[發(fā)明專利]一種測(cè)量混凝土全過程自生體積變形的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711121059.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN107907411A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉毅;張國(guó)新;王振紅;辛建達(dá);朱振泱;侯文倩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08;G01N17/00
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11100
• 代理人: 倪中翔,王淳

1.一種測(cè)量混凝土全過程自生體積變形的方法，其特征在于，它利用一個(gè)試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置包括一底座，該底座上設(shè)置有一用于隔絕外界環(huán)境的環(huán)境箱，該環(huán)境箱內(nèi)設(shè)有混凝土試件容置裝置；

該混凝土試件容置裝置包括固定夾頭、活動(dòng)夾頭、兩個(gè)側(cè)模板，拼合構(gòu)成一個(gè)上端敞口或者上下端均敞口的容置空間，該固定夾頭固定設(shè)置在該環(huán)境箱一端，該活動(dòng)夾頭可沿該容置空間的長(zhǎng)度方向的軸線移動(dòng)地設(shè)置在該環(huán)境箱另一端，兩個(gè)側(cè)模板平行置于該固定夾頭和活動(dòng)夾頭之間；該環(huán)境箱或者該環(huán)境箱和該容置空間設(shè)置溫度傳感器和濕度傳感器；該環(huán)境箱和混凝土試件容置裝置還設(shè)有溫度調(diào)節(jié)裝置和濕度調(diào)節(jié)裝置；

還包括一加載系統(tǒng)；該加載系統(tǒng)包括一反力框架、一傳動(dòng)裝置和一帶有減速機(jī)的伺服電機(jī)，該反力框架固定設(shè)置在該底座上，將該環(huán)境箱包圍；該傳動(dòng)裝置包括設(shè)于該反力框架上的主動(dòng)絲杠，該主動(dòng)絲杠末端連接約束軸，該約束軸穿過該環(huán)境箱且末端穿與該活動(dòng)夾頭連接，而使得該活動(dòng)夾頭位置固定或在該軸線方向移動(dòng)；該伺服電機(jī)與該主動(dòng)絲杠連接；該約束軸頂部設(shè)有測(cè)量頂，該測(cè)量頂與該環(huán)境箱之間設(shè)有位移傳感器；該傳動(dòng)裝置設(shè)有應(yīng)力傳感器；

該溫度傳感器、濕度傳感器、位移傳感器、應(yīng)力傳感器連接至測(cè)量控制系統(tǒng)的輸入端，該溫度調(diào)節(jié)裝置、濕度調(diào)節(jié)裝置和該伺服電機(jī)均連接至測(cè)量控制系統(tǒng)的輸出端；

將混凝土原材料按照相應(yīng)配比攪拌，澆入容置空間內(nèi)，形成試件，蓋好溫度模板上蓋；將溫度傳感器分別插入試件中部三等分點(diǎn)，以及環(huán)境箱測(cè)溫孔內(nèi)；試件中部安裝位移傳感器，并用定位工裝固定，保持其位置恒定；軟件測(cè)試界面內(nèi)設(shè)定相應(yīng)的溫度模板以及環(huán)境箱的溫度歷程曲線。待混凝土初凝后拆除定位工裝，開始試驗(yàn)，測(cè)量自由混凝土試件的收縮數(shù)據(jù)；

混凝土總應(yīng)變通過試驗(yàn)機(jī)中試件長(zhǎng)度的變化直接測(cè)得，熱膨脹系數(shù)已知，試件的溫度變化直接測(cè)得，混凝土的自生體積變形可以根據(jù)下式得到，計(jì)算混凝土自生體積變形的發(fā)展歷程：

ε_T＝αΔT(2)

ΔL為混凝土試件的長(zhǎng)度變化量，mm；L為混凝土試件的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，mm；ε_au為自生體積變形，無量綱；ε_tol為混凝土總變形，無量綱；ε_T為溫度引起的變形，無量綱；α為混凝土的熱膨脹系數(shù)，10-6/℃；ΔT為混凝土的溫度變化，℃。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量混凝土全過程自生體積變形的方法，其特征在于，所述環(huán)境箱內(nèi)還設(shè)有太陽輻射傳感器、降雨傳感器和風(fēng)速傳感器中的至少一種，分別連接至所述測(cè)量控制系統(tǒng)的輸入端；所述環(huán)境箱內(nèi)還對(duì)應(yīng)設(shè)有太陽輻射調(diào)節(jié)裝置、降雨調(diào)節(jié)裝置和風(fēng)速調(diào)節(jié)裝置中的至少一種，分別連接至所述測(cè)量控制系統(tǒng)的輸出端；在測(cè)量過程中，根據(jù)施工地光照、降雨和風(fēng)力的實(shí)際變化情況，通過測(cè)量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)環(huán)境箱內(nèi)的太陽輻射、降雨和風(fēng)速。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量混凝土全過程自生體積變形的方法，其特征在于，在澆筑所述試件之前，在所述固定夾頭和活動(dòng)夾頭之間設(shè)置“工”字型的定位件，該定位件的兩端分別和固定夾頭和活動(dòng)夾頭通過定位銷固定連接；并在澆筑試件后3小時(shí)拆除該定位件。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量混凝土全過程自生體積變形的方法，其特征在于，在所述方法中，對(duì)于真實(shí)環(huán)境的模擬，采用如下步驟中的至少一個(gè)：

①環(huán)境溫度

針對(duì)當(dāng)?shù)氐那闆r而定，即模擬真實(shí)環(huán)境的當(dāng)?shù)兀瑢⒃缕骄鶜鉁刭Y料擬合成一條余弦曲線，下式(4)為擬合后的計(jì)算公式：

式中，T_a為氣溫，T_am為年平均氣溫，A_a為氣溫年變幅，τ為時(shí)間(月)，τ₀為氣溫最高的時(shí)間(月)。

考慮氣溫日變化，采用下式(5)計(jì)算：

式中，為日氣溫，T_a為月平均氣溫，A為氣溫日變化幅度，t為1天中的時(shí)刻(時(shí))根據(jù)不同地區(qū)的不同季節(jié)而定；

②太陽輻射熱

單位時(shí)間內(nèi)在單位面積上太陽輻射來的熱量是S，其中設(shè)被混凝土吸收的部分為R，剩余部分被反射掉，則：

R＝α_sS(6)

式中，α_s為吸收系數(shù)，混凝土表面取0.65。

S＝S₀(1kn)(7)

式中，S₀為晴天太陽輻射熱，n為云量，k為系數(shù)。

日照的影響相當(dāng)于周圍空氣的溫度增高了ΔT_a，

ΔT_a＝R/β(8)

式中，β為混凝土表面放熱系數(shù)，根據(jù)表面粗糙程度和風(fēng)速計(jì)算得出。

③降水

查詢工程所在地氣象部門的降水量，通過降水設(shè)備和降水量控制器來模擬降水；

并通過公式(9)計(jì)算降水量，

P_s＝P_t{1-exp[-(T_a-T_r)/(T_r-T_s)]²}⁺，T_r≥T_s

P_r＝P_t-P_s(9)

式中P_s為降雪量，P_r為降雨量，P_t為總降水量，T_a為日平均氣溫，T_r為降雨臨界氣溫，T_s為降雪臨界氣溫。

④風(fēng)速

查詢工程所在地的氣象部門的風(fēng)速，啟動(dòng)風(fēng)速模擬裝置，以根據(jù)風(fēng)速得出混凝土表面散熱系數(shù)。