【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水泥混凝土工程，具體涉及了一種模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置及試驗方法。
技術介紹
1、混凝土早期收縮包括塑性階段的塑性收縮，硬化階段的自收縮、干燥收縮和溫度收縮。其中，自收縮發生在早期水化反應階段，是在不受外力和約束的恒溫恒重條件下，由自身物理和化學反應而導致的體積縮減，其與環境溫濕度變化、外部荷載或約束而引起的體積形變無關。混凝土的溫度收縮是由于內外溫度差異而導致的體積減小，發生在水化衰減期的降溫階段。溫度收縮是大體積混凝土的主要收縮形式，而超高性能混凝土的自收縮變形更顯著。
2、塑性收縮發生在水泥基材料凝結硬化前，是由塑性階段水分蒸發、水化反應導致的體積變小、重力作用引起的下沉以及氣泡排出和破裂等綜合組成，宏觀表現為豎直方向體積的縮減。學者們提出了“毛細管應力機理”和“塑性沉降機理”來解釋塑性收縮的形成原因，其中毛細管負壓被廣泛認為是引起混凝土塑性收縮的最主要原因。塑性收縮發展與水分蒸發及孔隙負壓顯著相關。具體來說，溫度、濕度、風速等影響水分蒸發的外部環境，水灰比、水泥及礦物摻合料、化學外加劑等影響孔隙負壓的材料因素，都會對混凝土的塑性收縮產生影響。
3、干燥收縮是由于水泥基材料內部相對濕度高于外界環境，在濕度差異下內部水分持續散失而引發的收縮變形，混凝土內部與環境的濕度差異是干燥收縮發展的首要驅動力。基于力學和熱力學原理的毛細管壓力被認為是混凝土干燥收縮最主要的形成機制。影響水泥基材料干燥收縮的因素有很多，包括配合比組成、礦物摻合料等材料參數，養護溫度、相對濕度等外部環境因素，
4、基于上述研究可知，影響混凝土收縮性能的因素有很多，在確定混凝土組成、礦物摻合料類型和外加劑摻量后，控制水分蒸發的外部環境(如溫度、濕度、風速等)成為主要的影響因素。但是，現有研究僅考慮了單一環境因素的變化，忽略了溫度、濕度和大風等外部因素的耦合效應對水泥混凝土收縮變形的影響。因此，室內試驗結果與實際環境中的收縮變形差異較大。另一方面，混凝土的收縮機理比較復雜，很難通過單一機理來解釋清楚。通常認為，混凝土收縮是由多種原因重疊交錯造成的，主要源于內部水分遷移和自身物理化學變化，不同情況下不同機制分別起著主導作用。因此，現有的收縮變形測試技術難以區分自收縮、干燥收縮等。此外，當相對濕度下降時，學者們建立了收縮變形與相對濕度的數學模型，能夠很好的通過混凝土內部相對濕度預測收縮變形發展趨勢。但是，當在內部相對濕度較高時，毛細張力學說占據主導地位，此時現有的收縮的預測模型不準確。
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術提供了一種模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置及試驗方法為解決現有測試裝置不能模擬實際蒸發環境，準確測量水泥基材料的自收縮和干燥收縮。
2、技術方案：本專利技術提出的一種模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置包括環境箱、設置在所述環境箱底部的底座、設置在所述底座上的電子稱、設置在所述電子稱上的混凝土試件容置裝置、位于所述混凝土試件容置裝置上方的外部傳感器、設置在環境箱內部的加濕器和溫度控制系統、數據采集器、計算機、測量系統；所述混凝土試件容置裝置包括固定板、活動板、側模板，所述固定板兩側和側模板固定連接，所述活動板與側模板連接，所述試件模具固定在混凝土試件容置裝置內；所述測量系統包括外部傳感器、設置在所述環境箱內側上的垂直位移傳感器、若干設置在試件模具上的水平位移傳感器、內部傳感器和毛細管負壓傳感器；所述垂直位移傳感器可垂直移動，所述內部傳感器與毛細管負壓傳感器一端插入混凝土中；所述溫度控制系統包括風扇和溫度調控器，所述溫度調控器與數據采集器和計算機連接；所述測量系統與數據采集器連接，所述加濕器和數據采集器與計算機連接。
3、優選地，所述環境箱其中一側側壁為鉸鏈連接，所述環境箱四壁和上蓋為可透視玻璃。
4、優選地，所述混凝土試件容置裝置還包括卡扣和隔板，所述卡扣設置在所述固定板和活動板上，所述隔板與所述卡扣配合。
5、優選地，所述風扇設置于所述環境箱內壁上。
6、優選地，所述風扇外接空氣壓縮機，所述空氣壓縮機通過管道與所述環境箱連通。
7、優選地，所述加濕器外接水箱。
8、優選地，所述垂直位移傳感器通過拉鏈式傳動裝置固定在所述側模板上。
9、優選地，所述內部傳感器與毛細管負壓傳感器插入混凝土一端設有刻度。
10、一種模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置的試驗方法，包括如下步驟：
11、(1)獲取所需模擬的地區24h內環境特征參數曲線，包括溫度、濕度和風速曲線；
12、(2)將空氣壓縮機管道、加濕器管道和水箱閥門關閉，將溫度調控器的電源關閉；
13、(3)關閉環境箱側玻璃門，打開計算機，打開溫度調控器的電源，打開空氣壓縮機管道、加濕器管道和水箱閥門，在計算機內設定相應的環境溫度、相對濕度和風速；
14、(4)觀察測量系統內通過外部傳感器實際采集到的溫度、濕度和風速數據，當實際環境數據與輸入環境參數一致時，記錄時間，使得環境箱提前1h以上處于試驗蒸發條件；
15、(5)將混凝土原材料按相應配比攪拌，澆入混凝土試件模具內，按規范要求振搗密實，用整平混凝土表面后，立即放入試件容置裝置內，固定活動板，使得試件模具固定；
16、(6)將內部傳感器插入混凝土內部規定深度；將毛細管壓力傳感器插入混凝土表面規定深度；連接水平位移傳感器的電源；將垂直位移傳感器放置到混凝土表面，并通過拉鏈式傳動裝置(61)固定；
17、(7)然后在設定的蒸發環境箱進行如下試驗步驟：包括毛細管負壓監測、內部溫濕度檢測、水分蒸發損失量的測量、收縮變形測量、變形的分離。
18、優選地，步驟(7)中，變形分析計算過程為測試混凝土試件總的收縮變形εt，混凝土濕度應變由下式計算：
19、εw＝εt-εt?????????????????????????????(1)
20、其中，εw為混凝土濕度應變，εt為混凝土的總應變，εt為由溫度應變。
21、根據下式計算混凝土的溫度應變。
22、
23、式中：t0為混凝土起算溫度，α(t)為熱膨脹系數，采用下式計算。
24、α(t)＝β·exp(-γ·teq)+α(0)????????????????(3)
25、式中：β、γ和α(0)是常數；teq為混凝土等效齡期，以h計。
26、有益效果：本專利技術采用環境箱，能夠模擬不同蒸發環境，全面了解混凝土從澆筑到硬化全過程的收縮變形發展規律，同時分析混凝土內部溫度、相對濕度和毛細管負壓的發展情況；本專利技術試驗裝置和方法，改進了試件容置裝置，使得混凝土試件可以通過兩側側模滑入環境箱內部，節省體力，便于操作；本專利技術試驗裝置和方法，實時跟蹤記錄數據，采樣時間間隔可自由設置；本專利技術試驗裝置和方法，實現對溫度本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，包括環境箱(1)、設置在所述環境箱底部的底座(2)、設置在所述底座上的電子稱(4)、設置在所述電子稱上的混凝土試件容置裝置(3)、位于所述混凝土試件容置裝置上方的外部傳感器(5)、設置在環境箱內部的加濕器(7)和溫度控制系統、數據采集器(11)、計算機(12)、測量系統；所述混凝土試件容置裝置包括固定板(31)、活動板(32)、側模板(33)，所述固定板(31)兩側和側模板(33)固定連接，所述活動板(32)與側模板(33)連接，所述試件模具(34)固定在混凝土試件容置裝置(3)內；所述測量系統包括外部傳感器(5)、設置在所述環境箱(1)內側上的垂直位移傳感器(6)、若干設置在試件模具(34)上的水平位移傳感器(35)、內部傳感器(36)和毛細管負壓傳感器(37)；所述垂直位移傳感器(6)可垂直移動，所述內部傳感器(35)與毛細管負壓傳感器(37)一端插入混凝土中；所述溫度控制系統包括風扇(9)和溫度調控器(8)，所述溫度調控器(8)與數據采集器(11)和計算機(12)連接；所述測量系統與數據采集器(11)連接，所述加濕器
2.根據權利要求1所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，所述環境箱(1)其中一側側壁為鉸鏈連接，所述環境箱(1)四壁和上蓋為可透視玻璃。
3.根據權利要求1所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，所述混凝土試件容置裝置(3)還包括卡扣(38)和隔板(39)，所述卡扣(38)設置在所述固定板(31)和活動板(32)上，所述隔板(39)與所述卡扣(38)配合。
4.根據權利要求1所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，所述風扇(9)設置于所述環境箱(1)內壁上。
5.根據權利要求4所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，所述風扇(9)外接空氣壓縮機(10)，所述空氣壓縮機(10)通過管道與所述環境箱(1)連通。
6.根據權利要求1所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，所述加濕器(7)外接水箱。
7.根據權利要求1所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，所述垂直位移傳感器(6)通過拉鏈式傳動裝置(61)固定在所述側模板(33)上。
8.根據權利要求1所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，所述內部傳感器(35)與毛細管負壓傳感器(37)插入混凝土一端設有刻度。
9.根據權利要求1-8任一項所述的一種模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟：
10.根據權利要求9所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置的試驗方法，其特征在于，步驟(5)中，變形分析計算過程為測試混凝土試件總的收縮變形εT，混凝土濕度應變由下式計算：
...【技術特征摘要】
1.一種模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，包括環境箱(1)、設置在所述環境箱底部的底座(2)、設置在所述底座上的電子稱(4)、設置在所述電子稱上的混凝土試件容置裝置(3)、位于所述混凝土試件容置裝置上方的外部傳感器(5)、設置在環境箱內部的加濕器(7)和溫度控制系統、數據采集器(11)、計算機(12)、測量系統；所述混凝土試件容置裝置包括固定板(31)、活動板(32)、側模板(33)，所述固定板(31)兩側和側模板(33)固定連接，所述活動板(32)與側模板(33)連接，所述試件模具(34)固定在混凝土試件容置裝置(3)內；所述測量系統包括外部傳感器(5)、設置在所述環境箱(1)內側上的垂直位移傳感器(6)、若干設置在試件模具(34)上的水平位移傳感器(35)、內部傳感器(36)和毛細管負壓傳感器(37)；所述垂直位移傳感器(6)可垂直移動，所述內部傳感器(35)與毛細管負壓傳感器(37)一端插入混凝土中；所述溫度控制系統包括風扇(9)和溫度調控器(8)，所述溫度調控器(8)與數據采集器(11)和計算機(12)連接；所述測量系統與數據采集器(11)連接，所述加濕器(7)和數據采集器(11)與計算機(12)連接。
2.根據權利要求1所述的模擬蒸發環境的混凝土收縮變形測試裝置，其特征在于，所述環境箱(1)其中一側側壁為鉸鏈連接，所述環境箱(1)四壁和上蓋為可透視玻璃。
3.根據權利要求1所述的模擬蒸發環境的混...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王文真，周娟蘭，司啟，邵越風，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：
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