设置有第二螺栓连接孔和凸起部；所述凸起部上设置有第三螺栓连接孔；当所述长方体钢模具绕所述转动轴承沿顺时针或逆时针转动到终点时，所述第一螺栓连接孔与所述第二螺栓连接孔或所述第三螺栓连接孔在同一直线上。

8.根据权利要求4所述的混凝土裂缝控制装置，其特征在于，所述第二夹持组件的外部支撑板上设置有圆饼形凹槽。

9.一种混凝土裂缝控制系统，包括压力试验机，其特征在于，还包括如权利要求1～8任一项所述的混凝土裂缝控制装置。

10.根据权利要求9所述的混凝土裂缝控制系统，其特征在于，还包括裂缝调节组件；

所述裂缝调节组件包括橡胶活塞；设置在所述橡胶活塞上的小直径圆筒和大直径圆筒；与所述大直径圆筒连接的螺旋顶盖；设置在所述螺旋顶盖上的加压进气口；设置在所述大直径圆筒上的泄压放气口；设置在所述加压进气口一端的气压表。

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