CN113138614B - 一种恒定混凝土约束应力设备环境温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种恒定混凝土约束应力设备环境温度的方法，即根据混凝土约束应力设备的大小，设计一环境箱，将混凝土约束应力设备内置在环境箱内；在环境箱内设置有温控系统，使环境箱内的温度保持恒定；所述环境箱内的温度保持在20℃。所述温控系统包括水冷系统和风冷系统。由于本发明通过控制环境箱内的温度，使环境箱内的温度保持恒定，从而达到消除试验设备因所处环境温度的变化而产生测量误差的问题，极大地提高混凝土约束应力设备变形数据测量的准确性。同时，由于本发明对试验设备的温度控制空间范围缩小至试验设备的三维空间，与传统的实验室整体控温控制相比更为可靠，实现度和精度更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种使实验室内混凝土约束应力设备环境温度恒定的方法。
背景技术
由于大体积混凝土结构的断面较厚，混凝土浇筑后其内部快速水化反应产生的热量无法及时散失，导致大体积混凝土结构内部温度升高。当其内部混凝土温升达到峰值后，其内部温度与外界环境的温差出现缓慢下降的过程，由于此时混凝土的弹性模量较初期更高，且徐变能力更弱，故，大体积混凝土结构在晚龄期阶段会因约束产生拉应力，一旦拉应力超过相应龄期的抗拉强度，大体积混凝土结构便会产生温度裂缝。大量温度裂缝的产生将直接对大体积混凝土结构的整体性、耐久性和安全性产生影响！
大体积混凝土温度抗裂研究一直是工程界和学术界关注的焦点。当前实验室内已有部分混凝土约束应力设备可以模拟大体积混凝土结构(例如大坝)的开裂历程，其基本原理是：通过应变计实时测量混凝土试件的变形，根据混凝土试件在不同温度历程下的变形，通过电机推、拉动作模拟混凝土试件因约束产生的拉应力，对混凝土试件实施完全或部分变形约束。
当前实验室通过混凝土约束应力设备测量混凝土试件约束应力及混凝土变形时，存在一致命问题，即：因环境温度的影响，测量值不准确，导致依据该测量值计算的混凝土约束应力不准确。由于大体积混凝土结构的断面很厚，可达数十米，导致混凝土温降的历程非常缓慢，大多维持在0.3～0.5℃/天，因此，在模拟大体积混凝土结构温降的试验过程中，需要十分精确的捕捉大体积混凝土结构在上述温降过程中产生的变形。然后，在实际试验过程中，由于测量周期长，对于搁置于某一实验室内的试验机，其所处的环境温度如果不能精准控制，便会导致变形传感器测出的变形耦合出大量由于试验环境温度变化而产生的变形，导致变形传感器测出的数据含有大量误差，严重影响试验精度！
而环境温度对试验数据的影响在已有的混凝土约束应力试验设备中都没有考虑，因此，试验结果的准确性及精度大大下降。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种使实验室内混凝土约束应力设备环境温度恒定的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种恒定混凝土约束应力设备环境温度的方法，其特征在于，根据混凝土约束应力设备的大小，设计一环境箱，将混凝土约束应力设备内置在环境箱内；在环境箱内设置有温控系统，使环境箱内的温度保持恒定；
所述环境箱由金属框架和安装固定在金属框架前、后、左、右、顶面的防火保温板构成；金属框架的形状、尺寸依混凝土约束应力设备的形状、三维尺寸而确定；所述环境箱内的温度保持在20℃；
所述温控系统包括水冷系统和风冷系统；
所述水冷系统包括设置在所述环境箱内的若干个喷头；所述风冷系统包括设置在所述喷头旁的风扇；
所述风扇的风速与所述喷头喷水量之间的关系为：
式中，vi是喷头处风速，Ti是喷头处实测的温度数据；li是喷头距离混凝土试件的距离；Qi是喷头的喷射量。
在本发明较佳实施例中，所述水冷系统包括布设在所述环境箱金属框架上的冷却水管，在冷却水管上间隔地安装有喷头，在每个喷头旁安装有一温度传感器，及控制器；
所述温度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连，控制器喷水量控制信号输出端通过导线与控制所述喷头喷水量的电磁阀相连，通过控制所述电磁阀的打开角度控制所述喷头的喷水量。
在本发明较佳实施例中，所述风冷系统包括若干个小型风扇和控制器；
所述风扇安装在所述喷头旁，
所述控制器的风速控制信号输出端通过导线与所述风扇风速控制端相连，控制风扇的转速。
本发明可以完全消除试验设备因所处环境温度的变化而产生的测量误差，极大地提高混凝土约束应力设备变形数据测量的准确性；同时，对试验设备的温度控制空间范围缩小至试验设备的三维空间，与传统的实验室整体控温相比无疑更为可靠，实现度和精度更高。
附图说明
图1是本发明恒定试验设备环境温度的方法流程图；
图2是采用传统温控方式和本发明提供的方法获取的变形传感器温度变化数据曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。
为实现恒定实验室内混凝土约束应力设备所处环境温度的目的，本发明的方法是：根据混凝土约束应力设备的大小，设计一环境箱，将混凝土约束应力设备内置在环境箱内；在环境箱内设置有温控系统，使环境箱内的温度保持恒定。
由于本发明通过控制环境箱内的温度，使环境箱内的温度保持恒定，从而达到消除试验设备因所处环境温度的变化而产生测量误差的问题，极大地提高混凝土约束应力设备变形数据测量的准确性。同时，由于本发明对试验设备的温度控制空间范围缩小至试验设备的三维空间，与传统的实验室整体控温控制相比更为可靠，实现度和精度更高。
所述环境箱由金属框架和安装固定在金属框架前、后、左、右、顶面的防火保温板构成。金属框架的形状、尺寸依混凝土约束应力设备的形状、三维尺寸而确定。
混凝土试件浇筑完成后，将所述环境箱盖住整个混凝土约束应力设备。
大体积混凝土自浇筑初期开始，因其内部的水化反应而产生大量热量，这部分热量散发到环境箱内，势必使混凝土约束应力设备的环境温度发生变化，进而影响混凝土约束应力设备的测量精度，故，本发明在环境箱内设置有温控系统，通过温控系统使环境箱内的温度保持恒定。
所述温控系统包括水冷系统和风冷系统。
在实践过程中，人们发现水冷是大体积混凝土结构温控防裂的最佳方法，故，本发明在环境箱金属框架上布设有冷却水管，在冷却水管上间隔地安装有喷头，向环境箱内喷淋，降低环境箱内的温度。
为控制每个喷头的喷水量，本发明在每个喷头旁安装有一温度传感器，温度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连，控制器喷水量控制信号输出端通过导线与控制喷头喷水量的电磁阀相连，通过控制电磁阀的打开角度控制喷头的喷水量。
同时，本发明在每个喷头旁还安装有一小型风扇，所述控制器的风速控制信号输出端通过导线与风扇风速控制端相连，控制风扇的转速。
参考国家标准—GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准，本发明环境箱内的温度控制在20℃±2℃内。
为使环境箱内的温度保持在20℃±2℃内，本发明通过控制器控制每个喷头的喷水量，以及安装在每个喷头处的小型风扇的风速，加快喷头处空气的流动。每个喷头处安装的小型风扇的风速与喷头喷水量之间的关系为：
式中，vi是喷头处风速，Ti是喷头处实测的温度数据；li是喷头距离混凝土试件的距离；Qi是喷头的喷射量。
图2是采用传统温控方式和本发明提供的方法获取的变形传感器温度变化数据曲线，可以看出，传统试验方式测量出的变形传感器温度变化量可达6～7℃/天，完全掩盖了混凝土本身0.5℃/天的变形量；而采用本发明提供的方法使混凝土约束应力设备的环境温度恒定在20℃，获得的变形传感器温度变化仅有0.05℃，可以准确地捕捉到大体积混凝土结构在温降过程中产生的变形，效果明显，极大地提高了试验设备用于大体积混凝土约束应力测量的精准度，试验结果更具说服力！
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种恒定混凝土约束应力设备环境温度的方法，其特征在于，根据混凝土约束应力设备的大小，设计一环境箱，将混凝土约束应力设备内置在环境箱内；在环境箱内设置有温控系统，使环境箱内的温度保持恒定；所述环境箱内的温度保持在20℃；
所述环境箱由金属框架和安装固定在金属框架前、后、左、右、顶面的防火保温板构成；金属框架的形状、尺寸依混凝土约束应力设备的形状、三维尺寸而确定；
所述温控系统包括水冷系统和风冷系统；
所述水冷系统包括设置在所述环境箱内的若干个喷头；所述风冷系统包括设置在所述喷头旁的风扇；
所述风扇的风速与所述喷头喷水量之间的关系为：
式中，vi是喷头处风扇的风速，其下标i表示风扇的编号；Ti是喷头处实测的温度数据，其下标i表示喷头的编号；li是喷头距离混凝土试件的距离；Qi是喷头的喷水量。
2.根据权利要求1所述的恒定混凝土约束应力设备环境温度的方法，其特征在于，所述水冷系统包括布设在所述环境箱金属框架上的冷却水管，在冷却水管上间隔地安装有喷头，在每个喷头旁安装有一温度传感器，及控制器；
所述温度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连，控制器喷水量控制信号输出端通过导线与控制所述喷头喷水量的电磁阀相连，通过控制所述电磁阀的打开角度控制所述喷头的喷水量。
3.根据权利要求2所述的恒定混凝土约束应力设备环境温度的方法，其特征在于，所述风冷系统包括若干个风扇和控制器；
所述风扇安装在所述喷头旁，所述风扇为小型风扇；
所述控制器的风速控制信号输出端通过导线与所述风扇风速控制端相连，控制风扇的转速。
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