CN116087476A - 水汽环境下混凝土结构的性能检测系统及性能检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水汽环境下混凝土结构的性能检测系统及性能检测方法，性能检测系统包括试样储存容器、检测单元、溶液储存容器、泵送管线、排气管线，泵送管线上设有输送泵，排气管线上设有抽吸泵；性能检测系统还包括至少两个加液容器以及控制单元，至少一个加液容器为蒸馏水储存容器，至少一个加液容器为化学溶液储存容器，各加液容器与溶液储存容器之间均设有加液管线，加液管线上设有加液泵；控制单元包括用于检测储存腔内环境湿度的湿度传感器以及用于检测溶液储存容器中化学溶质浓度的检测仪，控制单元还包括控制器，控制器响应于所述湿度传感器的数值以控制抽吸泵、输送泵启动，控制器还响应于所述检测仪的数值以控制对应的加液泵启动。
Description
技术领域
本发明一般地涉及混凝土性能测试过程中的控制、调节系统的技术领域。更具体地，本发明涉及一种水汽环境下混凝土结构的性能检测系统及性能检测方法中的自动控制、调节方式。
背景技术
长期处于或接近水汽环境的混凝土结构容易产生结构性破坏，这种破坏涉及到诸多混凝土结构，包括道路、桥梁、大坝、溢洪道和房屋等。
在水汽作用下，既有混凝土的孔隙结构会引起微尺度裂纹变化，微尺度裂纹逐渐演化为更宽、更长、更深的大尺寸宏观裂缝，进一步降低结构的完整性，加剧水和离子的渗透。水汽种类、空气湿度大小和含有化学物质成分、侵蚀性盐离子含量不同，对混凝土结构的耐久性和使用寿命影响也不同。其中，氯离子和硫酸根离子的盐离子的侵蚀作用对混凝土构筑物的损害最为显著，二者的侵蚀作用导致混凝土结构内部钢筋锈蚀、混凝土结构膨胀、开裂。而盐离子含量多、湿度大、侵蚀速率快，混凝土构筑物的相应力学性能如抗变形能力、强度等的劣化也会随之加快，导致混凝土构筑物的实际使用年限低于其设计年限。
例如，在中国南方某滨海地区，某桥梁在河床标高下降时期，桩基外露明显，而近水位线两处桥墩虽然未露出内部的钢筋结构，但由于处于长期的水汽中，表面混凝土结构疏松，裂缝明显，出现脱落倾向。再如，某近海混凝土桥梁基础由于湿度变化大，加之水汽循环中伴有硫酸根离子和氯离子的腐蚀侵袭，整体刚度下降，导致基础整体沉降和不均匀沉降发展迅速，为保证及时养护修复和行车安全，相关部门缩短了监测和养护周期，维养成本大幅增加。
而在现有成果中，研究成果多分布于混凝土构筑物本身，如其性能表现、受侵蚀速率、内部通道中的离子扩散模型等，在以水汽参数控制为基础的水汽环境模拟和设备研发上较为少见，且未有水汽环境对混凝土性能劣化规律研究的成熟设备。由于被检测客体限制，构筑物除特殊情况外，一般采用现场无损检测，如已经建设好的桥梁，混凝土损伤检测中严禁钻芯取样进行室内检测。此外，由于水汽损坏相比较水损坏、冻融破坏等其他破坏形式而言，破坏程度较弱，现场混凝土结构状况的跟踪观测中，数据采集时间跨度往往以年为单位，长期的数据采集工作量大、耗时耗力，也会由于采集设备不同引起规律误判。
因此，如何在实验室内进行长周期、高准度的水汽环境模拟，完善长期水汽损伤下混凝土构筑物的损伤指标，对进一步研究水汽环境下混凝土构筑物的损伤十分有必要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，以根据检测结果的反馈来控制、调节水汽环境而模拟实际工况由此完成混凝土结构的性能检测；本发明的目的还在于提供一种水汽环境下混凝土结构的性能检测方法，以实现上述功能。
为实现上述目的，本发明第一方面提供的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统采用如下技术方案：一种水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，包括：
试样储存容器，具有用于储存混凝土试样的储存腔；
检测单元，用于对储存腔内的混凝土试样进行检测；
溶液储存容器，用于储存溶液；
泵送管线，连接溶液储存容器和试样储存容器，泵送管线上设有用于向试样储存容器中泵送水汽的输送泵，溶液储存容器中或泵送管线上设有形成水汽的水汽发生结构；
试样储存容器上设有排气管线，排气管线上设有抽吸泵，抽吸泵用于抽出试样储存容器内的水汽；
性能检测系统还包括：
加液容器，设有至少两个，至少一个加液容器为用于储存蒸馏水的蒸馏水储存容器，至少一个加液容器为用于储存化学溶液的化学溶液储存容器，各加液容器与溶液储存容器之间均设有加液管线，加液管线上设有加液泵，加液泵用于将对应加液容器中的液体泵送至溶液储存容器中，以将蒸馏水、化学溶液均泵送至溶液储存容器中；
控制单元，包括用于检测储存腔内环境湿度的湿度传感器以及用于检测溶液储存容器中化学溶质浓度的检测仪，控制单元还包括控制器，控制器响应于所述湿度传感器的数值以在湿度传感器的数值不等于设定湿度值时控制抽吸泵、输送泵启动，控制器还响应于所述检测仪的数值以在检测仪的数值低于设定浓度值时控制化学溶液储存容器对应的加液泵启动。
有益效果：使用时，蒸馏水储存容器中的蒸馏水以及化学溶液储存容器中的化学溶液均被泵送到溶液储存容器中，蒸馏水对化学溶液进行稀释从而得到溶液储存容器中所需的溶液，水汽发生结构将溶液形成水汽。当湿度传感器检测的湿度值不等于设定湿度值时，控制器控制抽吸泵、输送泵启动，将储存腔内的水汽向外抽出，同时向储存腔内通入水汽，实现储存腔内水汽的置换，以此来改变湿度值。当溶液储存容器内化学溶质的浓度小于设定浓度值时，化学溶液储存容器对应的加液泵启动，通过加化学溶液来调节溶液储存容器内化学溶质的浓度，使其满足要求。本发明具有以下优点：
1、水汽环境模拟真实。
通过溶液储存容器、加液容器、试样储存容器以及控制单元，保证了混凝土试样所处的水汽环境贴近于实际的水汽环境，且能够自动进行反馈、调节。
2、水汽环境的误差因素控制良好。
通过泵送管线、排气管线对储存腔内的水汽进行置换，实现了闭式循环，减小甚至是完全排除外界环境对于试样储存容器内水汽环境的影响。
3、自动化程度高。
通过设置控制单元，根据湿度传感器的反馈来启停抽吸泵、输送泵，通过检测仪的反馈来启停对应的加液泵，实现了湿度、化学溶质浓度的自动调节，不需要人工干预，能够根据实际情况快速、实时地调节水汽环境，使水汽环境更加贴近于实际工况，保证能够进行长期、不间断的检测，也能够实现数据的定时监测和自动记录。
作为进一步地改进，性能检测系统包括与排气管线相连的、封闭的废物储存容器，抽吸泵用于将试样储存容器中的水汽抽至废物储存容器中。废物储存容器保证了水汽不外排，避免污染环境。
作为进一步地改进，所述试样储存容器为双层容器，双层容器包括外部容器和位于外部容器中的内部容器，所述储存腔设于内部容器中，所述泵送管线、排气管线穿过外部容器、内部容器。双层容器进一步减小外界环境对于储存腔的影响。
作为进一步地改进，所述内部容器布置有至少两个，各内部容器均设有对应的所述泵送管线、排气管线。设置至少两个内部容器，一方面能够进行对比实验，另一方面，内部容器的容积较小，湿度传感器检测时更加准确。
作为进一步地改进，所述化学溶液储存容器布置有至少两个，各化学溶液储存容器用于储存不同的化学溶液，所述检测仪对应布置有至少两个，所述控制器同时响应于各检测仪的数值。
作为进一步地改进，性能检测系统包括数据采集仪，所述数据采集仪与所述检测单元、湿度传感器、检测仪相连以采集数据，所述控制器为与数据采集仪相连的计算机。
作为进一步地改进，性能检测系统包括与计算机相连的显示屏，显示屏用于显示检测单元的检测数据。
作为进一步地改进，性能检测系统包括安装支架，安装支架具有上层放置空间和下层放置空间，所述试样储存容器设于上层放置空间中，所述溶液储存容器、加液容器、输送泵、加液泵设于下层放置空间中。
本发明第二方面提供的水汽环境下混凝土结构的性能检测方法采用如下技术方案：一种水汽环境下混凝土结构的性能检测方法，在试样储存容器中构建水汽环境以进行混凝土试样的性能检测，水汽环境的构建包括以下步骤：
1)检测试样储存容器内的湿度值，在湿度值不等于设定湿度值时启动抽吸泵以向外抽出试样储存容器内的水汽并启动输送泵以向试样储存容器中输送水汽；
2)检测溶液储存容器中化学溶质的浓度，在检测的浓度值小于设定浓度值时启动化学溶液储存容器对应的加液泵以向溶液储存容器中加入化学溶液。
有益效果：使用时，当湿度传感器检测的湿度值不等于设定湿度值时，抽吸泵、输送泵启动，将储存腔内的水汽向外抽出，同时向试样储存容器内通入水汽，实现储存腔内水汽的置换，以此来改变湿度值。当溶液储存容器中化学溶质的浓度小于设定浓度值时，对应的加液泵启动，通过加化学溶液来调节溶液储存容器内化学溶质的浓度，使其满足要求。本发明具有以下优点：
1、水汽环境模拟真实。
保证了混凝土试样所处的水汽环境贴近于实际的水汽环境，其能够自动进行反馈、调节。
2、自动化程度高。
根据试样储存容器内湿度值的反馈来启停抽吸泵、输送泵，通过检测仪的反馈来启停对应的加液泵，实现了湿度、化学溶质浓度的自动调节，不需要人工干预，能够根据实际情况快速、实时地调节水汽环境，使水汽环境更加贴近于实际工况，保证了长期、不间断检测的进行，也能够实现数据的定时监测和自动记录。
作为进一步地改进，步骤1)中，通过抽吸泵将试样储存容器中的水汽抽至封闭的废物储存容器中。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本申请示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本申请的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的原理图；
图2是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的立体图；
图3是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的后视图；
图4是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的中去掉外箱体、围门后的示意图；
图5是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统使用时内部容器内部的结构示意图；
图6是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统具体实例一中混凝体试样体变的测量结果图；
图7是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统具体实例一中混凝土试样力学性能劣化规律图；
图8是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统具体实例二中混凝体试样体变的测量结果图；
图9是本发明水汽环境下混凝土结构的性能检测系统具体实例二中混凝土试样力学性能劣化规律图。
附图标记说明：
1、内部容器；2、储存腔；3、混凝土试样；4、溶液储存容器；5、泵送管线；6、输送泵；7、湿度传感器；8、数据采集仪；9、计算机；10、加液容器；11、加液泵；12、检测仪；13、废物储存容器；14、抽吸泵；15、拉压力传感器；16、应变片；17、安装支架；18、外箱体、19、外箱盖；20、锁扣；21、围门；22、散热窗；23、显示屏；24、急停开关；25、控制开关；26、支撑座；27、箍环；28、第一位移传感器；29、第二位移传感器；30、安装座；31、悬吊件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面具体介绍本发明的各种非限制性实施方式。附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
本发明所提供的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的实施例1：
如图1至图9所示，水汽环境下混凝土结构的性能检测系统(以下简称为性能检测系统)长期模拟混凝土真实的水汽环境，在水汽环境中进行性能检测，并进行自动化反馈和控制。
如图1所示，首先介绍性能检测系统的原理，性能检测系统包括试样储存容器，试样储存容器内有储存腔2，储存腔2的作用是储存放置待检测的混凝土试样3。性能检测系统还包括检测单元，检测单元对混凝土试样3进行检测，其中，检测单元的类型可以根据实际需要进行选择。性能检测系统还包括溶液储存容器4，溶液储存容器4中储存有溶液，溶液储存容器4中放置有加湿器，加湿器将溶液形成水汽并弥散在溶液储存容器4中。
性能检测系统还包括泵送管线5，泵送管线5连接试样储存容器和溶液储存容器4，泵送管线5上布置有输送泵6，此处的输送泵6为气泵。试样储存容器为双层容器，双层容器包括外部容器和内部容器1，储存腔2形成于内部容器1中。
性能检测系统还包括三个加液容器10，此处的三个加液容器10分别用来储存蒸馏水、氯盐溶液和硫酸盐溶液，三个加液容器10与溶液储存容器4之间均通过加液管线相连，加液管线上布置有加液泵11，此处的加液泵11为液体泵。加液泵11将加液容器10内的液体泵送到溶液储存容器4中，三个加液容器10内的液体在溶液储存容器4中混合，混合后的溶液中的氯盐浓度、硫酸盐均需与大气环境中的浓度相同。其中，加液容器10中氯盐溶液、硫酸盐溶液的浓度均较高，与蒸馏水混合后相当于进行稀释。
性能检测系统还包括废物储存容器13，废物储存容器13与试样储存容器之间连接有排气管线，排气管线上布置有抽吸泵14，抽吸泵14能够将储存腔2内的水汽抽吸至废物储存容器13中。
性能检测系统还包括控制单元，控制单元能够自动调节储存腔2内的环境湿度以及溶液储存容器4内氯盐浓度、硫酸盐浓度，使其满足检测要求。
控制单元包括湿度传感器7，湿度传感器7置于储存腔2中以用来检测储存腔2内的环境湿度。性能检测系统还包括检测仪12，检测仪12用来检测溶液储存容器4中氯盐、硫酸盐的浓度。本实施例中的检测仪12有两个，分别为氯离子含量测定仪和便携式硫酸盐离子检测仪，检测仪12为现有技术。控制单元还包括控制器和数据采集仪8，此处的控制器为计算机9，数据采集仪8与湿度传感器7、检测仪12相连，数据采集仪8采集湿度传感器7、检测仪12的数据，计算机9与数据采集仪8相连，计算机9将湿度传感器7的数值与设定湿度值进行对比，将检测仪12检测的数值与设定溶质浓度值进行对比。计算机9还与输送泵6、加液泵11、抽吸泵14相连，能够控制输送泵6、加液泵11、抽吸泵14的启停。数据采集仪8还与控制单元相连，能够采集控制单元的数据。
其中，性能检测系统包括安装支架17，安装支架17有上、下两层放置空间，试样储存容器安装在上层放置空间中，试样储存容器的外部容器包括固定在安装支架17上的外箱体18，外箱体18上铰接有外箱盖19，外箱体18与外箱盖19之间安装有伸缩液压杆(图中未显示)，伸缩液压杆在外箱盖19开启时提供支撑，同时省力，避免因为操作不当或者外箱盖19重量过大突然闭合造成人员受伤。
外箱盖19闭合在外箱体18上后能够形成封闭环境，不与外界进行气体交换，同时湿度默认恒定。外箱体18上安装有两个锁扣20，外箱盖19闭合后用锁扣20锁死。外箱盖19和外箱体18之间设置有密封胶垫。密封胶垫一方面用来缓冲外箱盖19使用时的扣合力，避免长期开关后外箱盖19损坏；另一方面是提供密封环境。
内部容器1放置在外箱体18中，其中内部容器1有并排的两个，便于进行对比试验，而且内部容器1的空间较小，能够提高湿度传感器7的检测准确性。
溶液储存容器4(图4中未显示)、三个加液容器10以及废物储存容器13(图4中未显示)均放置在下层放置空间中，输送泵6、加液泵11(图4中未显示)、抽吸泵14(图4中未显示)也放置在下层放置空间中，泵送管线、加液管线、排气管线以及各泵的电源线均布置在下层放置空间中。
安装支架17前后两侧均安装有围门21，围门21打开后可以检修泵送管线、加液管线、排气管线和各泵的电源线。在安装支架17的侧边安装有散热窗22，主要用来满足下层放置空间与外界环境的气体流动。散热窗22的下部有窗口，窗口与底部平齐，更换溶液时若出现漏液、倾覆等情况，可以快速进行清理，避免内部锈蚀。
计算机9放置在安装支架17中并位于上层放置空间、下层放置空间的一侧，安装支架17上安装有显示屏23，显示屏23与计算机9相连，各项试验数据能够直接显示在显示屏23上。显示屏23的下方安装有急停开关24和控制开关25，安装支架17的内部安装有电源总成(被遮挡无法看到)，控制开关25控制各泵、管线上的阀门通断等。
本实施例中，检测单元包括声发射装置、剪切及压缩波发射装置、变形测量装置，声发射装置置于混凝土试样3中部以测定混凝土试样3内部裂缝发展趋势，剪切及压缩波发射装置置于混凝土试样3顶部和底部以测量试样的刚度劣化趋势，变形测量装置测定混凝土试样3的变形情况。
其中，声发射装置为一对，置于混凝土试样3的中部，具体地，声发射仪为RAE-M1声波(声发射)检测仪，输入带宽为10kHz-100kHz,数字滤波范围为0kHz-100kHz。
剪切及压缩波发射装置包含一对弯曲-伸缩元联合测定装置，分别置于混凝土试样3的顶端与底部。弯曲-伸缩元联合测定装置的测量芯片电压范围为1-14V，声波发射周期1ms-0.01ms。具体地，弯曲-伸缩元联合测定装置型号为GDS-BE，测量芯片厚度为1mm，长度为2mm，轴向最大承载力为2MPa，混凝土试样3最小测量长度为30mm。应当说明的是，无论是声发射装置还是剪切及压缩波发射装置均为成熟的检测产品，其安装、检测方式均为现有技术。
如图1和图5所示，变形测量装置包括两个应变片16，应变片16能够实现极小应变范围的检测，应变片16分别于横向和纵向张贴在混凝土试样3中部，通过应变片16能够检测混凝土试样3的应变。其中，应变片16为型号KYOWA的免焊接应变片，测量精度为10-6，测量范围为10-6-10-2。
变形测量装置还包括两个第一位移传感器28和两个第二位移传感器29，第一位移传感器28和第二位移传感器29均通过安装座30固定安装在内部容器1的底部。第一位移传感器28检测混凝土试样3设定位置纵向的位移，具体地，在混凝土试样3的外部固定有箍环27，第一位移传感器28顶在箍环27上。第二位移传感器29检测混凝土试样3设定位置横向的位移。其中，第一位移传感器28、第二位移传感器29型号为GDS-L3D10，测量精度为1微米，量程为0-10mm，温度漂移系数小于10-2mm/℃，整体长度低于50mm。
在内部容器1的侧壁上安装有悬吊件31，悬吊件31的底部通过绳索吊装有支撑座26，混凝土试样3放置在支撑座26上。悬吊件31中串接有拉压力传感器15，当混凝土试样3在水汽环境中出现脱落掉块等情况时，拉压力传感器15能够实时进行检测。
如图1所示，数据采集仪8与检测单元进行线连，从而能够采集检测单元的检测数据，具体地，数据采集仪8包括湿度数据采集装置、声发射数据采集装置、变形采集数据装置及弯曲元波形数据采集装置。其中，湿度数据采集装置采集的湿度范围为0％-100％，声发射数据采集装置最大采集频率为2kHz，变形采集数据装置带动态采集及温度补偿模块，弯曲元波形数据采集装置采集电压为0-14V，采集频率为1kHz-100kHz，采集时长为0-10ms。具体地，数据采集仪8为TST5927动态采集仪，采集频率为0.05kHz-100kHz，含温度补偿模块及A/D转换模块。
本发明的使用过程如下：
1)构建控制单元指令发出的相对湿度场。相对湿度场构建完毕后可以由控制单元发出湿度变化、调整的指令，在储存腔2内构建目标湿度场。储存腔2的湿度场监测值为湿度传感器7实时检测的相对湿度RH1，导入控制单元的相对湿度目标值为RH2。其中RH2为一个随时间变化的湿度数据的集合，该数据集合支持大数据导入，支持输入端温度场模型底层数据导入，也可以手动输入，所有导入的湿度场湿度数据均用于控制单元对于内部容器1相对湿度值的控制。
2)计算溶液储存容器4内氯盐浓度，根据与蒸馏水的混合比例配制加液容器10内的氯盐溶液。测定待检测混凝土构筑物所在气体环境中的氯离子浓度，测定结果即为氯盐浓度(Wcl，mol/L)。
3)计算溶液储存容器4内硫酸盐浓度，根据与蒸馏水的混合比例配制加液容器10内的硫酸盐溶液。采用离子色谱法测定大气中硫酸盐离子浓度，测定结果即为硫酸盐浓度(Ws，mol/L)。
4)校准数据，放置混凝土试样3，开启仪器。在计算机9中检查导入的湿度场数据是否准确，各循环周期内的湿度值是否正确。使用氯离子含量测定仪检测溶液储存容器4中的氯盐浓度是否满足要求，使用便携式硫酸盐离子检测仪检测溶液储存容器4中的硫酸盐浓度是否满足要求。
5)检测过程中，当RH1≠RH2，计算机9控制输送泵6、抽吸泵14启动，输送泵6将溶液储存容器4内的水汽泵送到储存腔2内，同时抽吸泵14将储存腔2内的水汽抽吸至废物储存容器13中，直至RH1＝RH2。当溶液储存容器4中的氯盐和/或硫酸盐浓度小于设定浓度值时控制对应的加液泵11启动，向溶液储存容器4中泵入氯盐溶液，直至氯盐、硫酸盐的浓度等于设定浓度。
本发明的性能检测系统具有以下技术优势：
(1)对混凝土结构几乎没有损伤，可以实现对混凝土结构的无损检测。即不额外降低混凝土结构的力学性能。所采用的性能检测系统引起混凝土结构内部应变均小于10-6，该应变在绝大多数混凝土材料的弹性范围内，所引起的内部变形均为可恢复变形，结构内部材料并未发生相对位移或损伤，因此本发明对混凝土结构的力学性能几乎没有影响。
(2)有效进行混凝土结构的长期服役性能评估。本发明可在常规实验室环境内进行混凝土结构的湿度控制，同时通过多传感原件的同步测量，对混凝土内部长期微观性能及宏观损伤应变进行智能监测，实时获得混凝土结构损伤程度，从而能够有效进行混凝土结构的长期服役性能评估。
(3)有效提高混凝土结构的养护效率。本发明提供的湿度控制和检测单元具有长期稳定性，能够获得长期环境变化下混凝土结构的损伤规律。尤其是在高湿度差变化的环境中，能够准确测定混凝土内部裂缝衍生规律和刚度劣化特征。因此，根据这些规律，本发明的性能检测系统能够较好的指导工程实际中混凝土结构的养护周期和措施，从而极大程度上提高养护效率。
基于目前的性能检测系统进行了一系列的实验，以下仅介绍其中的两个例子。
一、某新建桥梁基础混凝土结构监测流程。根据需要，对该桥梁基础4处位置进行检测，具体包括以下步骤：
(1)确定成型混凝土试件数量、尺寸、配合比，制备试件：根据工程经验和室内实验设计方法，综合考虑总实验量和最短作业时间确定制样的混凝土试样3数量，本实施例中对桥基础4处位置进行检测，每处位置制备平行试样3个，按照规范标准共制备12个直径50mm，高度100mm的标准圆柱型试件，试件的混凝土配合比应和待检测混凝土材料的配合比一致。
(2)监测环境湿度，构建湿度场参数：桥梁基础所在地的环境湿度值通过桥梁基础建设中布设的湿度传感器长期监测，监测周期为1年，经过计算机导入和控制系统计算，实验中取湿度变化周期为1月，共12个月；每个循环周期内的湿度值为传感器监测湿度的月平均湿度，结合中国气象数据网采集数据进行验证，二者误差值＜5％，设定湿度为传感器监测湿度的平均值。本系统最终输入的12个周期内的相对湿度值见表1所示。
表1 12个周期的湿度值
(3)盐溶液制备和放置：根据检测要求，本方案中只研究氯离子在水汽损伤中的影响作用。参照前述提到的步骤，计算溶液储存容器4内氯盐浓度，并配制氯盐溶液。实验结果显示，配制含有氯离子含量的液体VA＝10升，计算配制的氯盐溶液浓度(Wcl，mol/L)为：Wcl＝4.83*10-4mol/L。将配置好的氯盐溶液泵入溶液储存容器4内待用。
(4)待试件养生完毕，放置试件，开启仪器。首先检查各泵、传感器、显示屏等仪器工作指示灯是否正常亮起，其次在计算机中导入的湿度场数据并检查是否准确，设置每次湿度循环周期为1个月，总周期12个月；通过盐溶液和各泵进行湿度控制和盐离子控制，工作1小时，检查位于内部容器内的湿度传感器能否正常传输数据，数据采集仪能正常工作。
(5)构建多指标损伤体系，监测试件劣化规律：对混凝土试样3进行了360天的实际监测，可以同时被监测的指标包括：应变、强度、损伤裂缝、剪切模量和轴向模量。应变由应变片16和位移传感器对结构应变测量，如图6。结果显示，混凝土试样3在360d湿度循环下产生了0.35％的不可逆体变。得到强度、损伤裂缝、剪切模量和轴向模量，共4项力学性能指标劣化规律由各自的归一化损伤值表征，其计算方法为循环后传感器监测值与初始值的比值，如图7所示。进一步地，强度、损伤裂缝、剪切模量和轴向模量4项指标的归一化损伤值为劣化规律函数的基础数据，进行函数拟合后得到负指数形式的劣化规律：
式中为ξ0损伤变量，a、b为参数，
为损伤应变。
本实施例完成了对某桥梁混凝土基础结构的环境湿度长期监测，在室内实验条件下对水汽环境完成了相对高准度的模拟，完善长期水汽损伤下混凝土构筑物的损伤指标，并获得相应的长期劣化规律。
二、某新建房屋混凝土承重柱监测流程。根据需要，对该承重柱4处位置进行检测，具体包括以下步骤：
(1)确定监测点：根据工程经验，综合考虑总工程量和最短作业时间对该结构材料进行制样，按照规范标准制作直径50mm，高度100mm的标准圆柱样。
(2)监测环境湿度：环境湿度年变化值为30％-90％，在本发明提供的性能检测系统中，通过盐溶液和各管线、泵进行对应的湿度控制，每次湿度循环为3个月。
(3)应变测量：本发明提供的性能检测系统对混凝土试样3进行了360天的实际监测，应变片16和位移传感器对结构应变测量结果如图8所示。可以看出，该实施例中，混凝土试样3在360d湿度循环下产生了0.52％的不可逆体变。
(4)劣化规律确定：本发明提供的性能检测系统对混凝土试样3进行了360天的实际监测，得到各项力学性能指标劣化规律如图9所示。具体地，得到了负指数形式的劣化规律：
式中ξ0为损伤变量，a、b为参数，
为损伤应变。
本实施例完成了对某房屋混凝土承重柱的环境湿度长期监测，并获得相应的长期劣化规律，效果良好。
本实施例中，溶液储存容器中的加湿器构成了能够产生水汽的水汽发生结构。在实际使用时，可以在试样储存容器中增加风扇，风扇开启后能够扰动储存腔内的气体，以使水汽弥漫均匀，进而能够提高湿度传感器的检测准确性，当然，也可以多设置几个湿度传感器，通过取平均值来进行反馈。
本实施例中，湿度传感器、检测仪均与数据采集仪相连，计算机采集数据采集仪的数据并进行对比，然后进行判断控制。实际使用时，湿度传感器自身可以预设设定湿度值，此时湿度传感器向控制器传输的仅为对比后的结果，比如小于设定湿度值或等于设定湿度值等。
其中，加液容器中储存蒸馏水的为蒸馏水储存容器，储存氯盐溶液和硫酸盐溶液的为化学溶液储存容器，实际使用时，化学溶液的类型根据实验需要进行改变。
应当说明的是，当溶液储存容器中化学溶质的浓度低于设定浓度值时，化学溶液储存容器对应的加液泵开启，优选地，在溶液储存容器内增加液位计，加液泵为计量泵，能够根据溶液储存容器内化学溶质的实际浓度以及设定浓度值之间的差值来控制加入的溶液量。
本实施例的控制器为计算机，实际上，控制器还可以为带有编程的单片机等结构。
本发明所提供的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的实施例2：
其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，安装支架具有上层放置空间和下层放置空间，试样储存容器设于上层放置空间中，溶液储存容器、加液泵、各泵设于下层放置空间中。在本实施中，试样储存容器、液储存容器、加液泵、各泵的相对位置关系可以进行改变，比如试样储存容器、液储存容器、加液泵、各泵在同一水平面内依次布置。
本发明所提供的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的实施例3：
其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，加液容器有三个。在本实施例中，加液容器的数量可以根据所需进行改变，可以有两个或三个以上，当然，两个加液容器也可以储存同一类的溶液。
本发明所提供的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的实施例4：
其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，试样储存容器为双层容器，双层容器包括外部容器和内部容器，内部容器有两个。在本实施例中，内部容器仅有一个。其他实施例中，试样储存容器为单层容器。
本发明所提供的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统的实施例5：
其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，水汽发生结构为设置在溶液储存容器中的加湿器。在本实施例中，水汽发生结构为设置在泵送管线端部的喷雾器，此处的输送泵为水泵，输送泵将溶液泵送到喷雾器处，喷雾器在储存腔内形成水汽。
本发明所提供的水汽环境下混凝土结构的性能检测方法的实施例：
性能检测方法与上述水汽环境下混凝土结构的性能检测系统中的检测方法一致，在此不再赘述。
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。
Claims (10)
1.一种水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，其特征在于，包括：
试样储存容器，具有用于储存混凝土试样的储存腔；
检测单元，用于对储存腔内的混凝土试样进行检测；
溶液储存容器，用于储存溶液；
泵送管线，连接溶液储存容器和试样储存容器，泵送管线上设有用于向试样储存容器中泵送水汽的输送泵，溶液储存容器中或泵送管线上设有形成水汽的水汽发生结构；
试样储存容器上设有排气管线，排气管线上设有抽吸泵，抽吸泵用于抽出试样储存容器内的水汽；
性能检测系统还包括：
加液容器，设有至少两个，至少一个加液容器为用于储存蒸馏水的蒸馏水储存容器，至少一个加液容器为用于储存化学溶液的化学溶液储存容器，各加液容器与溶液储存容器之间均设有加液管线，加液管线上设有加液泵，加液泵用于将对应加液容器中的液体泵送至溶液储存容器中，以将蒸馏水、化学溶液均泵送至溶液储存容器中；
控制单元，包括用于检测储存腔内环境湿度的湿度传感器以及用于检测溶液储存容器中化学溶质浓度的检测仪，控制单元还包括控制器，控制器响应于所述湿度传感器的数值以在湿度传感器的数值不等于设定湿度值时控制抽吸泵、输送泵启动，控制器还响应于所述检测仪的数值以在检测仪的数值低于设定浓度值时控制化学溶液储存容器对应的加液泵启动。
2.根据权利要求1所述的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，其特征在于，性能检测系统包括与排气管线相连的、封闭的废物储存容器，抽吸泵用于将试样储存容器中的水汽抽至废物储存容器中。
3.根据权利要求1或2所述的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，其特征在于，所述试样储存容器为双层容器，双层容器包括外部容器和位于外部容器中的内部容器，所述储存腔形成于内部容器中，所述泵送管线、排气管线穿过外部容器、内部容器。
4.根据权利要求3所述的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，其特征在于，所述内部容器布置有至少两个，各内部容器均设有对应的所述泵送管线、排气管线。
5.根据权利要求1或2所述的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，其特征在于，所述化学溶液储存容器布置有至少两个，各化学溶液储存容器用于储存不同的化学溶液，所述检测仪对应布置有至少两个，所述控制器同时响应于各检测仪的数值。
6.根据权利要求1或2所述的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，其特征在于，性能检测系统包括数据采集仪，所述数据采集仪与所述检测单元、湿度传感器、检测仪相连以采集数据，所述控制器为与数据采集仪相连的计算机。
7.根据权利要求6所述的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，其特征在于，性能检测系统包括与计算机相连的显示屏，显示屏用于显示检测单元的检测数据。
8.根据权利要求1或2所述的水汽环境下混凝土结构的性能检测系统，其特征在于，性能检测系统包括安装支架，安装支架具有上层放置空间和下层放置空间，所述试样储存容器设于上层放置空间中，所述溶液储存容器、加液容器、输送泵、加液泵设于下层放置空间中。
9.一种水汽环境下混凝土结构的性能检测方法，其特征在于，在试样储存容器中构建水汽环境以进行混凝土试样的性能检测，水汽环境的构建包括以下步骤：
1)检测试样储存容器内的湿度值，在湿度值不等于设定湿度值时启动抽吸泵以向外抽出试样储存容器内的水汽并启动输送泵以向试样储存容器中输送水汽；
2)检测溶液储存容器中化学溶质的浓度，在检测的浓度值小于设定浓度值时启动化学溶液储存容器对应的加液泵以向溶液储存容器中加入化学溶液。
10.根据权利要求9所述的水汽环境下混凝土结构的性能检测方法，其特征在于，步骤1)中，通过抽吸泵将试样储存容器中的水汽抽至封闭的废物储存容器中。
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