[發(fā)明專利]一種相變混凝土能量樁模型實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810090665.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-27
• 公開（公告）號(hào): CN108318324A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴華富;宋懷博;楊鋼;楊慶;鄒德高;趙維;孔綱強(qiáng);白麗麗;張思奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/00
• 分類號(hào): G01N3/00;G01N3/06;G01N25/20
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種相變混凝土能量樁模型實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，該裝置包括相變混凝土能量樁模型、冷熱循環(huán)系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)。通過摻合不同配比的相變復(fù)合骨料，可探究相變混凝土能量樁中相變材料配比的最優(yōu)值；通過在相變混凝土能量樁模型內(nèi)部設(shè)置微型熱交換管，微型熱交換管和冷熱循環(huán)水泵連接，可對(duì)樁身溫度有效控制，實(shí)現(xiàn)冷熱循環(huán)；樁內(nèi)和樁身分別設(shè)置光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵應(yīng)變傳感器，可測(cè)量樁身溫度和應(yīng)變分布；樁周土體布設(shè)溫度傳感器陣列，可實(shí)現(xiàn)對(duì)樁周土體溫度變化值的測(cè)量；樁頭設(shè)置力傳感器和位移計(jì)，可對(duì)樁頭荷載和位移進(jìn)行精確實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用，可操作性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種能量樁的室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)，尤其涉及一種相變混凝土能量樁模型實(shí)驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

能量樁技術(shù)是一種利用淺層地?zé)嵩吹男滦凸?jié)能減排技術(shù)，對(duì)于改善傳統(tǒng)的石化能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展具有重要意義。該技術(shù)將換熱管和傳統(tǒng)混凝土灌注樁有機(jī)結(jié)合，兼具樁基礎(chǔ)和地源熱泵作用，既能承擔(dān)上部建筑荷載，又能提高地源熱泵的換熱效率，同時(shí)還能大幅度降低造價(jià)，解決換熱管占用地下空間問題，具有一舉多得的優(yōu)勢(shì)。

相變材料通過物態(tài)變換來(lái)完成吸放熱過程，因其高效廉價(jià)的特點(diǎn)，該過程被廣泛用于各行各業(yè)的能量的暫時(shí)存儲(chǔ)。將相變混凝土封存于微膠囊、硅藻土、陶粒等多孔介質(zhì)中，可形成具有優(yōu)良物理力學(xué)性能的新型骨料。相變混凝土即將相變復(fù)合骨料摻入到混凝土中，可以達(dá)到吸水泥水化熱，避免大體積混凝土水化熱集聚產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的目的。

傳統(tǒng)能量樁樁身由普通混凝土組成，其具有熱導(dǎo)率高、比熱容低的特點(diǎn)，而樁周土體則恰恰與此相反，具有熱導(dǎo)率低、比熱容高的特點(diǎn)。因此，樁土間熱傳輸效率較低，熱量難以及時(shí)充分地從樁身?yè)Q熱管傳輸?shù)綐吨芡馏w，從而降低了能量樁的換熱效率。熱量的集聚也會(huì)導(dǎo)致樁土界面性質(zhì)發(fā)生改變，從而對(duì)樁身承載力產(chǎn)生較大影響。

因此，相變混凝土能量樁可以克服普通混凝土能量樁的缺點(diǎn)和劣勢(shì)，將相變混凝土引入到能量樁設(shè)計(jì)中，可提高能量樁的換熱效率和熱力耦合作用下能量樁長(zhǎng)期承載能力，對(duì)于能量樁技術(shù)的發(fā)展和推廣具有重要意義。然而，目前尚未有關(guān)于相變混凝土能量樁的相關(guān)研究資料和文獻(xiàn)，也未見相關(guān)實(shí)驗(yàn)手段和裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目在于克服現(xiàn)有的相變混凝土能量樁研究的不足，提供一種相變混凝土能量樁模型試驗(yàn)裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，可對(duì)相變混凝土能量樁展開一系列研究，從而揭示其在熱力耦合作用下的應(yīng)力應(yīng)變機(jī)理。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種相變混凝土能量樁模型實(shí)驗(yàn)裝置，包括相變混凝土能量樁模型4、冷熱循環(huán)系統(tǒng)和量測(cè)系統(tǒng)；

所述的相變混凝土能量樁模型4為預(yù)制樁，澆筑時(shí)將微型熱交換管5固定于鋼筋籠17上，沿樁身縱向布置；樁身內(nèi)部沿縱向也布置有光纖光柵溫度傳感器3和光纖光柵應(yīng)變傳感器2；樁頭設(shè)置有加載蓋板9、力傳感器11及傳力桿12，荷載通過傳力桿12加到樁頭上；

所述的冷熱循環(huán)系統(tǒng)包括冷熱循環(huán)水泵8、出水管6和進(jìn)水管7組成；所述的冷熱循環(huán)水泵8通過出水管6和進(jìn)水管7與相變混凝土能量樁內(nèi)部微型熱交換管5連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁體施加冷熱循環(huán)荷載的目的；

所述的量測(cè)系統(tǒng)包括光纖光柵溫度傳感器陣列1、光纖光柵溫度傳感器3、光柵光纖應(yīng)變傳感器2、光纖光柵解調(diào)儀15、計(jì)算機(jī)16、位移計(jì)10和力傳感器11；所述的光纖光柵溫度傳感器陣列布設(shè)于樁周土體13中，測(cè)量樁周土體13在冷熱循環(huán)過程中溫度的改變；所述的光纖光柵溫度傳感器3在相變混凝土能量樁模型4內(nèi)部沿樁身布置，測(cè)量冷熱循環(huán)過程中溫度沿樁身深度的分布；所述的光柵光纖應(yīng)變傳感器2布置于相變混凝土能量樁模型4側(cè)壁，測(cè)量實(shí)驗(yàn)過程中樁身應(yīng)變的改變；所述的光纖光柵解調(diào)儀15分別與計(jì)算機(jī)16和光纖光柵傳感器連接，實(shí)時(shí)讀取和記錄相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)；所述的位移計(jì)10布置于樁頭加載蓋板9上，測(cè)量相變混凝土能量樁樁頭位移；所述的力傳感器11和傳力桿12連接，測(cè)量樁頭荷載。