全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备与方法技术

一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备与方法，该装备包括模板系统、温度系统、采集系统、控制系统和计算机系统；该模板系统包括第一模板和第二模板，二者的上模板穿设有两个石英棒，两个石英棒之间设有位移传感器；该温度系统包括带水泵的水箱，该水箱内设有控温装置及第二温度传感器；该采集系统的输入端与该位移传感器、该第一温度传感器、第二温度传感器连接，该采集系统的输出端与该计算机系统的输入端连接；该控制系统的输入端与该计算机系统的输出端连接，该控制系统的输出端与该控温装置及该水泵连接。本发明专利技术可以对不同养护温度条件下的全级配混凝土变形参数精确测量，为大体积混凝土结构优化设计提供参数基础。

【技术实现步骤摘要】
全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备与方法
本专利技术属于水利水电
，特别是一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备与方法。
技术介绍
混凝土是一种多相的脆性材料，其抗拉强度远低于抗压强度。水工混凝土结构由于其断面较厚，水泥水化热难以散失，导致混凝土在过大温差以及内、外约束状态下产生拉应力。一旦拉应力超过其抗拉强度，混凝土便会开裂，对水工结构施工期、运行期间的安全性产生严重影响。同时，混凝土由于持续的水化反应导致自身体积发生变化，在温变的同时也会产生自生体积变形，加剧混凝土拉应力增幅，影响水工混凝土结构施工期和运行期的安全。混凝土的自生体积变形和热膨胀系数是影响混凝土长期变形的重要因素。这两种参数也受到混凝土骨料性质、组成比例，以及养护温度等因素的影响。混凝土的变形参数测试方法和设备应尽可能基于实测数据，反映混凝土的配比，便于工程技术人员操作。目前，混凝土的变形参数试验方法仍存在改进空间：(1)实验室内多数自生体积变形试验，受限于实验室条件，全级配(大骨料)混凝土试验时采用湿筛的方式去除大粒径骨料，再进行参数试验，混凝土组成成分的改变使测量结果无法直接应用；(2)采用文献给定的混凝土热膨胀系数经验值，与实际混凝土配比不符；或采取理论模型推导的方式，将混凝土不同成分的材料热膨胀系数耦合计算出全级配混凝土的热膨胀系数，理论模型与实测结果存在差异；(3)根据实测的变形数据，采用有限元软件反演的方式获取混凝土的热膨胀系数和自生体积变形，需要专业配套的软件支持，不便于现场工程技术人员操作；(4)混凝土自生体积变形受温度历程影响。现有规范关于混凝土自生体积变形试验均基于实验室内恒温养护条件，这与实际工程混凝土的变温历程不符，试验结果无法直接应用于实际工程。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备与方法，其可以对不同养护温度条件下的全级配混凝土变形参数精确测量，为大体积混凝土结构优化设计提供参数基础。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备，它包括模板系统、温度系统、采集系统、控制系统和计算机系统；该模板系统包括第一模板和第二模板，二者均包括具有控温通道的上模板、下模板和两个对称的侧模板，形成截面呈矩形的筒状；该侧模板两端分别设有具有控温通道的端部模板，该上模板、下模板、侧模板和端部模板之间围构成密封的浇筑空间；该上模板穿设有两个石英棒，两个石英棒之间设有位移传感器；该上模板、下模板、侧模板、端部模板以及该浇筑空间中心均设有第一温度传感器；该温度系统包括带水泵的水箱，该水箱具有出水管和回水管，该出水管分别连接至该上模板、下模板、侧模板和端部模板的控温通道的进水端，该回水管分别连接至该上模板、下模板、侧模板和端部模板的控温通道的出水端；该水箱内设有控温装置及第二温度传感器；该采集系统的输入端与该位移传感器、该第一温度传感器、第二温度传感器连接，该采集系统的输出端与该计算机系统的输入端连接；该控制系统的输入端与该计算机系统的输出端连接，该控制系统的输出端与该控温装置及该水泵连接。进一步的，所述上模板、下模板、侧模板和端部模板外侧设有保温层。进一步的，所述上模板为可拆卸式。一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试方法，利用所述的全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备，它包括下列步骤：将搅拌完成的混凝土分别浇入所述第一模板和第二模板的浇筑空间内，分别形成第一混凝土试件和第二混凝土试件；设定预定温度，通过控温装置使水箱里的水达到预定温度，并通过水泵使水在所述控温通道内循环，对所述上模板、下模板、侧模板和端部模板的温度进行调控，最终使第一混凝土试件和第二混凝土试件的温度达到分别达到第一预定温度T1和第二预定温度T2；盖上上模板，预埋的第一温度传感器的导线从上模板的预留孔穿出与采集系统相连；开始试验，通过所述第一温度传感器测量第一混凝土试件和第二混凝土试件的温度数据；混凝土初凝后，通过所述位移传感器测量第一混凝土试件和第二混凝土试件的变形数据；将温度数据和变形数据代入公式(1)中计算热膨胀系数：式中，ΔT1是第一混凝土试件的温度变化，ΔT2是第二混凝土试件的温度变化；ε1(te)是第一混凝土试件等效龄期te时刻的混凝土自生体积变形；ε2(te)是第二混凝土试件等效龄期te时刻的混凝土自生体积变形；然后把热膨胀系数分别代入公式(2)和公式(3)，计算第一混凝土试件和第二混凝土试件在各自温度历程下的自生体积变形：式中，是t时刻第一混凝土试件的总变形；是t时刻第二混凝土试件的总变形；ΔT1是t时刻第一混凝土试件的温度变化，ΔT2是t时刻第二混凝土试件的温度变化；ε1auto(t)是t时刻第一混凝土试件的自生体积变形；ε2auto(t)是t时刻第二混凝土试件的自生体积变形。进一步的，所述混凝土的热膨胀系数在初凝1d后稳定，且混凝土的等效龄期满足公式(4)：式中，Eh是活化能；R是理想气体常数；T0是参考温度；T是混凝土温度。进一步的，所述第一预定温度和第二预定温度的历程计算如下：针对实验当地的情况，将其月平均气温资料拟合成一条余弦曲线，下式(5)为拟合后的计算公式：式中，Ta为气温，Tam为年平均气温，Aa为气温年变幅，τ为时间(月)，τ0为气温最高的时间(月)；考虑气温日变化，采用下式(6)计算：式中，为日气温，Ta为月平均气温，A为气温日变化幅度，t为1天中的时刻(时)根据不同地区的不同季节而定。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数参数测试装备和方法可以直接分离全级配混凝土的自生体积变形和温度变形，同时获取任意温度历程下全级配混凝土的自生体积变形和热膨胀系数，解决了以往实验室内无法真实反映全级配混凝土变形参数的问题，精度较高。附图说明图1是本专利技术全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备的结构示意图。具体实施方式以下仅以实施例说明本专利技术可能的实施态样，然而并非用以限制本专利技术所欲保护的范畴，先予叙明。如图1所示，本专利技术提供一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备，它包括模板系统、温度系统、采集系统、控制系统和计算机系统。该模板系统包括第一模板A和第二模板B，二者均包括具有控温通道的上模板1、下模板2和两个对称的侧模板3，形成截面呈矩形的筒状。该侧模板3两端分别设有具有控温通道的端部模板4，该上模板1、下模板2、侧模板3和端部模板4之间围构成密封的浇筑空间C。该上模板1为可拆卸式，该上模板1、下模板2、侧模板3和端部模板4外侧设有保温层。该上模板1、下模板2、侧模板3、端部模板4以及该浇筑空间C中心均设有第一温度传感器5。该上模板穿设有两个石英棒6，两个石英棒6之间设有位移传感器7。本专利技术采用的位移控制方法为：将位移传感器7固定于石英棒6(其热膨胀系数较小，约为1μm/℃)的一端，采用预埋件将石英棒6直接埋入混凝土试件模板的端部，使石英棒6带动位移传感器7与混凝土试件同步变形，保证位移传感器7测量出混凝土试件的实际变形，避免引入不必要的测量误差，并且不受混凝土试件骨料粒径的限制，测量方法合理。工民建用混凝土结构，如梁、板，柱等，断面比较小，混凝土水化热产生的热量可以及时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备，其特征在于，它包括模板系统、温度系统、采集系统、控制系统和计算机系统；该模板系统包括第一模板和第二模板，二者均包括具有控温通道的上模板、下模板和两个对称的侧模板，形成截面呈矩形的筒状；该侧模板两端分别设有具有控温通道的端部模板，该上模板、下模板、侧模板和端部模板之间围构成密封的浇筑空间；该上模板穿设有两个石英棒，两个石英棒之间设有位移传感器；该上模板、下模板、侧模板、端部模板以及该浇筑空间中心均设有第一温度传感器；该温度系统包括带水泵的水箱，该水箱具有出水管和回水管，该出水管分别连接至该上模板、下模板、侧模板和端部模板的控温通道的进水端，该回水管分别连接至该上模板、下模板、侧模板和端部模板的控温通道的出水端；该水箱内设有控温装置及第二温度传感器；该采集系统的输入端与该位移传感器、该第一温度传感器、第二温度传感器连接，该采集系统的输出端与该计算机系统的输入端连接；该控制系统的输入端与该计算机系统的输出端连接，该控制系统的输出端与该控温装置及该水泵连接。

【技术特征摘要】
1.一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备，其特征在于，它包括模板系统、温度系统、采集系统、控制系统和计算机系统；该模板系统包括第一模板和第二模板，二者均包括具有控温通道的上模板、下模板和两个对称的侧模板，形成截面呈矩形的筒状；该侧模板两端分别设有具有控温通道的端部模板，该上模板、下模板、侧模板和端部模板之间围构成密封的浇筑空间；该上模板穿设有两个石英棒，两个石英棒之间设有位移传感器；该上模板、下模板、侧模板、端部模板以及该浇筑空间中心均设有第一温度传感器；该温度系统包括带水泵的水箱，该水箱具有出水管和回水管，该出水管分别连接至该上模板、下模板、侧模板和端部模板的控温通道的进水端，该回水管分别连接至该上模板、下模板、侧模板和端部模板的控温通道的出水端；该水箱内设有控温装置及第二温度传感器；该采集系统的输入端与该位移传感器、该第一温度传感器、第二温度传感器连接，该采集系统的输出端与该计算机系统的输入端连接；该控制系统的输入端与该计算机系统的输出端连接，该控制系统的输出端与该控温装置及该水泵连接。2.根据权利要求1所述的全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备，其特征在于：所述上模板、下模板、侧模板和端部模板外侧设有保温层。3.根据权利要求1所述的全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备，其特征在于：所述上模板为可拆卸式。4.一种全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试方法，其特征在于，利用权利要求1-3中任一项所述的全级配混凝土自生体积变形和热膨胀系数测试装备，它包括下列步骤：将搅拌完成的混凝土分别浇入所述第一模板和第二模板的浇筑空间内，分别形成第一混凝土试件和第二混凝土试件；设定预定温度，通过控温装置使水箱里的水达到预定温度，并通过水泵使水在所述控温通道内循环，对所述上模板、下模板、侧模板和端部模板的温度进行调控，最终使第一混凝土试件和第二混凝土试件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国新，刘毅，辛建达，王振红，张磊，吴哲，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11