CN113654927A - 一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木工程领域，特别涉及到了一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、计算净浆的热膨胀系数；步骤2、计算净浆自收缩；步骤3、计算混凝土自收缩；步骤4、混凝土温度变形模拟；步骤5、混凝土约束力预测；步骤6、混凝土抗开裂性能判定。在本发明中，该方法可以剥离骨料影响，通过浆体的试验情况间接判定混凝土的抗裂性能。且因为该方法使用不含有骨料的净浆进行试验，避免试验的时候受到骨料尺寸的限制，使用小型温度应力试验机试验也能获得混凝土抗开裂能力。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域，特别涉及到了一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法。
背景技术
现有技术方案是使用大型温度应力试验机，使用长度多为1m以上的混凝土试件进行试验。大型温度应力试验机的试验模式有两种，分别是自由变形和全约束模式。在自由变形模式下，试件的轴向应力始终保持在0.01MPa内，在早期膨胀或者之后的收缩阶段，当试件的应力达到设定的阈值±0.01MPa时，步进电机将会启动，强制试件发生位移，使之恢复到0应力水平。在全约束模式下，试件的变形始终保持在1μm以内，当试件发生自由变形，应力达到设定的阈值±1μm时，步进电机将会启动，强制试件发生位移，使试件保持原始长度。
试验采取半绝热养护模式，通过在试件中部、端部和气流循环室中放置温度传感器，以试件中部的温度传感器为主，试件端部和气流循环室中的温度传感器追踪试件中部传感器，当温度差超过设定值时，电脑程序控制加热棒和风机，对试件进行加热，并且通过气流循环，对试件整体进行加热，减少热量散失，使热量损失最小化。在试验之前使用预先铺设的塑料薄膜对试件进行密封，忽略干燥收缩的影响。
现有技术的客观缺点：1、早龄期混凝土的开裂是由浆体开裂导致，但是现有大型温度应力试验机无法剥离骨料影响，研究浆体的抗开裂性能。2、现有大型温度应力试验机需要多人协同操作，占地面积较大，单价较高。
发明内容
为了解决上述目的，本发明的首要目的在于提供一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，该方法可以剥离骨料影响，通过浆体的试验情况间接判定混凝土的抗裂性能。
本发明的另一个目的在于提供一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，该方法使用不含有骨料的净浆进行试验，避免试验的时候受到骨料尺寸的限制，使用小型温度应力试验机试验也能获得混凝土抗开裂能力。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，
步骤1、计算净浆的热膨胀系数：采用温度应力试验机对不含有骨料的净浆进行自由变形试验，获取净浆自由变形试验结果后计算净浆的热膨胀系数；且在净浆自由变形试验还得到净浆温度历程；
步骤2、计算净浆自收缩：净浆的热膨胀系数确定以后，计算出净浆的温度变形和净浆的自收缩；
步骤3、计算混凝土自收缩：根据净浆的自收缩，计算出相同水灰比的混凝土的自收缩；
步骤4、混凝土温度变形模拟：通过DIANA软件建模结合计算出来的相同水灰比混凝土的自收缩结果；计算混凝土热膨胀系数，并将该混凝土热膨胀系数与净浆自由变形试验得到的净浆温度历程共同输入DIANA中，进行混凝土温度变形模拟。注：之所以使用净浆的温度历程模拟混凝土温度变形，是因为试验发现相同水灰比的净浆和混凝土的温度历程相似，故近似代替；
步骤5、混凝土约束力预测：混凝土温度变形模拟与混凝土的自收缩结合，计进行混凝土的自由变形模拟；确定混凝土开裂时间后，依据人工神经网络模型，并结合混凝土的自由变形模拟、混凝土开裂时间，从而获得混凝土约束力预测；
步骤6、混凝土抗开裂性能判定：结合混凝土约束力预测和混凝土温度历程模拟，以实现混凝土抗开裂性能判定。
在本发明中，该方法可以剥离骨料影响，通过浆体的试验情况间接判定混凝土的抗裂性能。且因为该方法使用不含有骨料的净浆进行试验，避免试验的时候受到骨料尺寸的限制，使用小型温度应力试验机试验也能获得混凝土抗开裂能力。因此可以将大型温度应力试验机尺寸缩小为小型温度应力试验机，尺寸缩小后的试件尺寸为50mm*50mm*350mm。在试验之前使用预先铺设的塑料薄膜对试件进行密封，忽略干燥收缩的影响。在自由变形模式下，可以得到试件的自由变形。在忽略干燥收缩的情况下，试件的自由变形由自收缩和温度变形叠加而成。
进一步的，在步骤1中，使用以下模型计算净浆的热膨胀系数：
α0＝60
式中：α(t)——净浆热膨胀系数(×10-6℃-1)；α0——净浆液态的热膨胀系数，取60×10-6℃-1；αh——取10×10-6℃-1；tc——净浆弹性模量发展时间参数；t——龄期(h)；ΔT——净浆自由变形试验前24h最大温升(℃)；W/B——水胶比(ΔT由净浆自由变形试验获得，tc由上述第三个式子计算得到；其余由净浆配合比得到)。在这里，工程建设需要某一强度等级的混凝土，而同一强度等级的混凝土配合比不是唯一的。或者水灰比不同，或者所用原材料不同，需要通过试配最终确定。试验的目的就是对配合比进行优化，最终选择的配合比是保证混凝土在达到某一强度等级的前提下，抗开裂能力最强。因此这里的净浆配合比是进行试验前事先确定好的。
进一步的，在步骤2中，计算温度变形和自收缩的模型为：
εt(t)＝∑αT(t)ΔT
εc(t)＝εfree(t)-εt(t)
式中：εc(t)——自收缩；εfree(t)——自由变形；εt(t)——温度变形；αT(t)——净浆的热膨胀系数(×10-6℃-1)；ΔT——温度差(℃)。αT(t)也就是上面的α(t)。
进一步的，在步骤3中，确定自收缩和温度变形的起始时刻，将自由变形速率开始显著增加的时刻确定为自收缩和温度变形的起始时刻；变形分离得到的自收缩ε总(即为上述的εc(t)——自收缩)包括液态阶段产生的自收缩ε液(ε液是时间从0到变形显著增加时刻的自收缩。因为在0到变形显著增加的时刻内，净浆为液态，故将此阶段的自收缩叫做ε液)；ε总减去ε液，得到能够产生开裂风险的自收缩εp。因为在浆体硬化之前液态阶段产生的变形并没有增加开裂风险，因此有必要确定自收缩和温度变形的起始时刻。
进一步的，在步骤3中，通过修正后的Pickett模型计算相同水灰比的混凝土的自收缩，修正后的Pickett模型如下：
εc＝1.39·εp(1-Vagg)1.45
式中：εc——混凝土自收缩；εp——浆体自收缩(即为上述的能够产生开裂风险的自收缩εp)；Vagg——骨料体积分数(即为上述的cg——骨料的体积分数)。
进一步的，在步骤4中，将自由变形速率开始显著增加时刻之前的热膨胀系数设定为0，近似忽略此阶段的自收缩和温度变形，以进行混凝土温度历程模拟。
进一步的，在步骤4中，混凝土随时间变化的热膨胀系数计算模型如下：
α(t)＝αk(1+41t-2)
式中：α(t)——热膨胀系数(×10-6℃-1)；αk——混凝土28天的热膨胀系数，取10×10-6℃-1(αk为常数)；t——龄期(h)。
进一步的，在步骤5中，将开裂时间定为约束应力与轴心抗拉强度比达到0.57的时间，借助人工神经网络模型输入配合比、等效龄期、自由变形模拟、养护温度、弹性模量，从而获得全约束状态下的混凝土约束力预测。具体的，首先要收集试验数据(试验数据包括配合比、等效龄期、自由变形模拟、养护温度、弹性模量以及约束应力)，建立人工神经网络模型的数据库。人工神经网络是一种数学工具，需要确定输入层，隐藏层个数和输出层。选择配合比、等效龄期、自由变形模拟、养护温度(即为上文所说温度历程)、弹性模量为输入层，约束应力为输出层。确定隐藏层个数后，在今后的研究中便可以输入任意的输入层数据后，得到约束应力。隐藏层个数的确定需要通过收集到的试验数据对人工神经网络进行训练，通过选择不同的隐藏层个数获得不同的输出的约束应力结果，选择误差最小时的隐藏层个数即可。
进一步的，在步骤6中，混凝土抗开裂性能评价方法如下。其中混凝土抗开裂性能由
表示，
最大为1，表示抗开裂能力最强，不开裂；
越小抗裂性能越弱，越容易开裂；其中混凝土抗开裂性能
的计算模型为：
式中：a、b分别代表达标应力、温度曲线积分，即说明书附图6的图B情况；t代表时间；T代表待评价开裂敏感性混凝土温度；σ代表待评价开裂敏感性混凝土约束应力；
在获得达标应力、温度积分后便可以建立评级标准。因为完全不开裂的混凝土难以得到，实际应用中可以选择低开裂风险的混凝土作为标准，计算出a、b值。常见的混凝土温度、混凝土约束应力曲线如说明书附图6的图A所示。混凝土具有较高的温升，约束应力由压应力变为拉应力，拉应力不断发展，最终断裂。没有开裂风险的混凝土则在降低到室温的过程中没有拉应力产生，如说明书附图6的图B所示。
一种温度应力试验机，该试验机为应用于上述方法中的装置，该试验机包括有机架、电机组件、第一夹头、第二夹头和衔接部，所述第一夹头和第二夹头分别设置在衔接部两端，且所述第一夹头、衔接部、第二夹头内生成有用于容纳试件的容纳空腔，所述第一夹头、衔接部和第二夹头均设置在机架内，所述第一夹头与机架活动连接，第二夹头与机架固定连接，所述电机组件固定设置在机架一侧，且电机组件一端穿过机架与第一夹头连接，以驱动第一夹头在机架上活动，其特征在于，该试验机还包括有两根位移测量杆，两根位移测量杆分别固定设置在第一夹头和第二夹头上，以对第一夹头和第二夹头之间的位移变化进行测量。在该试验机中，通过将两根位移测量杆分别固定设置在第一夹头和第二夹头上，并非是在试验时直接插设在试件中的，避免了试件在硬化之前测量杆不够稳定牢固的缺点，提高了试件处于液态时的测量精度。将位移测量杆固定在第一夹头上以后，第一夹头移动后带动其上面的位移测量杆移动，进而可以通过测量两根位移测量杆之间的距离变化，测量出试件的变形数据。
进一步的，所述第一夹头和第二夹头上均固定设置有盖板，以对第一夹头处的容纳空腔和第二夹头处的容纳空腔进行遮盖。盖板的设置，可以压住试件两端处，使得该试验机在进行试验的时候，可以避免试件出现偏转。
进一步的，两根所述位移测量杆分别固定设置在第一夹头的盖板上和第二夹头的盖板上。将位移测量杆固定在第一夹头的盖板上以后，第一夹头移动后带动其盖板上面的位移测量杆移动，进而可以通过测量两根位移测量杆之间的距离变化，测量出试件的变形数据。
进一步的，所述衔接部包括有两块侧膜和一块底膜，两块侧膜分别固定在底膜两侧，衔接部处的容纳空腔由两块侧膜和一块底膜合围形成；两块侧膜和一块底膜均为玻璃纤维隔热板。玻璃纤维隔热板除了具有平整度好，表面光滑，无凹坑的优点，相对于不锈钢板还具有更好的保温效果，可以使得该试验机具有更好的保温效果。
进一步的，所述第一夹头与机架之间设置有滑轨滑块结构，二者通过滑轨滑块结构以可滑动式的活动连接。尺寸较大的混凝土温度应力试验机是通过万向球实现第一夹头与机架之间的相对活动，而采用滑轨滑块结构(滑块加导轨，可以是第一夹头上固定有滑块，机架上固定有滑轨)，可以保证第一夹头沿着直线运动，进而保证试件两端沿着直线运动。
进一步的，所述机架上可拆卸式设置有上盖，上盖对应位移测量杆设置有位移通孔，所述位移测量杆穿过位移通孔显露在上盖外，且所述上盖处设置有两个位移传感器，两个位移传感器分别与两根位移测量杆对应，以测量两根位移测量杆之间的距离。
进一步的，所述机架内设置有用于加热或制冷的温控系统。温控系统为现有技术。
进一步的，所述机架内还设置有三个温度传感器，其中两个温度传感器分别设置在衔接件的容纳空腔内和第一夹头/第二夹头的容纳空腔内，另一个温度传感器位于容纳空腔之外。在试验时，分别设置在衔接件的容纳空腔内和第一夹头/第二夹头的容纳空腔内的两个传感器，其位置分别位于试件的中部和端部，以测量试件的温度。另一个位于容纳空腔之外的温度传感器，是位于试件外部的，用于测量空气温度。当空气温度与试件内部的温度超过设定值时，温控系统就会启动，对空气进行加热或者冷却，实现半绝热养护的目的。
进一步的，所述第二夹头处设置有力传感器。试件的受力大小由第二夹头处的力传感器测量得到。
进一步的，所述机架两侧均固定有固定夹持板，电机组件固定设置在固定夹持板上，且所述电机组件一端依次穿过固定夹持板和机架以与第一夹头连接，以驱动第一夹头在机架上活动；两块固定夹持板之间还设置有两根以上的固定轴，固定轴两端分别与两块固定夹持板固定。上述固定夹持板和固定轴的设置，使得该试验机整体结构强度更高，以使其使用寿命更长。
本发明的有益效果在于，相对于现有技术，在本发明中，该方法可以剥离骨料影响，通过浆体的试验情况间接判定混凝土的抗裂性能。且因为该方法使用不含有骨料的净浆进行试验，避免试验的时候受到骨料尺寸的限制，使用小型温度应力试验机试验也能获得混凝土抗开裂能力。
附图说明
图1是本发明方法的流程框图。
图2是温度应力试验机的结构示意图。
图3是温度应力试验机隐藏了上盖和盖板的结构示意图。
图4是温度应力试验机隐藏了上盖、盖板和部分机架的结构示意图。
图5是温度应力试验机展示电机组件的结构示意图。
图6是混凝土温度、混凝土约束应力曲线图。
图7是ε液和ε总的曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
参见图1，一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，
步骤1、计算净浆的热膨胀系数：采用温度应力试验机对不含有骨料的净浆进行自由变形试验，获取净浆自由变形试验结果后计算净浆的热膨胀系数；且在净浆自由变形试验还得到净浆温度历程；
步骤2、计算净浆自收缩：净浆的热膨胀系数确定以后，计算出净浆的温度变形和净浆的自收缩；
步骤3、计算混凝土自收缩：根据净浆的自收缩，计算出相同水灰比的混凝土的自收缩；
步骤4、混凝土温度变形模拟：通过DIANA软件建模结合计算出来的相同水灰比混凝土的自收缩结果；计算混凝土热膨胀系数，并将该混凝土热膨胀系数与净浆自由变形试验得到的净浆温度历程共同输入DIANA中，进行混凝土温度变形模拟。注：之所以使用净浆的温度历程模拟混凝土温度变形，是因为试验发现相同水灰比的净浆和混凝土的温度历程相似，故近似代替；
步骤5、混凝土约束力预测：混凝土温度变形模拟与混凝土的自收缩结合，计进行混凝土的自由变形模拟；确定混凝土开裂时间后，依据人工神经网络模型，并结合混凝土的自由变形模拟、混凝土开裂时间，从而获得混凝土约束力预测；
步骤6、混凝土抗开裂性能判定：结合混凝土约束力预测和混凝土温度历程模拟，以实现混凝土抗开裂性能判定。
在本发明中，该方法可以剥离骨料影响，通过浆体的试验情况间接判定混凝土的抗裂性能。且因为该方法使用不含有骨料的净浆进行试验，避免试验的时候受到骨料尺寸的限制，使用小型温度应力试验机试验也能获得混凝土抗开裂能力。因此可以将大型温度应力试验机尺寸缩小为小型温度应力试验机，尺寸缩小后的试件尺寸为50mm*50mm*350mm。在试验之前使用预先铺设的塑料薄膜对试件进行密封，忽略干燥收缩的影响。在自由变形模式下，可以得到试件的自由变形。在忽略干燥收缩的情况下，试件的自由变形由自收缩和温度变形叠加而成。
进一步的，在步骤1中，使用以下模型计算净浆的热膨胀系数：
α0＝60
式中：α(t)——净浆热膨胀系数(×10-6℃-1)；α0——净浆液态的热膨胀系数，取60×10-6℃-1；αh——取10×10-6℃-1；tc——净浆弹性模量发展时间参数；t——龄期(h)；ΔT——净浆自由变形试验前24h最大温升(℃)；W/B——水胶比(ΔT由净浆自由变形试验获得，tc由上述第三个式子计算得到；其余由净浆配合比得到)。
进一步的，在步骤2中，计算温度变形和自收缩的模型为：
εt(t)＝∑αT(t)ΔT
εc(t)＝εfree(t)-εt(t)
式中：εc(t)——自收缩；εfree(t)——自由变形；εt(t)——温度变形；αT(t)——净浆的热膨胀系数(×10-6℃-1)；ΔT——温度差(℃)。αT(t)也就是上面的α(t)。
进一步的，在步骤3中，确定自收缩和温度变形的起始时刻，将自由变形速率开始显著增加的时刻确定为自收缩和温度变形的起始时刻；变形分离得到的自收缩ε总(即为上述的εc(t)——自收缩)包括液态阶段产生的自收缩ε液(ε液是时间从0到变形显著增加时刻的自收缩。因为在0到变形显著增加的时刻内，净浆为液态，故将此阶段的自收缩叫做ε液)；ε总减去ε液，得到能够产生开裂风险的自收缩εp。因为在浆体硬化之前液态阶段产生的变形并没有增加开裂风险，因此有必要确定自收缩和温度变形的起始时刻。
具体的，将自由变形的显著增加时刻作为变形起始时刻。因为在此时刻之前，净浆为液态，而液态时的变形不会产生开裂风险。水泥与水接触后产生水化反应。水化产物的桥接释放出大量热量，使得水化反应速率显著增加，是液态向固态转变的起始时刻，也是从此刻开始产生开裂风险。使用自由变形减去温度变形后得到总的自收缩ε总。而变形起始时刻对应的自收缩即为ε液；参见图7。
进一步的，在步骤3中，通过修正后的Pickett模型计算相同水灰比的混凝土的自收缩，修正后的Pickett模型如下：
εc＝1.39·εp(1-Vagg)1.45
式中：εc——混凝土自收缩；εp——浆体自收缩(即为上述的能够产生开裂风险的自收缩εp)；Vagg——骨料体积分数(即为上述的cg——骨料的体积分数)。
进一步的，在步骤4中，将自由变形速率开始显著增加时刻之前的热膨胀系数设定为0，近似忽略此阶段的自收缩和温度变形，以进行混凝土温度历程模拟。
进一步的，在步骤4中，混凝土随时间变化的热膨胀系数计算模型如下：
α(t)＝αk(1+41t-2)
式中：α(t)——热膨胀系数(×10-6℃-1)；αk——混凝土28天的热膨胀系数，取10×10-6℃-1(αk为常数)；t——龄期(h)。
进一步的，在步骤5中，将开裂时间定为约束应力与轴心抗拉强度比达到0.57的时间，借助人工神经网络模型输入配合比、等效龄期、自由变形模拟、养护温度、弹性模量，从而获得全约束状态下的混凝土约束力预测。具体的，首先要收集试验数据(试验数据包括配合比、等效龄期、自由变形模拟、养护温度、弹性模量以及约束应力)，建立人工神经网络模型的数据库。人工神经网络是一种数学工具，需要确定输入层，隐藏层个数和输出层。选择配合比、等效龄期、自由变形模拟、养护温度(即为上文所说温度历程)、弹性模量为输入层，约束应力为输出层。确定隐藏层个数后，在今后的研究中便可以输入任意的输入层数据后，得到约束应力。隐藏层个数的确定需要通过收集到的试验数据对人工神经网络进行训练，通过选择不同的隐藏层个数获得不同的输出的约束应力结果，选择误差最小时的隐藏层个数即可。
进一步的，在步骤6中，混凝土抗开裂性能评价方法如下。其中混凝土抗开裂性能由
表示，
最大为1，表示抗开裂能力最强，不开裂；
越小抗裂性能越弱，越容易开裂；其中混凝土抗开裂性能
的计算模型为：
式中：a、b分别代表达标应力、温度曲线积分，即说明书附图6的图B情况；t代表时间；T代表待评价开裂敏感性混凝土温度；σ代表待评价开裂敏感性混凝土约束应力；
在获得达标应力、温度积分后便可以建立评级标准。因为完全不开裂的混凝土难以得到，实际应用中可以选择低开裂风险的混凝土作为标准，计算出a、b值。常见的混凝土温度、混凝土约束应力曲线如说明书附图6的图A所示。混凝土具有较高的温升，约束应力由压应力变为拉应力，拉应力不断发展，最终断裂。没有开裂风险的混凝土则在降低到室温的过程中没有拉应力产生，如说明书附图6的图B所示。
参见图2-5，一种温度应力试验机，该试验机为应用于上述方法中的装置，该试验机包括有机架1、电机组件2、第一夹头3、第二夹头4和衔接部5，所述第一夹头3和第二夹头4分别设置在衔接部5两端，且所述第一夹头3、衔接部5、第二夹头4内生成有用于容纳试件的容纳空腔6，所述第一夹头3、衔接部5和第二夹头均设置在机架1内，所述第一夹头3与机架1活动连接，第二夹头4与机架1固定连接，所述电机组件2固定设置在机架1一侧，且电机组件2一端穿过机架1与第一夹头3连接，以驱动第一夹头3在机架1上活动，其特征在于，该试验机还包括有两根位移测量杆7，两根位移测量杆7分别固定设置在第一夹头3和第二夹头4上，以对第一夹头3和第二夹头4之间的位移变化进行测量。其中，电机组件2为现有技术，如采用电机21、减速机22、皮带、两个皮带轮23、带外螺纹的第一连接件24和带内螺纹的第二连接件25，两个皮带轮23均与皮带啮合，以通过皮带传动连接，电机21与减速机22连接，减速机22与一个皮带轮23连接，另一个皮带轮23与第一连接件24连接，第一连接件24与第二连接件25通过内螺纹和外螺纹的配合进行套接，第二连接件25与第一夹头3固定，其中电机21通过减速机22带动皮带轮23工作，而皮带轮23带动着第一连接件24转动，第一连接件24转动的时候，基于第一连接件24与第二连接件25螺纹的配合，使得第二连接件25在第一连接件24上运动，进而带动着第一夹头3运动。
进一步的，所述第一夹头3和第二夹头4上均固定设置有盖板8，以对第一夹头3处的容纳空腔6和第二夹头4处的容纳空腔6进行遮盖。
进一步的，两根所述位移测量杆7分别固定设置在第一夹头3的盖板8上和第二夹头4的盖板8上。
进一步的，所述衔接部5包括有两块侧膜51和一块底膜52，两块侧膜51分别固定在底膜52两侧，衔接部5处的容纳空腔6由两块侧膜51和一块底膜52合围形成；两块侧膜51和一块底膜52均为玻璃纤维隔热板。
进一步的，所述第一夹头3与机架1之间设置有滑轨滑块结构11，二者通过滑轨滑块结构11以可滑动式的活动连接。其中，可以是机架1上设置有滑轨/滑块，第一夹头3上设置有滑块/滑轨。
进一步的，所述机架1上可拆卸式设置有上盖12，上盖12对应位移测量杆7设置有位移通孔121，所述位移测量杆7穿过位移通孔121显露在上盖12外，且所述上盖12处设置有两个位移传感器122，两个位移传感器122分别与两根位移测量杆7对应，以测量两根位移测量杆7之间的距离。其中，位移测量杆7是可以在位移通孔121处左右移动。
进一步的，所述机架1内设置有用于加热或制冷的温控系统。该温控系统为现有技术。
进一步的，所述机架1内还设置有三个温度传感器，其中两个温度传感器分别设置在衔接件的容纳空腔6内和第一夹头3/第二夹头4的容纳空腔6内，另一个温度传感器位于容纳空腔6之外。温度传感器为现有技术。
进一步的，所述第二夹头4处设置有力传感器。力传感器为现有技术。
进一步的，所述机架1两侧均固定有固定夹持板13，电机组件2固定设置在固定夹持板13上，且所述电机组件2一端依次穿过固定夹持板13和机架1以与第一夹头3连接，以驱动第一夹头3在机架1上活动；两块固定夹持板13之间还设置有两根以上的固定轴14，固定轴14两端分别与两块固定夹持板13固定。
进一步的，第一夹头处还设置有荷载传感器。
工作原理：温度应力试验机第二夹头是固定在机架内的，第一夹头是可以自由移动在机架内的。在试验时使用两种试验模式：自由变形和全约束模式。自由变形试验的试件看作平行试件，全约束试验模式看作主试件。平行试件与主试件尺寸相同，都为50mm*50mm*350mm。进行试验时，将搅拌好的混凝土拌合物直接浇注在容纳空腔内，根据试验需要，通过的温控系统进行加热或冷却。试件的受力大小由第二夹头一侧的力传感器测量得到。在试件的两端第一夹头、第二夹头位置设置有位移测量杆，通过两个位移传感器对两根位移测量杆之间的距离进行测定，可以测定混凝土试件实时的位移。试验机通过温度传感器、荷载传感器和位移传感器可自动记录下试件的温度、应力和变形。通过传感器测得这些数据，将信号放大后经计算机处理作为显示信号与控制信号，控制温控系统的加热与制冷，使养护空气温度跟踪混凝土试件中心温度；控制电机，对试件进行收缩和拉伸。试验过程中，室温始终控制在(20±2)℃，以减小温度对机械变形的影响。在全约束模式下，当第一夹头的位移超过设定值(比如1um)，计算机系统就开始控制电机(如采用步进电机)工作，使混凝土试件恢复原长度，有效长度部分的应变再次为0。系统反复进行如此工作循环，直到混凝土试件断裂。在进行自由变形试验时，平行试件采用主试件相同的养护模式。当力传感器测量的应力值超过设定值时(比如0.01MPa)，电机将会启动，强制试件发生位移，使之恢复到0应力水平。
试验流程：(1)准备工作。试验前首先将容纳空腔通过钢刷、砂纸、吸尘器打磨干净，减小摩擦力的影响。然后调整底模和侧模，使容纳空腔平整。然后为了减少容纳空腔与试件之间的摩擦力，在容纳空腔内铺设两层塑料薄膜。此外塑料薄膜可以对浇筑后的试件进行密封，密封后的试件与外界无水分交换，消除干燥收缩的影响，试件变形仅包括自收缩和温度变形。最后提前24小时将原材料放进20℃的恒温恒湿实验室内。(2)进行试验。将准备好的净浆直接浇筑进容纳空腔内，然后用振动棒振捣均匀。在试件中部和端部放置温度传感器。在试件表面用保鲜膜密封，再用预铺的两层塑料薄膜将试件包裹，用胶带进行密封。这样可以防止试件中水的蒸发，消除干燥变形对试验的影响。选择试验模式与温度养护模式，进行试验。开始试验24小时后，对试件进行脱模，消除容纳空腔的摩擦力对试件变形的影响。(3)终止试验。在全约束模式下，试件断裂后则终止试验。在自由变形模式下，试件温度下降到室温后则终止试验。终止试验后将试验数据保存，将试件取出。
本发明的有益效果在于，相对于现有技术，在本发明中，该方法可以剥离骨料影响，通过浆体的试验情况间接判定混凝土的抗裂性能。且因为该方法使用不含有骨料的净浆进行试验，避免试验的时候受到骨料尺寸的限制，使用小型温度应力试验机试验也能获得混凝土抗开裂能力。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，
步骤1、计算净浆的热膨胀系数：采用温度应力试验机对不含有骨料的净浆进行自由变形试验，获取净浆自由变形试验结果后计算净浆的热膨胀系数；且在净浆自由变形试验还得到净浆温度历程；
步骤2、计算净浆自收缩：净浆的热膨胀系数确定以后，计算出净浆的温度变形和净浆的自收缩；
步骤3、计算混凝土自收缩：根据净浆的自收缩，计算出相同水灰比的混凝土的自收缩；
步骤4、混凝土温度变形模拟：通过DIANA软件建模结合计算出来的相同水灰比混凝土的自收缩结果；计算混凝土热膨胀系数，并将该混凝土热膨胀系数与净浆自由变形试验得到的净浆温度历程共同输入DIANA中，进行混凝土温度变形模拟；
步骤5、混凝土约束力预测：混凝土温度变形模拟与混凝土的自收缩结合，计进行混凝土的自由变形模拟；确定混凝土开裂时间后，依据人工神经网络模型，并结合混凝土的自由变形模拟、混凝土开裂时间，从而获得混凝土约束力预测；
步骤6、混凝土抗开裂性能判定：结合混凝土约束力预测和混凝土温度历程模拟，以实现混凝土抗开裂性能判定。
2.根据权利要求1所述的一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，在步骤1中，使用以下模型计算净浆的热膨胀系数：
α0＝60
式中：α(t)——净浆热膨胀系数(×10-6℃-1)；α0——净浆液态的热膨胀系数，取60×10-6℃-1；αh——取10×10-6℃-1；tc——净浆弹性模量发展时间参数；t——龄期(h)；ΔT——净浆自由变形试验前24h最大温升(℃)；W/B——水胶比。
3.根据权利要求2所述的一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，在步骤2中，计算温度变形和自收缩的模型为：
εt(t)＝∑αT(t)ΔT
εc(t)＝εfree(t)-εt(t)
式中：εc(t)——自收缩；εfree(t)——自由变形；εt(t)——温度变形；αT(t)——热膨胀系数(×10-6℃-1)；ΔT——温度差(℃)。
4.根据权利要求3所述的一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，在步骤3中，确定自收缩和温度变形的起始时刻，将自由变形速率开始显著增加的时刻确定为自收缩和温度变形的起始时刻；变形分离得到的自收缩ε总包括液态阶段产生的自收缩ε液；ε总减去ε液，得到能够产生开裂风险的自收缩εp。
5.根据权利要求4所述的一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，在步骤3中，通过修正后的Pickett模型计算相同水灰比的混凝土的自收缩，修正后的Pickett模型如下：
εc＝1.39·εp(1-Vagg)1.45
式中：εc——混凝土自收缩；εp——浆体自收缩；Vagg——骨料体积分数。
6.根据权利要求5所述的一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，在步骤4中，将自由变形速率开始显著增加时刻之前的热膨胀系数设定为0，近似忽略此阶段的自收缩和温度变形，以进行混凝土温度历程模拟。
7.根据权利要求6所述的一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，在步骤4中，混凝土随时间变化的热膨胀系数计算模型如下：
α(t)＝αk(1+41t-2)
式中：α(t)——热膨胀系数(×10-6℃-1)；αk——混凝土28天的热膨胀系数，取10×10-6℃-1；t——龄期(h)。
8.根据权利要求7所述的一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法，其特征在于，在步骤5中，将开裂时间定为约束应力与轴心抗拉强度比达到0.57的时间，借助人工神经网络模型输入配合比、等效龄期、自由变形模拟、养护温度、弹性模量，从而获得全约束状态下的混凝土约束力预测。
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